工程流体力学简答题样本.docx
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工程流体力学简答题样本
1.什么是黏性?
当温度变化时,黏性如何变化?
为什么?
当流体内部存在相对运动时,流体内产生内摩擦力阻碍相对运动属性。
气体粘性随温度升高而升高;液体粘性随温度升高而减少。
分子间引力是形成液体粘性重要因素。
温度升高,分子间距离增大,引力减小。
分子作混乱运动时不同流层间动量互换是形成气体粘性重要因素。
温度升高,混乱运动强烈,动量互换频繁,气体粘度越大
2.解释:
牛顿流体、抱负流体
牛顿流体:
切应力与速度梯度成正比流体
抱负流体:
没有粘性流体
3.流体静压强两特性是什么?
流体静压强方向是作用面内法线方向,即垂直指向作用面。
流体静压强大小与作用面方位无关,是点坐标函数
4、画出下列曲面相应压力体。
(4分)★
5.分别画出下图中曲面A、B、C相应压力体(6分)
6.写出不可压缩粘性流体总流能量方程式,并阐明各项物理意义和应用条件。
单位重量流体动能
单位重量流体压能
单位重量流体位能
单位重量流体两断面间流动损失
不可压缩粘性流体在重力场中定常流动,沿流向任两缓变流过流断面
7.什么是流线?
它有那些基本特性?
流场中某一瞬时一系列流体质点流动方向线。
普通流线是一条光滑曲线、不能相交和转折
定常流动中,流线与迹线重叠。
8.解释:
定常流动、层流流动、二元流动。
定常流动:
运动要素不随时间变化
层流流动:
流体分层流动,层与层之间互不混合。
二元流动:
运动要素是两个坐标函数。
9.解释:
流线、迹线
流线:
流场中某一瞬时,一系列流体质点平均流动方向线。
曲线上任意一点切线方向与该点速度方向一致。
迹线:
流场中一时间段内某流体质点运动轨迹。
10.描述流动运动有哪两种办法,它们区别是什么?
欧拉法,以流体空间点为研究对象
拉格朗日法:
以流体质点为研究对象
11.什么是量纲?
流体力学中基本量纲有哪些?
写出压强、加速度量纲。
物理量单位种类,
长度、时间、质量、
压强ML-1T-2,加速度LT-2
12.在量纲分析中,
定理内容是什么?
如果一物理过程涉及n个物理量,包括m个基本量纲,则该过程一定可以用n个物理量构成n-m个无量纲
来描述。
,
14.对于给定管道,水力光滑管与否可以变为水力粗糙管?
为什么?
可以。
粘性底层厚度不不大于绝对粗糙度,水力光滑。
粘性底层厚度不大于绝对粗糙度,水力粗糙。
对给定管道,粘性底层厚度随雷诺数变化。
速度增大,Re增大,粘性底层厚度变小,水力光滑变为水力粗糙。
15.解释管道水力计算中两个概念:
水力光滑管、短管
水力光滑管:
粘性底层厚度不不大于管壁绝对粗糙度,凹凸不平沉没在粘性底层中,流体主流感受不到管壁粗糙影响,就像在光滑管中流动。
短管:
水力计算中,局部损失占有相称比例,不能忽视管道系统。
16.流体在管内流动流动损失有哪两种?
是如何产生?
计算公式如何?
沿程损失;发生在缓变流动中,由于流体粘性摩擦;
局部损失;发生在急变流动中,由于流体碰撞、速度调节、产生漩涡;
17.写出当量直径与当量管长定义公式。
18.什么是紊流?
圆管中紊流流动由哪几某些构成?
流体质点作复杂不规则运动,互相干扰和掺混。
粘性底层、紊流核心区和过渡区
19.尼古拉兹实验曲线中,流体流动可以分为几种区域?
各区沿程损失系数有何特点?
五个
层流区λ=f(Re)
过渡区不稳定,实验点分散λ=f(Re)
紊流光滑管区λ=f(Re)
紊流粗糙管过渡区λ=f(Re,ε/d)
紊流粗糙管平方阻力区λ=f(ε/d)
20.什么是水击?
如何减小水击作用力?
