工程流体力学思考题1~4章

第一章绪论1、什么叫流体？流体与固体的区别？流体是指可以流动的物质，包括气体和液体。与固体相比，流体分子间引力较小，分子运动剧烈，分子排列松散，这就决定了流体不能保持一定的形状，具有较大流动性。2、流体中气体和液体的主要区别有哪些？（1）气体有很大的压缩性，而液体的压缩性非常小；（2）容器内的气体将充满整个容器，而液体则有可能存在自由液面。3、什么是连续介质假设？引入的意义是什么？流体充满着一个空间时是不留任何空隙的，即把流体看作是自由介质。意义：不必研究大量分子的瞬间运动状态，而只要描述流体宏观状态物理量，如密度、质量等。4、何谓流体的压缩性和膨胀性？如何度量？压缩性：温度不变的条件下，流体体积随压力变化而变化的性质。用体积压缩系数βp表示，单位Pa-1。膨胀性：压力不变的条件下，流体体积随温度变化而变化的性质。用体积膨胀系数βt表示，单位K-1。5、何谓流体的粘性，如何度量粘性大小，与温度关系？流体所具有的阻碍流体流动，即阻碍流体质点间相对运动的性质称为粘滞性，简称粘性。用粘度µ来表示，单位N·S/m2或Pa·S。液体粘度随温度的升高而减小，气体粘度随温度升高而增大。6、作用在流体上的力怎样分类，如何表示？（1）质量力：采用单位流体质量所受到的质量力f表示；（2）表面力：常用单位面积上的表面力Pn表示，单位Pa。7、什么情况下粘性应力为零？（1）静止流体（2）理想流体第二章流体静力学1、流体静压力有哪些特性？怎样证明？（1）静压力沿作用面内法线方向，即垂直指向作用面。证明：○1流体静止时只有法向力没有切向力，静压力只能沿法线方向；○2流体不能承受拉力，只能承受压力；所以，静压力唯一可能的方向就是内法线方向。（2）静止流体中任何一点上各个方向静压力大小相等，与作用方向无关。证明：2、静力学基本方程式的意义和使用范围？静力学基本方程式:Z+gP=C或Z1+gP1=Z2+gP2（1）几何意义：静止流体中测压管水头为常数物理意义：静止流体中总比能为常数（2）使用范围：重力作用下静止的均质流体3、等压面及其特性如何？在充满平衡流体的空间里，静压力相等的各点组成的平面称为等压面。性质：静止流体中，等压力与质量力相互垂直。4、静力学基本公式说明哪些问题？它的适用条件是什么？（1）表明：○1重力作用下均质流体内部静压力与深度h呈线性关系；○2静止流体内部任意点的静压力由液面上静压力P0和液柱形成静压力gh两部分组成，深度h相同的点静压力相等。○3静止流体边界上压力的变化将均匀的传递到流体中每一点（帕斯卡定律）。（2）适用条件：绝对静止和相对静止。5、绝对压力、表压和真空度的意义及其相互关系如何？绝对压力：以物理真空为零点的标准称为绝对标准，按照绝对标准计量的压力称为绝对压力，用Pab表示。表压：以当地大气压为零点的标准称为相对标准，按照相对标准计量的压力称为相对压力，用PM表示。绝对压力大于当地大气压力时，相对压力大于零，称为表压。真空度：绝对压力小于当地大气压力时，相对压力小于零，称为真空压力或真空度。关系：表压是绝对压力比当地大气压力大多少，真空度是绝对压力比当地大气压力小多少。6、液式测压计水力原理是什么？工作液的选择与量程、精度关系？（1）原理：采用等压面法，即静止的、相互连通的同种液体，同一高度压力相等。（2）关系：工作液密度越大，量程越大，精度越低。7、何谓相对静止流体，与绝对静止流体有什么共性？流体整体对地球有相对运动，但是流体质点之间没有相对运动，称为相对静止；流体整体对地球没有相对运动，称为绝对静止。共性：流体质点间都没有相对运动的状态。8、何谓压力中心？总压力的作用点称为压力中心。9、何谓压力体？确定压力体的方法与步骤？压力体：是由受力曲面、液体表面（或其延长线）以及两者之间的铅垂面所围成的封闭体积。步骤：（1）将受力曲面根据具体情况分成若干段（2）找出各段的等效自由面（3）画出每一段的压力体并确定虚实（4）根据虚实相抵原则将各段压力体合成，得到最终压力体。10、潜体和浮体平衡条件？（略）第三章流体运动学1、描述流动的拉格朗日法和欧拉法有什么区别？为什么常用欧拉法？拉格朗日法是从分析单个流体质点的运动着手，来描述整个流体的流动。它着眼流体质点，设法描述单个流体质点的运动过程，研究流体质点的速度、加速度、密度、压力等参数随时间变化规律，以及相邻流体质点之间这些参数的变化规律。欧拉法是从分析流体所占据的空间中各固定点处质点运动着手，来研究这个流体的流动。它着眼的不是流体质点，而是空间点，即设法描述出空间点处质点的运动参数，如速度和加速度随时间变化的规律，以及相邻空间点之间这些参数的变化规律。由于欧拉法只需要研究描述流体运动的物理量在空间的分布函数，这样便可以运用数学分析理论和场论的方法来研究流场，在数学上欧拉法要比拉格朗日法方便的多。2、欧拉法中加速度如何表示？什么是当地加速度和迁移加速度？