流体力学 大作业
一.选择题
1.牛顿内摩擦定律适用于（）。
A．任何流体B．牛顿流体C．非牛顿流体
2.液体不具有的性质是（）。
A．易流动性B．压缩性C．抗拉性D．粘滞性
3连续介质假定认为流体（）连续。
A．在宏观上B．在微观上C．分子间D．原子间
4.在国际单位制中流体力学基本量纲不包括（）。
A．时间B．质量C．长度D．力．
5.在静水中取一六面体，作用在该六面体上的力有（）
A．切向力、正压力B．正压力C．正压力、重力D．正压力、切向力、重力
6．下述哪些力属于质量力( )
A．惯性力B．粘性力C．弹性力D．表面张力E．重力
7．某点存在真空时，（）（）
A．该点的绝对压强为正值B．该点的相对压强为正值c.该点的绝对压强为负值D．该点的相对压强为负值
8.流体静压强的（）。
A．方向与受压面有关B．大小与受压面积有关B．大小与受压面方位无关
9.流体静压强的全微分式为（）。
A．B．C．
10.压强单位为时，采用了哪种表示法（）。
A．应力单位B．大气压倍数C．液柱高度
11.密封容器内液面压强小于大气压强，其任一点的测压管液面（）。A．高于容器内液面B．低于容器内液面C．等于容器内液面
12.流体运动的连续性方程是根据（）原理导出的。
A.动量守恒
B. 质量守恒
C.能量守恒
D. 力的平衡
13. 流线和迹线重合的条件为（）。
A.恒定流
B.非恒定流
C.非恒定均匀流
14.总流伯努利方程适用于（）。
A.恒定流
B.非恒定流
C.可压缩流体
15. 总水头线与测压管水头线的基本规律是：（）、（）
A.总水头线总是沿程下降的。
B.总水头线总是在测压管水头线的上方。
C.测压管水头线沿程可升可降。
D.测压管水头线总是沿程下降的。
16 管道中液体的雷诺数与（）无关。
A. 温度
B. 管径
C. 流速
D. 管长
17.. 某圆管直径d=30mm，其中液体平均流速为20cm/s。液体粘滞系数为0.0114cm3/s，则此管中液体流态为（）。
A. 层流
B. 层流向紊流过渡
C.紊流
18.等直径圆管中紊流的过流断面流速分布是（）A呈抛物线分布B. 呈对数线分布 C.呈椭圆曲线分布 D. 呈双曲线分布
19.等直径圆管中的层流，其过流断面平均流速是圆管中最大流速的（）
A 1.0倍B.1/3倍C. 1/4倍D. 1/2倍
20.圆管中的层流的沿程损失与管中平均流速的（）成正比.
A. 一次方
B. 二次方
C. 三次方
D. 四次方
21..圆管的水力半径是( )
A. d/2
B. d/3
C. d/4
D. d/5.
22谢才公式中谢才系数的单位是（）A. 无量纲B. C. D. .
23. 判断层流和紊流的临界雷诺数是（）
A.上临界雷诺数
B.下临界雷诺数
C.上下临界雷诺数代数平均
D.上下临界雷诺数几何平均
24.. 对于管道无压流，当充满度分别为（）时，其流量和速度分别达到最大。 A. 0.5, 0.5 B. 0.95, 0.81 C. 0.81, 081 D. 1.0, 1.0
25.对于a, b, c三种水面线，下列哪些说法是错误（）（）
A．所有a、c型曲线都是壅水曲线，即，水深沿程增大。B．所有b型曲线都是壅水曲线，即，水深沿程增大。C．所有a、c型曲线都是降水曲线，即，水深沿程减小。C．所有b型曲线都是降水曲线，即，水深沿程减
小。
二.判断题
1.压强和切应力属表面力。（）
2.流体惯性力与加速度方向相同。（）
3.粘滞性可以制止流体流动。（）
4.理想流体与实际流体的区别仅在于，理想流体具有不可压缩性。（）
5.等压面与质量力垂直。（）
6.某点存在真空，是指该点的绝对压强小于大气压强。（）
7. 静止流体中某点压强的大小，不仅与其淹没深度有关还与受压面的方位有关。( )
8. 相对压强的数值可为正值，也可以是正值。( )
9. 静止液面下的闸板的总压力作用中心与闸板形心重合。（）
10. 和大气相通容器的测压管液面一定与容器内液面高度相同。（）
11. 相对静止液体的等压面一定是水平面。（）
12. 以每个流体质点运动规律为研究对象的方法称为拉格朗日法。（）
13.恒定流一定是均匀流。( )
14.涡流是指流体质点在运动中不绕自身轴旋转的流动. ( )
15.无旋流就是无涡流。
16.非均匀流一定是非恒定流。（）
17.N-S方程为理想流体运动的微分方程。（）
18.毕托管是量测流体点流速的一种仪器。（）
19.层流的沿程水头损失系数仅与雷诺数有关。( )
20. 壁面光滑的管道一定是水力光滑管。( )
