工程流体力学.docx

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1、流体力学重要问答题整理（W-2022年3月9日）1 .争论流体运动的两种方法及其主要区分（工流P45）（1）拉格朗日法：把流体视为由无限多个质点（分子微团）所组成的匀称连续介质，假如把流体质点作为争论对象，跟踪一个质点，描述它运动的历史过程，并把足够多的质点运动状况再综合起来，就可以了解整个流体的运动。这实质是一种质点系法。拉格朗日法是以争论个别流体质点的运动为基础，通过对各个液体质点运动的争论来获得整个流体的运动规律。优点：简洁理解。缺点：流体质点太多、方程个数太多、数学处理难度大、没必要知道流体质点随时间变化的每一个状况。（2）欧拉法：着眼于流场中的空间点（流场是布满运动流体的空间），即通

2、过观看质点流经每个空间点上运动要素随时间变化的规律，把足够多的空间点综合起来而得出整个流体运动的规律。这实质是一种流场法。与拉格朗日法相比，欧拉法不用跟踪流淌介质中的个别质点，它能更精确地描述在流淌空间中任何一固定点上任何物理量随时间的变化规律。2 .流体质点的含义（工流P45）（1）宏观尺寸特别小，宏观体乐观限为零但不等于零；（2）微观尺寸特别大，含有足够多的分子；（3）具有肯定的宏观物理量；（4）外形可以任意划定。3 .流体微团运动与刚体质点运动的区分（工流P19D刚体质点的运动只表现为移动和旋转。流体的主要特征是具有连续变形的性质，从而流体质点的运动除了移动和旋转以外，突出地表现为变形运

3、动，其变形分为角变形和线变形。4 .迹线、流线及其主要区分（工流P49）迹线：某一质点在连续的时间过程内所占据的空间位置的连线，是流体质点在一段时间内运动的轨迹线。流线：某一瞬时在流场中绘出的曲线，在这条曲线上全部质点的速度矢量都和该曲线相切。流线的特性：（1）稳定流的流线外形和方位不随时间而转变，不稳定流中经过同一点的流线其空间方位和外形是随时间变化的。（2）在稳定流中质点的迹线与流线重合。（3）同一时刻流线不能相交不能折转也不能分叉，只能是一条光滑曲线。5 .流体静压力的两个重要特性（工流P13）（1）静压力方向永久沿着作用面内法线方向；（2）静止流体中任何一点上各个方向的静压力大小相等，

4、与作用面方位无关。6 .雷诺数的物理意义和主要用途（工流P90）物理意义：其物理意义为惯性力与粘性力之比。雷诺依据大量的试验归纳出的一个由流速、粘度、密度及管径组成的无量纲数，Re=vdp0能同时反映出流速、管径和流体物理性质三方面对流态的影响，综合了引起流体阻力的内因和外因，揭示了流体阻力的物理本质。主要用途：雷诺数紊流状态下，惯性力占主要地位，雷诺数较大；层流状态下，惯性力较弱，粘性力居主导地位，雷诺数较小。故用雷诺数来判别流态。管流中临界雷诺数的数值约为ReC20002300。习惯上取R&=2000作为标准。一般输液（或低速气体）管路中，假如Re2000则认为是紊流。7 .水击现象及产生

5、的缘由（工流PI74、流体P178）水击是指管路中不稳定流所引起的一种特别的压力瞬变过程。水击现象是指由于某种缘由引起管路中流速突然变化时，导致管内压力的突然变化并产生振动与啸叫的现象。产生缘由：发生水击现象的物理缘由主要是液体具有惯性和压缩性。外因是边界的突然转变，或者说由于开关阀门过快、突然断电停泵等引起管路中流速突然变化导致管内压力突然变化。8 .串联管路、并联管路的定义，压力管路的水力特点（用公式表示）（工流P150）（1）定义：凡是液流布满全管在肯定压差下流淌的管路都称为压力管路。串联管路是不同长度、不同直径的管段依序联接的管路系统；并联管路是从一点分别，汇合于另一点的两条或两条以上

