流体力学简答题总结

第二章1．物质的物理属性比较在常温常压下，物质可以分为固体、液体和气体三种聚集状态。它们都具有下列物质的三个基本属性：（1）由大量分子组成，（2）分子不断地作随机热运动，（3）分子与分子之间有相互作用力。I从宏观上看同体积内所包含的分子数目：气体液体固体II同样分子间距上的分子相互作用力：气体液体固体III固体、液体和气体宏观的表象差异固体有一定的体积也有一定的形状；液体有一定的体积而无一定的形状；气体既无一定的体积也无一定的形状。IV固体、液体和气体力学性能比较：固体可以承受拉力、压力和切应力；液体却只能承受压力，几乎不能承受拉力，在极小的切应力作用下就会出现连续的变形流动，它只呈现对变形运动的阻力，不能自行消除变形。这一特性称为流体的易流动性。气体与液体性能相近，主要差别是，可压缩性的大小。气体液体2．粘度的表示方法：动力粘度μ、运动粘度ν、恩氏粘度°E3.粘度的变化规律1）液体粘度大小取决于分子间的距离和分子引力。当温度升高或压强降低时液体膨胀，分子间距增加，分子引力减小，粘度降低。反之，温度降低，压强升高时，液体粘度增大。2）气体分子间距较大，内聚力较小，但分子运动较剧烈，粘性主要来源于流层间分子的动量交换。当温度升高时，分子运动加剧，所以粘性增大；而当压强提高时，气体的粘性增大。第三章1．流体处于静止状态包括了两种形式1）绝对静止2）相对静止2、常见的质量力：重力ΔW=Δmg、直线运动惯性力ΔFI=Δm·a离心惯性力ΔFR=Δm·rω2。3．表面力的作用机理：周围流体分子或固体分子对分离体表面的分子作用力的宏观表现。*4．流体静压强的两个特性：I、流体静压强垂直于其作用面，其方向指向该作用面的内法线方向。（利用静止流体性质进行证明）II、静止流体中任意一点处流体静压强的大小与作用面的方位无关，即同一点各方向的流体静压强均相等。*5．等压面的性质：I、等压面也是等势面；II、等压面垂直于单位质量力；III、两种互不掺混液体的分界面也是等压面。7．流体静力学基本方程的能量意义和几何意义1）能量意义：在重力场中，对均质连续不可压缩平衡流体，任意一点单位质量流体的总势能保持不变。2）几何意义：在重力场中，对均质连续不可压缩静止流体，其静力水头为一确定值，换句话说静力水头的连线为一平行于某一基准面的水平线。8．液面压强的产生方式：外力施加于流体表面产生压强。一是通过固体对流体施加外力而产生压强；二是通过气体使液体表面产生压强；三是通过不同质的液体使液面产生压强9．流体静压强的表示方法：表压强、绝对压强、真空度*10．表压强、大气压强、绝对压强和真空度之间关系绝对压强=大气压强+表压强表压强=绝对压强大气压强真空度=大气压强绝对压强11．静压强的计量单位应力单位：Pa、N/m2、bar液柱高单位：mH2O、mmHg标准大气压：1atm=760mmHg=10.33mH2O=101325Pa≈1bar第四章（1）简述层流和湍流的流态特征。*层流（滞流）：不同径向位置的流体微团各以确定的速度沿轴向分层运动，层间流体互不掺混。——流速较小时*湍流（湍流）：各层流体相互掺混，流体流经空间固定点的速度随时间不规则地变化，流体微团以较高的频率发生各个方向的脉动。——当流体流速增大到某个值之后（2）什么是“内摩擦力”？简述不同流态流体中“内摩擦力”的产生机理。内摩擦力是流体内部相邻两流体层的相互作用力，称为剪切力单位面积上所受到的剪力称为剪切应力层流流动：基本特征是分层流动，表现为各层之间相互影响和作用较小，剪应力主要是由分子运动引起的。湍流流动:存在流体质点的随机脉动，流体之间相互影响较大，剪应力除了由分子运动引起外，还由质点脉动引起。（3）流体流动时产生阻力的根本原因是什么？流体具有粘性，所以流动时产生内摩擦力产生形体阻力的主要原因：边界层分离……形成尾流区……形体（4）什么情况下可用牛顿黏性定律计算剪切应力？牛顿型流体有哪些？在纯剪切流动中相邻两流体层之间的剪应力,流体呈层流运动牛顿流体:所有气体和大多数低相对分子质量的液体均属于此类流体，如水、汽油、煤油、甲苯、乙醇等（5）简述温度和压力对液体和气体黏度的影响。压力：气体的黏度随压强的升高而增加，低密度气体和液体的黏度随压强的变化较小。对常见的流体，如水、气体等,黏度随压强的变化不大，一般可忽略不计温度：当温度升高时，液体的黏度减小，气体的黏度增加1．流线的特点：I、定常流动中，流线与迹线重合为一条。非定常流动中，流线的位置和形状随时间而变化，因此流线与迹线不重合。II、一般来讲，在某一时刻，通过流场中的某一点只能作出一条流线。流线既不能转折，也不能相交。特例：驻点：速度为0的点；奇点：速度为无穷大的点（源和汇）；流线相切的点。2．