21. 在过流断面突变处一般发生局部水头损失。( )
22. 等直径圆管中的层流,其过流断面平均流速是圆管中最大流速的1/2倍（）
23.流体内切应力方向与流体运动方向相同。（）
24.阻力平方区内阻力系数与雷诺数无关。（）
25.计算阻力损失时，短管既要考虑局部阻力损失，也要考虑沿程阻力损
失，长管计算同样也要考虑这两项损失。（）
26.长管是指几何长度很长的管道。（）
27.孔口淹没出流时，孔口淹没越深，其出流的流速和流量就越大。（）
28.管嘴收缩断面的真空度与作用水头成正比，作用水头越大，收缩断面的真空度越大，泄流量也越大。（）
29.同一短管，在自由出流和淹没出流条件下，流量计算公式的形式及流量系数的数值均相同。（）
30.若两孔口形状、尺寸完全相同，作用水头相同，一个为自由出流，一个为淹没出流，二者的流量是相同的。（）
三.简答题
1．为什么可将流体作为连续介质处理？
2．什么是流体的粘滞性？它对流体流动起什么作用？
3.动力粘滞系数和运动粘滞系数有什么区别？
4. 等压面是水平面的条件是什么？
5.同一容器中装两种液体，且，在容器侧壁装了两根测压管。试问：图中所标明的测压管中液面位置对吗？为什么？
6.描述流体运动的两种方法是什么？简述其内容。
7.流体微团体运动分为哪几种形式?
8.写出恒定平面势流中流函数、势函数与流速的关系。
9.什么是过流断面和断面平均流速？为什么要引入断面均流速？
10.如图所示，水流通过由两段等截面及一段变截面组成的管道，试问：(1)当阀门开度一定，上游水位保持不变，各段管中，是恒定流还是非恒定流？是均匀流还是非均匀流？(2)当阀门开度一定，上游水位随时间下降，这时管中是恒定流还是非恒定流？(3)恒定流情况下，当判别第II段管中是渐变流还是急变流时，与该段管长有无关系？
11说明总流能量方程中各项的物理意义。
12.写出实际流体恒定元流的伯努利方程和实际流体恒定总流的伯努利方程，并指出他们的区别？
13应用恒定总统能量方程时，为什么把过流断面选在渐变流段或均匀流
段？
14.在写总流能量方程时，过流断面上的代表点、基准面是否可以任意选取？为什么？
15.关于水流流向问题有如下一些说法：“水一定由高处向低处流”；“水是从压强大向压强小的地方流”；“水是从流速大的地方向流速小的地方流”。这些说法是否正确？为什么？如何正确描述？
16总流的动量方程为，试问：（1）中包括哪些力？（2）如果由动量方程求得的力为负值说明什么问题？
17.圆管中层流与紊流，其流速分布有什么不同？
18 简述尼古拉兹实验中沿程阻力系数λ的变化规律。
19.写出管流和明渠水流雷诺数的表达式，并说明其层流、紊流的判别标准？
20.雷诺数的物理意义？它为什么能用来判别流态？
21.当输水管直径一定时，随流量增大，雷诺数是增大还是减少？当输水管流量一定时，随管径加大，雷诺数是增大还是减少？
22.两个不同管径的管道，通过不同粘滞性的液体，它们的临界雷诺数是否相同？
23.能量损失有几种形式？产生能量损失的物理原因是什么？
24.为什么管嘴出流时，阻力增加了，泄流量反而增大？
25写出薄壁小孔口出流的收缩系数，流速系数和流量系数的表达式。
26. 外延管嘴正常工作的条件是什么？
27.为什么外延管嘴出流比同等条件下孔口出流的流量大？
28.简述明渠均匀流的水力特征及其形成条件。
29.简述明渠水流的三种流态及其四个判别方法及标准。
30.简述明渠恒定非均匀流的水力特征
四.计算题
1、如图所示，A、B两条供水管道间安装一复式压差计测量管道压差，已知hA＝hB＝1.0，水银柱高差h＝0.5m，求AB两点压强差（＝1000kg/m3，＝13.6×103kg/m3）
2、如图所示，由三条不同管径的管段组成一条管路，水箱内水面恒定，已知d1=0.075m，d2=0.05m，d3＝0.025m，三条管段的长度相等，均为10m，沿程损失系数λ1=λ2＝0.02，管道进口局部水头损失为，B点处局部水头损失为，C点处局部水头损失为，并且ξ1=ξ2＝ξ3＝0.5。（1）求各管中的断面平均流速；（2）求作用水头H（管中心至水面高差）
3、弧形闸门如图所示，门宽2m，其他尺寸如图，求：a) 作用于闸门上的静水总压力；b) 总压力与水平面的夹角。
4、图示为一分叉管道位于同一水平面，已知d1=700mm，d2＝500mm A-A 断面压强pA=70kN/m2，管中流量Q＝0.6m3／s，两支管流量相同。不计水头损失，求水流对镇墩的水平推力R=?