管内有压流动,由于外界某种因素,引起流速突然变化,从而局部压强突然变化,压力波在管内往复波动,引起管道振动现象。
延长操作时间;减少管长、减小管壁厚度、增大管径、减小管壁弹性模量、保护办法
21.证明:
层流时沿程能量损失hf与管内流体平均流速v一次方成正比。
22.流体在圆管内层流流动,速度分布、切应力分布有何特点?
(画图并阐明)
切应力线性分布,管道中心最小,为零。
速度抛物线分布,管道中心最大,平均流速是最大流速一半
23.当流动处在紊流粗糙管区时,雷诺数增大,沿程阻力系数与否增大,沿程阻力损失与否增大?
为什么?
雷诺数增大,沿程阻力系数不增大,只与相对粗糙度关于。
沿程阻力损失增大。
雷诺数增大,速度增大。
24.什么是紊流?
紊流速度如何表达?
式中各符号含义如何?
写出紊流时均速度
定义式。
紊流:
流体质点作复杂不规则运动,流体质点互相干扰、掺混。
瞬时值、时均值、脉动值
25.抱负不可压缩流体绕流叶型时为什么会产生升力?
下表面流体绕过后缘点时速度高、压强低,流向上表面后驻点时,气流发生分离,产生逆时针漩涡,叶型上必然同步产生一强度相等、方向相反顺时针漩涡。
由于漩涡产生,后驻点向后缘点移动,形成下游启动涡和叶型上附着涡。
顺时针漩涡使上层速度加快、压强减少;下层速度减小,压强增高。
上下表面压强差对叶型产生了升力。
26.粘性流体绕流物体阻力可分为哪两种?
如何减小?
摩擦阻力、压差阻力(形状阻力)
为减小摩擦阻力,使该物体层流边界层尽量延长,或使层流边界层转变紊流边界层转变点尽量往后推移。
为减小压差阻力,使边界层分离点尽量后移。
27.试解释:
对于圆球,在Re
3
时,绕流阻力系数急剧下降因素。
边界层由处在紊流,分离点后移,漩涡区明显减小,压差阻力大大减少,虽然摩擦阻力有所增长,但总阻力大幅减少。
28.边界层有何特点?
发生边界层分离必要条件是什么?
很薄;沿流动方向逐渐增厚;速度梯度大;层流、紊流两种流态;粘性力不可忽视;压强等于外边界上压强。
减速增压粘性流体
29.抱负不可压缩流体绕流翼型,产生升力因素是什么?
下表面流体绕过后缘点时速度高、压强低,流向上表面后驻点时,气流发生分离,产生逆时针漩涡,叶型上必然同步产生一强度相等、方向相反顺时针漩涡。
由于漩涡产生,后驻点向后缘点移动,形成下游启动涡和叶型上附着涡。
顺时针漩涡使上层速度加快、压强减少;下层速度减小,压强增高。
上下表面压强差对叶型产生了升力。
30.若要将亚声速气流加速为超声速气流,管道截面积应如何变化?
先收缩后扩大
亚音速:
Ma<1,dv>0,dA<0
超音速:
Ma>1,dv>0,dA>0
31.讨论超音速气流通过膨胀波与压缩波后气流速度、压强及温度变化规律。
超音速气流通过膨胀波:
速度增长、压强减少、温度减少
超音速气流通过压缩波:
速度减低、压强、温度升高
32.气体等熵流动中,什么是滞止状态?
什么是极限状态?
什么是临界状态?
滞止状态:
等熵流动变化到速度为零
极限状态:
等熵流动变化到速度最大
临界状态:
等熵流动变化到速度等于本地声速
33.亚声速气流通过渐缩喷管出口马赫数最大为多少?
为什么?
亚音速:
Ma<1,
渐缩dA<0
成立,dv>0,加速至音速,马赫数最大为1
34.简要阐明薄弱扰动波在静止、亚声速、声速、超声速气流中传播特点。
薄弱扰动波在静止气流中传播无界
薄弱扰动波在亚声速气流中传播无界
薄弱扰动波在声速气流中传播有界,半个空间
薄弱扰动波在超声速气流中传播有界,马赫锥
35.若想将气流加速,通道截面积应如何变化?