6、的管路系统。（2）串联管路的水力特点：进入节点的总流量等于流出节点的总流量：当支线阀门关闭时，各支管的流量相等：全线总的水头损失为各分段水头损失的总和.（3）并联管路的水力特点：进入各并联管的总流量等于流出各并联管的流量之和不同并联管段单位重量液体的能量损失（水头损失）都相等。总水头损失等于各支管的水头损失。9 .系统、掌握体的定义及区分（流体P51、工流P72）在空间某个坐标系上体积固定不变的任意一个连续、封闭的空间区域构成固定掌握体，固定掌握体的表面上可以有质量和能量交换，而且微分和积分挨次可以交换。对由一团固定不变的物质构成的系统来说，系统的外形可随时间、空间变化，系统的边界上可以有能量

7、交换，但微分和积分的挨次是不能交换的。掌握体和系统内都可受到外界施加的力的作用。某个物理量的变化率是指其体积分随时间的物质导数或随体导数。系统是一团流体质点的集合。它始终包含着相同的流体质点，而且具有确定的质量。在系统外的一切统称为外界。在系统边界上无质量交换，但可以有力的作用，可以有能量交换。一个系统的外形、位置等均可转变，但它包含的物质肯定不变。掌握体是指流场中某一个确定的空间区域，这个区域的周界称为掌握面。掌握体的外形依据流淌状况和边界位置任意选定。当选定之后，掌握体的外形、大小、体积、位置相对于所选定的坐标系统来讲是不随时间转变的，但它所包含的流体的量可能时时刻刻转变，即掌握面上可以有

8、流体的质量、动量和能量转变。10 .欧拉输运定理（流体P52）11 .水力光滑与水力粗糙（工流P118）雷诺数较小时，近壁处层流边层完全掩盖住管壁粗糙突起，其时肯定粗糙度对紊流不起作用，称为水力光滑，这种管为水力光滑管；随雷诺数增大，层流边层变薄，当粗糙突起高出层流边层之外时，粗糙突起加剧紊流，粗糙突起越高，阻力越大，称为水力粗糙。这种近壁处层流底层的厚度小于管壁的肯定粗糙度，粗糙度的大小对紊流特性产生直接影响的管称为水力粗糙管。12 .缓变流的定义和特点（工流P60）定义：缓变流是指流线之间的夹角比较小、流线曲率半径比较大的流淌。特点：（1）缓变流流线之间的夹角比较小，流线几乎平行，流体运动

9、的直线加速度和离心加速度都很小，可以忽视由于速度数值或方向变化而产生的惯性力。（2）缓变流的有效断面可以看成是平面，平面的外形、大小随流程缓慢转变。（3）在缓变流有效断面上，不同流线上各点压力的分布与静压力分布规律相同，即同一有效断面上各点的z+pr=常数。但不同断面上则为不同常数值。13 .水静力学基本方程式（工流P19）（1）静止流体中任一点的压力等于表面压力与从该点到流体自由表面的单位面积上的液柱重量之和。（2）在静止流体中，压力随深度按线性规律变化。（3）在静止流体中，相同沉没深度（h为常数）各点处压力相等。14 .质量力与表面力（工流P17）静止流体中，等压面的重要性质是：质量力垂直

10、于等压面；当容器作等加速直线运动时，等压面外形为倾斜平面；当圆筒形容器作等角速度旋转运动时，等压面外形为旋转抛物面。巴斯加定律：在平衡状态下的不行压缩流体中，作用在其边界面上的压力，将等值、匀称地传递到流体的全部各点。15 .压力体（工流P34）由液体的自由表面、承受压力的曲面和由该曲面的边线向上垂直引伸到自由液面或其延长面的各个表面所围成的体积。16 .相像原理（工流PlO5、流体P95）相像理论：分析争论模型和实物间的相像关系的基本原理。力学相像：模型流和原型流在对应点上对应物理量都成肯定比例，包括：几何相像、运动相像、动力相像。几何相像：原型与模型中对应的几何线性尺寸成比例，对应的几何角

11、度相等。运动相像：原型与模型中对应的运动参数如速度、加速度方向全都，大小成比例。动力相像：原型与模型中对应点处受力方向相同，大小成比例。17 .常用动力相像准数（工流P107）雷诺数：惯性力与粘性力之比，适用于完全封闭的流淌，如管道、流量计、风扇、泵、透平中，或在流淌中物体完全沉没，如车辆、潜水艇、飞机和建筑物。在这些形式中不计自由表面，重力被浮力所平衡，仅需计入惯性力和粘性力。弗劳德数：惯性力与重力之比。用于具有自由表面的液流中，重力为主要作用力的状况。例如争论船舶或水上飞机外壳产生的表面波，以及明槽中的流淌状况。欧拉数：压力与惯性力之比。适用于争论沉没在流体中的物体表面上的压力或压强分布时