欧拉法中加速度：a=dtdu=tu+xxu+yyu+zzu或a=dtdu=tu+（)tu表示在同一空间点上由于流动的不稳定性引起的加速度，称为当地加速度，或时变加速度。)(表示同一时刻由于流动的不均匀性引起的加速度，称为前移加速度，或位变加速度。3、为什么要对流动进行分类？通常根据什么将流动分为稳定流和不稳定流？针对不同的流动有不同的研究方法，所以要对流体流动进行分类。根据流动状态，将流动分为稳定流和不稳定流。4、什么是迹线、流线、流束、有效断面、平均流速和流量？迹线：流体质点在不时刻的运动轨迹称为迹线。流线：用来描述流场中各点流动方向的曲线，即矢量场的矢量线。流束：充满流管内部的流体的集合称为流束。有效断面：流束或总流上垂直于流线的断面，称为有效断面。平均流速：有效断面上速度的平均值。流量：单位时间内流经有效断面的流利量，称为流量。5、流线有何特点？它与迹线有何区别？特点：（1）流线不能相交，但流线可以相切；（2）流线在驻点（=0）或奇点（）处可以相交；（3）稳定流动时流线的形状和位置不随时间变化，迹线与流线重合；（4）不稳定流动，如果不稳定仅仅是由速度的大小随时间变化引起的，则流线形状和位置不随时间变化，迹线与流线重合；如果不稳定是由速度的方向随时间变化引起的，则流线的形状和位置随时间变化，迹线不会与流线重合。（5）流线疏密程度反映出流速的大小。流线密的地方速度大，流线疏的地方速度小。区别：（1）稳定流动时流线的形状和位置不随时间变化，迹线与流线重合；（2）不稳定流动，如果不稳定仅仅是由速度的大小随时间变化引起的，则流线形状和位置不随时间变化，迹线与流线重合；如果不稳定是由速度的方向随时间变化引起的，则流线的形状和位置随时间变化，迹线不会与流线重合。6、质量流量和体积流量之间有何关系？常用单位是什么？质量流量：单位时间内流经有效断面的流体质量，用Qm表示，单位Kg/s。体积流量：单位时间内流经有效断面的流体体积，用Q表示，单位m3/s。关系：Qm=Q7、连续性方程的物理意义是什么？一元稳定流动的连续性方程：（1）一个进口和一个出口：沿一元稳定流动的流体质量流量不变；（2）多个进出口：稳定流动中，流入与流出控制体的流量代数和为零。空间运动的连续性方程：按照质量守恒定律，净流量与控制体内流体质量的变化值的和为零。8、流体微团的运动包括几种？它与固体运动有何区别？运动方式：平动、转动、线变形、角变形区别：刚体运动只有平移运动和旋转运动，微团运动还包括线变形和角变形。第四章流体动力学1、欧拉微分运动方程使用条件是什么？所有理想流体流动。2、理想流体伯努利方程中各项的意义及应用条件？理想流体伯努利方程：Z+gP+g22=C几何意义：Z位置水头；gP压力水头；g22流速水头物理意义：Z比位能；gP比势能；g22比动能适用条件：理想不可压缩流体，质量力只有重力，沿稳定流的流线或微小流束。3、何谓缓变流？如何引入概念？缓变流是指流线之间夹角比较小和流线曲率半径比较大的流动。4、应用实际流体总流伯努利方程应注意哪些问题？（1）实际流体总流伯努利方程不是对任何流动都适用，必须注意适用条件；（2）方程中位置水头是相对比较而言，只要求基准面是水平面就可以，通常选取较低水平面为基准面，使方程位置水头一个为零，另一个为正值；（3）选取断面时，尽可能使两个断面只包含一个未知数，但两个断面的平均流速可以通过连续性方程求得，只知道一个流速，就能求出另一个流速；（4）两个断面所用压力标准必须一致，一般多用表压；（5）方程中动能修正系数a可以近似取1。5、常用的节流式流量计有哪些，其理论依据是什么？（1）常用的节流式流量计：孔板、喷嘴、文丘利管（2）原理：当管路中液体流经节流装置时，液流断面收缩，在收缩断面处流速增加，压力降低，使节流装置前后产生压差。在选择一定节流装置情况下，流量越大，节流装置前后压差越大，因而可以通过测量压差来计算流量大小。6、何谓水头线和水力坡度？（1）水头线：把各种水头沿流程以曲线的的形式描绘出来。位置水头的连线就是位置水头线，压力水头加在位置水头之上，其顶点的连线是测压管水头线；测压管水头线加上流速水头，其顶点的连线就是总水头线。（2）水力坡度：沿流程单位管长上的水头损失称为水力坡度，用i表示，i=Lhw7、测速管基本原理弯成直角的玻璃管一端开口面向来流，另一端垂直向上，管内液面上升到高出河面h，水中A端距离水面H。A端形成一驻点，驻点处压力称为驻点压力或总压力，它应等于玻璃管内液柱高度乘以液体密度和重力加速度，即)(hHg。另一方面，驻点A上游的B点未受测压管影响，且和A位于同一水平线上，应有VB=gh28、何谓泵的扬程、排量？泵的扬程和功率有何关系？泵使单位重力液体增加的能量通常称为泵的扬程，用H表示。通过泵的流量称为泵的排量。泵在单位时间内对液流所做的功（或加给液流的能量）叫做泵的输出功率，也称为泵的有效功率，用N泵表示，N泵=gQH。