亚音速:
Ma<1,dv>0,dA<0收缩
超音速:
Ma>1,,dv>0,dA>0扩大
36、请说出:
牛顿流体、重力流体、不可压缩流体、抱负流体、正压性流体这样五个概念定义。
牛顿流体:
切应力与速度梯度成正比流体。
重力流体:
质量力只有重力流体。
不可压流体:
密度保持不变流体。
抱负流体:
没有粘性流体正压性流体:
密度只随压强变化流体
37、什么是虹吸现象?
虹吸流动动力是什么?
虹吸现象:
流体自动地从高位液面,通过高于液面管道流向低位液面现象。
动力为高低液面高度差。
38、现象一:
1940年美国华盛顿州,一座悬索桥在19m/s风中崩塌。
现象二:
火车开过时,必要远离,否则有被卷入危险。
试用所学流体力学知识解释这两个现象。
现象一:
卡门涡街。
流体绕过圆柱或钝形物体,当雷诺数到达某一值时,物体尾部浮现对称交错排列漩涡组合。
卡门涡街振动频率与物体频率合拍,共振,导致破坏。
现象二。
伯努利方程(能量方程)。
动能增长,压能减少,负压(真空),卷入。
39、流体在圆管内紊流流动,在截面上,1、2、3分别表达什么区域?
水力光滑管是如何定义?
水力光滑管沿程损失系数有何特点?
粘性底层,过渡区,紊流核心区。
粘性底层厚度不不大于管壁绝对粗糙度,凹凸不平沉没在粘性底层中,流体就像在光滑管仲流动同样,这样管道称水力光滑管,
沿程损失系数只与雷诺数关于。
40、画出下列曲面所相应压力体,并标曲面所受垂直分力方向。
1、
41、液体在一粗细不匀水平管中稳定流动,压强计中水银液面能否浮现如图高度差?
若能,其流动方向如何,为什么?
若不能,其因素又何在?
能,从右往左流动
依照压力计,右侧压强大;依照持续性方程,右侧速度大。
右侧能量高于左侧,从右往左流动。
42、在风洞中做流体绕流圆球实验,当
时,绕流阻力系数
。
若在圆球前部加一细丝,同一雷诺数下,测得阻力系数为
。
试问阻力系数迅速减小因素。
)
球,高雷诺数下,压差阻力为主。
若在圆球前部加一细丝,流动紊流,紊流掺混作用,边界层分离点后移,压差阻力变小。
虽然摩擦阻力有所增长,但总阻力大大变小。
、
43、名词解释:
当量直径;当量长度;激波
当量直径:
4倍有效截面积与湿周比
当量长度:
局部损失等值折合成某一长度上沿程损失,该长度称当量长度。
激波:
强压缩波
44、从力学角度,流体定义是什么?
流体基本物理属性有哪些?
在任何微小剪切力作用下,都能持续变形物体
流动性,粘性,压缩性、膨胀性、惯性
45.什么是流线?
流线与否可以相交或转折?
不可压抱负流体平面流动,沿弯曲流线切线方向与主法线方向,如速度变大,压强分别如何变化?
流场中一系列流体质点流动平均方向线,曲线上任意一点切线方向与该点速度方向一致。
普通不能相交转折,速度为零点和无穷大点除外。
如:
绕流和点源流动等
沿流线切线、法线方向,速度增大,压强变小。
46、什么是边界层,边界层分离必要条件是什么?
从边界层控制角度,谈谈如何减小绕流阻力。
大雷诺数下,粘性流体绕过物体,紧靠物体表面上速度从零迅速增大到来流速度速度梯度较大薄层。
减速增压。
减小摩擦阻力,边界层层流,或层流紊流转变点后移。
减小压差阻力,边界层紊流,或边界层分离点前移
47、在管内流动中,什么是局部损失?
常用发生局部损失部位有哪些?
如何减小局部损失?