对于圆管内的流动：Re2000时，流动总是层流型态，称为层流区；Re4000时，一般出现湍流型态，称为湍流区；2000Re4000时，有时层流，有时湍流，处于不稳定状态，称为过渡区；取决于外界干扰条件。3.相邻两流体层具有相互作用力：流体具有“黏滞性”、流体具有“内摩擦”的作用、壁面摩擦力--流动阻力、流动的流体内部存在内摩擦力4．流体内部：内摩擦力（剪切力）固体壁面：壁面摩擦力（剪切力)5．粘度的影响因素1）流体种类2）压强3）温度6．实际流体的流动具有两个基本特征：1)在固体壁面上，流体与固体壁面的相对速度为零，这一特征称为流动的无滑移（黏附）特征2)当流体之间发生相对运动时，流体之间存在剪切力（摩擦力）.7．工程上减少传热、传质阻力的方法1）适当的增大流体的运动速度，使其呈湍流状态，以此降低边界层中层流部分的厚度，从而强化传热和传质2)破坏边界层的形成，在流道内壁做矩形槽，或在管外壁放置翅片，以此破坏边界层的形成，减少传热和传质阻力。8．边界层分离1)过程:流道断面变化……流速变化……压强变化2)条件：黏性作用和存在逆压梯度是流动分离的两个必要条件3）在相同的逆压梯度下，层流边界层和湍流边界层哪个更容易发生分离？层流边界层。由于层流边界层中近壁处速度随y的增长缓慢，逆压梯度更容易阻滞靠近壁面的低速流体质点9．形成湍流边界层时，形体阻力大小?.较小，因为分离点靠后，尾流较小第五章1．缓变流动具有以下两条主要特性：（1）在缓变流动中，质量力只有重力。（2）在同一缓变过流断面上，任何点上的静压水头都相等。2．总流的伯努利方程应用条件(1)恒定(定常)(2)理想流体(3)不可压缩流体(4)重力场(5)所选过流断面流动均匀或渐变流3．实际流体总流的伯努利方程的适用条件（1）恒定流动（）；（2）沿流程流量保持不变(qv1=qv2=qv3)；（3）不可压缩流体（=constant）；（4）只在重力作用之下（质量力只有重力）；（5）所选用的过流断面必须是缓变过流断面。4．总流的动量方程的物理意义是：在定常流动中，单位时间内，从控制面流出的动量减去流入的动量，等于作用在控制体上的外力和。5．总流的动量矩方程的物理意义是：在定常流动中，单位时间内，从控制面流出的动量矩减去流入的动量矩，等于作用在控制体上所有的外力矩之和。第七章1．不同流态下沿程水头损失当流动为层流时沿程水头损失hf为，hf&V（1.0）；当流动为湍流时沿程水头损失hf为，hf&V1.75～2.0。2．圆管层流的断面平均流速为最大流速的一半，这是层流的特征之一。3．层流的沿程摩阻因数仅是雷诺数的函数，与管壁粗糙程度无关。4.湍流的特性0uwttt1）湍流除了流体质点在时间和空间上作随机运动的流动外，还有流体质点间的掺混性和流场的旋涡性。因而产生的惯性阻力远远大于粘性阻力。所以湍流时的阻力要比层流时的阻力大得多。2）湍流运动的复杂性给数学表达造成困难，对流体质点往往在对有限时间段取平均，称为时均法来表示。5．圆管中的湍流，可以分成三个区域：层流底层（粘性底层）、湍流核心及过渡层。6.引起局部能量损失的原因主要是：（1）截面变化引起速度的重新分布（2）流体质点相互碰撞和增加摩擦；（3）两次流；（4）流动分离形成涡旋。第八章1．厚壁孔口只有内收缩而无外收缩，这是它与薄壁孔.口的区别之一。区别之二是厚壁孔口阻力损失由下列三部分组成：一是入口阻力损失，二是c-c断面后的扩大阻力损失，三是后半段上沿程能头损失。因此第九章1．明渠的底坡：正坡明渠、平坡明渠、逆坡明渠2．均匀流产生条件：只有在顺坡明渠中才有可能产生均匀流3．明渠均匀流的特性：1）过水断面的形状、尺寸及水深沿程不变。2）过水断面上的流速分布、断面平均流速沿程不变；因而，水流的动能修正系数及流速水头也沿程不变。3）总水头线、水面线及底坡线三者相互平行4．明渠均匀流产生的条件.1）水流应为恒定流。2）流量应沿程不变，即无支流的汇入或分出3）渠道必须是长而直的棱柱体顺坡明渠，粗糙系数沿程不变4）渠道中无闸、坝或跌水等建筑物的局部干扰5．水力最佳断面.的条件：6．允许流速1）渠道中的流速V应小于不冲允许流速V`2）渠道是的流速V应大于不淤流速V`3）不冲允许流速的大小决定于土质情况、护面材料、以及通过流量等因素；不淤允许流速是为防止悬浮泥沙的淤积，防止水草滋生，分别为0.4m/s、0.6m/s第十章1．堰流及闸孔出流的水流状态比较1）堰流和闸孔出流的区别：堰流的水面线是光滑的降落曲线；闸孔出流的上下游水面是不连续的。由于边界条件的这种差异，它们的水流特征及过水能力也不相同。2）堰流和闸孔出流的相同点：引起壅水，然后水面降落，是在重最小值常数A力作用下形成的一种水流运动，都是从势能转化为动能的过程。都属于明渠急变流，主要是局部水头损失。