12、，压力是主要作用力的状况。18 .因次与量纲，因次的和谐性（工流P99、流体P96）（1）因次：指一套用于描述物理量的单位制中相互独立的不能互换的基本单位。（2）量纲：指物理量的单位与基本单位之间的关系。一般地，常用的基本因次有长度、质量、时间；其相应的单位是米、千克、秒。（3）量纲和谐：有量纲的变量构成的数学方程，各项必需含有相同的质量、长度和时间等相互独立的基本量纲。（4）因次的齐次性（和谐性）：有物理意义的代数表达式或完整的物理方程是因次和谐的，或称为齐次的。19 .兀定理（流体P96）20 .一元不稳定流淌的惯性水头（工流P173）21 .水力坡降（工流P69）沿流程单位长度上总水头的

13、降低值（水头损失），无因次。22 .水力半径（工流P87）流体力学上用断面面积A和湿周长度的比值来标志管路的几何外形对阻力的影响,对常见有压圆管,水力半径R=d4o水力半径越大，流体的流淌阻力越小；水力半径愈小，流体的流淌阻力愈大。23 .粘性流体运动的三个基本性质（流体P102）（1）粘性流体运动的有旋性：在不行压缩粘性流体运动中，除极个别的几个特别状况外，运动都是有旋的。（2）机械能的损耗性：由于粘性应力将一部分体积力和表面力所做的功不行逆的以热能的形式损耗掉，因此粘性流体运动中总能量是削减的。（3）涡旋的集中性：由于流淌边界处是生产涡旋的地方，涡旋由强度大的地方向强度小的地方输送直至涡量

14、相等为止，也即涡旋由流淌边界向内部集中。24 .广义牛顿内摩擦定律的基本假设（流体P86）斯托克斯为了将牛顿内摩擦定律推广成张量形式作了如下假设：（1）应力张量T是一个关于变形速度张量S的连续函数，与其它运动参数无关；（2）应力张量仅取决于位移r和时间t；（3）流体是各向同性的，因而粘度是一个标量；（4）当S=0,T退化成PL即静止时，应力无限趋近于静止流体的压力函数。25 .雷诺试验结果（工流P90）对于牛顿流体圆管流淌，层流区，沿程损失与平均流速的1次方成比例；紊流光滑区（水力光滑管），沿程损失与平均流速的1.75次方成比例；紊流粗糙区（水力粗糙管），沿程损失与平均流速的2次方成比例。26

15、 .尼古拉兹试验结果（工流PI25、流体P156）依据尼古拉兹的试验结果，圆管内流淌可分为五个区域：层流区、临界区、紊流光滑区、紊流混合区、紊流粗糙区。层流区、临界区和紊流光滑区的沿程阻力系数仅与雷诺数有关；紊流粗糙区的沿程阻力系数仅与管壁粗糙度有关；紊流混合区的沿程阻力系数与雷诺数和管壁粗糙度都有关。27 .势流的叠加原理（工流P206）叠加两个或多个势流组成一新的复合势流，只需将各原始势流的速度势或流函数简洁地代数相加，其速度将是各原始势流速度的矢量和。28 .连续介质假设（工流P3）在流体力学中认为流体质点是微观上充分大、宏观上充分小的分子团，它完全布满所占空间，没有空隙存在。流体看成连续介质的单元体，则反映宏观流体的各种物理量都是空间坐标连续函数。除淡薄气体外，这一假设对大多数流体都是适用的。29 .简洁长管设计和计算中的三类问题（工流P147）第一类：计算水力坡降；其次类：计算最大输送力量；第三类：设计最经济的管径。略30 .流体力学在石油工业中的地位和作用（工流P2）钻井、采油工艺、炼油设施、油品储存和运输，都离不开管、罐、泵的设计与使用，这就涉及到流体力学的很多方面，诸如分析流体在管道内的流淌规律，压力、阻力、流速和输量的关系，据以设计管径，校核管材强度，布置管线以及选择泵的大小和类型，设计泵的安装位置等；也需要用流体力学原理分析校核油罐或其他储液容器的结