发生在急变流中,由于流体碰撞,旋涡速度调节导致损失。
管道进出口,弯管,管道突然扩大突然缩小处,分流合流处;阀门、表计等局部部件处。
改进进口条件,流线型入口;渐缩渐扩;导流板;减小分流合流角;合理布置管道附件。
48.试述流体粘性产生物理因素。
分子间引力和不同流层间动量互换是粘性产生因素。
分子间引力是形成液体粘性重要因素。
温度升高,引力减小。
分子作混乱运动时不同流层间动量互换是形成气体粘性重要因素。
温度升高,混乱运动强烈,动量互换频繁,气体粘度越大
49、削弱水击办法有哪些?
(1)、增大管径减小流速,可以某些地减小水击压强。
(2)、缩短管道长度。
(3)、设立调压室。
(4)、延长阀门关闭时间。
(5)、采用合理阀门关闭规律,控制水击压强上升速度,使其值最小。
(6)、安装减压阀。
50、什么是边界层分离现象?
其产生条件是什么?
是指本来紧贴壁面流动边界层脱离壁面现象。
边界层分离主线因素是粘性存在(无粘性没有分离现象),分离条件是逆压梯度存在,分离实际发生则是由流体元滞止和倒流引起。
51、亚声速气流通过渐缩喷管出口马赫数最大为多少?
为什么?
最大为1.
渐缩喷管dA<0,
dv>0,加速至声速,Ma=1.
1、“截面积大处速度小,截面积小处速度大”对吗?
为什么?
一维流动持续方程
成立条件是不可压缩流体,倘若是可压缩流体,则持续方程为
52、两恒定流流动相似应满足哪些条件?
答:
应满足几何相似,动力相似,运动相似及初始条件、边界条件相似。
3、同一管道中流体流动,与否既可以处在水力光滑管,也可以处在水力粗糙管状态?
为什么?
是,在同一管道中若水流速度在某两处不,相应Re数不同,则这两处粘性底层会有所不同,也许浮现
状况。
53、试述库塔条件及库塔-儒可夫斯基升力公式内容?
并简要阐明升力如何产生?
FL=Fy=-ρv∞Г。
抱负流体均匀等速绕流圆柱体有环流流动中,在垂直来流方向上,流体作用在单位圆柱长度上升力大小等于来流密度、来流速度和速度环量三者乘积,升力方向为来流速度矢量沿反速度环流方向旋转90°。
机翼普通是不对称,上表面比较凸,而下表面比较平,流过机翼上表面气流流速较快,而流过机翼下表面气流正好相反,流速较上表面气流慢。
流动慢大气压强较大,而流动快大气压强较小,这样机翼下表面压强就比上表面压强高,换一句话说,就是大气施加与机翼下表面压力方向向上比施加于机翼上表面压力大,两者压力差便形成了飞机升力。
54、什么是流体持续介质模型?
它在流体力学中有何作用?
.把流体当做是由密集质点构成,内部无间隙持续体来研究,就是持续介质模型,可以用持续函数解析办法来研究流体平衡和运动规律,为流体力学研究提供了很大以便。
55、分析局部水头损失产生因素?
(a)任何断面形状变化,都必将引起流速重新分布,因而附加了流体间相对运动和流体质点急剧变形,成果导致质点间附加摩擦和互相撞击,使流体能量受到损失,液流中流速重新分布。
(b)流速重新分布,总是随着有流动分离和旋涡形成,在旋涡区由于粘性存在,便有摩擦能量损失,在旋涡中粘性力作功。
(c)在旋涡区中,又有质点被主流所带走,即有动量互换,因而消耗运动流体能量,
流体质点混掺引起动量变化。
56、什么是压差阻力?
产生压差阻力重要因素是什么?
压差阻力是作用在物面上压力在来流方向投影总和。
产生压差阻力主线因素也是空气粘性。
如果空气没有粘性,它流过物体时就不会产生摩擦,也就不会损失它能量而停止流动,并产气愤流分离。
气流分离虽然不是压差阻力根源,但它直接引起了压力差产生
57、马赫波与激波形成有何不同?
气流穿过马赫波和激波总参数及熵变化有何特点?
答:
马赫波是薄弱扰动在超音速气流中传播形成。
激波是超音速气流中n道薄弱压缩波叠加在一起形成。
气流穿过马赫波后总温、总压不变,是等熵过程。
气流穿过激波后总温不变,总压下降,是熵增过程。
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