工程流体力学课后思考题

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1、1- 1:流体有哪些特性?论述液体与气体特征的异同。1)流动性、压缩、膨胀性、粘性2)物态固定体积固定形状自由液面明显压缩抵抗微小剪力抵抗力液体有无有否否压气体无无无是否压1- 2: 什么是连续介质模型?为什么要建立?1) 将流体作为由无穷多稠密、没有间隙的流体质点构成的连续介质,于是可将流体视为 在时间和空间连续分布的函数。2) 可以不考虑流体复杂的微观粒子运动,只考虑在外力作用下的微观运动; 可以用连续函数的解析方法等数学工具去研究流体的平衡和运动规律。1- 3:流体密度、相对密度概念,它们之间的关系?1) 密度:单位体内流体所具有的质量,表征流体的质量在空间的密集程度。相对密度:在标准大

2、气压下流体的密度与4C时纯水的密度的比值。关系:d= p / p1- 4 :什么是流体的压缩性和膨胀性?1) 压缩性:在一定的温度下,单位压强增量引起的体积变化率定义为流体的压缩性系 数,其值越大,流体越容易压缩,反之,不容易压缩。2) 膨胀性:当压强一定时,流体温度变化体积改变的性质称为流体的膨胀性1- 5:举例说明怎样确定流体是可压缩还是不可压缩的? 气体和液体都是可压缩的,通常将气体时为可压缩流体,液体视为不可压缩流体。 水下爆炸:水也要时为可压缩流体;当气体流速比较低时也可以视为不可压缩流体。1- 6:什么是流体的黏性?静止流体是否有黏性?1) 流体流动时产生内摩擦力的性质程为流体的黏

3、性2) 黏性是流体的本身属性,永远存在。1- 7:作用在流体上的力有哪些?质量力、表面力。1-8: 什么是表面张力?表面张力,是液体表面层由于分子引力不均衡而产生的沿表面作用于任一界线上的张力2- 1: 流体静压强有哪些特性 ?如何证明?1) 特性一:流体静压强的作用方向沿作用面的内法线方向特性二:静压强与作用面在空间的方位无关,只是坐标点的连续可微函数2)2- 2:流体平衡微分方程的物理意义是什么?在静止流体内的任一点上,作用在单位质量流体上的质量力与静压强的合力相平衡2- 3:什么是等压面?等压面的方程是什么?有什么重要性质?1) 在流体中压强相等的点组成的面。2) f dx + f dy

4、 + f dz 二 0xyz3) 性质:在静止流体中,作用于任意点的质量力垂直于经过该点的等压面。2- 4 :写出流体静力学基本方程的几种表达式。说明流体静力学基本方程的适用范围以及物 理意义、几何意义。pppz +=c ; z +1-z +2pgpg2Pg适用于不可压缩重力流体的平衡状态;物理意义:当连续不可压缩的重力流体处于平衡状态时,在流体中的任意点上,单位重 量流体的总势能为常数。几何意义:不可压缩的重力流体处于平衡状态时,静水头线或者计示静水头线为平行 于基准面的水平线。2- 5:什么是绝对压强、计时压强和真空?它们之间有什么关系?1) 绝对压强:以完全真空为基准计量的压强。严上一;

5、2) 计示压强:以当地大气压强为基准计量的压强。=上=2000 时,即认为流动是紊流。5- 3试从流动特征、流速分布、切应力分布以及水头损失等方面来比较圆管中的层流和紊流 特性。 圆管中的层流:平稳有规律的流动状态;流速分布规律为旋转抛物面;同一截面上的切向应力的大小与半径成正比;沿程损失与平均流速的一次方成正比。 圆管中的紊流:极不规则的流动状态;层流底层内的速度分布呈线性分布,湍流核心区速度分布呈对数分布规律;表征流体运动状态的各种物理量也表现 出不同程度的跃变和随机性。5- 4 :输水管道的流量一定时,随着管径增加,雷诺系数是增加还是减小?定时,有=二,所以当d增加时,雷诺数减小。5-

6、5为什么采用雷诺数来判别流态?雷诺数是衡量惯性力与粘性力相对强弱的一个无量纲数。雷诺数较小时,黏滞力对流体 的影响大于惯性力,流体表现为层流。若雷诺数较大时,惯性力对流场的影响大于黏滞 力,流体表现为紊流。5-6 :何为普朗特混合长理论?根据这一理论紊流中的切应力如何计算?1)在紊流中在每一点引入一个垂直方向上的长度,用和时2)紊流附加切应力与混合长度和时均速度梯度乘积的平方成正比。5-7:什么叫水力光滑管和水力粗糙管?与哪些因素有关? 水力光滑管:黏性底层完全淹没了管壁的粗糙凸出部分,对流体没有阻力。与雷诺数 有关 水力粗糙管:管壁的粗糙度对紊流有影响。与雷诺数和粗糙度有关。5-8:按照尼古

7、拉兹实验曲线习惯将流体分为几个区域?各区域有什么特点?如何判别?沿程 阻力系数如何确定?1) 5个2)层流区:在对数图中为斜直线;过度区:情况复杂,无一定规律。紊流光滑管区:该区沿程损失系数与相对粗糙度无关,只与雷诺数有关;评 ffe3 x!060.0032+O_221Re-D紊流粗糙管过渡区:X = 1.42 lgRe d(丿-2=1.42 lg1.273 qvI vs-2紊流粗糙管平方阻力区:该区沿程损失系数只与粗糙度有关,这一区域内流动的能量4z = 21g- + 1.74损失与流速的平方成正比。_ r5-9 :如何使用莫迪图求圆管内程阻力系数流动的沿程阻力系数?首先确定流动的雷诺数Re,到莫迪图上查对应横坐标,再用粗糙度二除以管道直径d, 如果是非圆管道,则除以当量直径D,这个值对应着莫迪图的右边纵坐标和对应的 曲线,找到横坐标Re与曲线的交点,对应到莫

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