5如图所示，一封闭的容器中装有水，右侧安装一个U形管，U形管内水银ρH一13.6×103kg／m3，△h2=O．85m，△h1=0．4m，A点与水箱内水面高差为0.4m，求水箱内水面的相对压强p0。
6．如图所示，一条管道，A、B两点的高差△z=1.0m，A点处直径dA=O.25m，A点压强pA=7．8kN／m2，B点处直径dB=O．40m，B点压强pB=4.9kN／m2，管中流量Q=O.060m3／s，试判断管中水流方向。
7．某渠道建有一平板闸门排水闸，闸门与渠道同宽，门宽2m，当闸门在某一开度时，闸门前水深H=2．5m，闸孔后收缩断面水深hc=O．5m，闸孔出流局部水头损失为c-c断面流速水头的l／2，即hj=0.5vc2/2g 求：(1)此时该渠道通过流量；(2)此时作用于平板闸门上的动水总压力(不计摩擦力)。
8．图示离心水泵，抽水流量为Q=360m3／h，吸水管长l=8m，管径d=O．25 m，沿程阻力系数λ=O.025，底阀局部阻力系数ξ阀＝8.O，弯头局部阻力系数ξ弯＝0.4，安装高度hs=3.Om。求：(1)求水泵进口2—2断面的相对压强；
(2)若水泵进口2—2断面允许真空高度为hv=6.Om(水柱)，该水泵安装是否合理?
9.水闸两侧都受水的作用，左侧水深3m、右侧水深2m。试求作用在单位宽度闸门上静水总压力的大小及作用点位置（）。
10.如图所示，从水面保持恒定不变的水池中引出一管路，水流在管路末端流入大气，管路由三段直径不等的管道组成，其过水面积分别是
A1=0.05m2，A2=0.03m3，A3=0.04m2，若水池容积很大，行近流速可以忽略（v0≈0），当不计管路的水头损失时，试求：（1）出口流速v3及流量Q；（2）绘出管路的测压管水头线及总水头线。
参考答案一.选择题 1.B 2.C 3.A 4.D 5.C 6.A.E 7.A.D 8.A 9.B 10.A 11.B 12.B 13.A 14.A 15.A.C 16.D 17C 18.B 19.A 20.A 21.C 22.B 23.B 24.B 25.A.C 二.判断题1. √ 2. × 3. √ 4. × 5. √6. √7. ×8. √9. ×10. √11. ×12. √13. ×14. ×15. ×16. √17. ×18. √19. √20. ×21. ×22. √23. ×24. ×25. ×26. ×27. √28. ×29. √30. ×三.简答题1.为什么可将流体作为连续介质处理液体（气体）是由分子组成的，分子间有空隙，不连续。工程上研究的流体，关心的是流体宏观的物理性质。把流体看成为由质点组成的连续体——连续介质模型，目的是建立描述流体运动的连续函数，便于应用数学工具，解决工程实际问题。2．什么是流体的粘滞性？它对流体流动起什么作用？流体具有的阻滞变形运动的特性——流体的粘滞性，它对流体流动产生阻力，造成能量损失。3.动力粘滞系数和运动粘滞系数有什么区别？两者都反映流体的粘滞性，为动力量，为运动量，，量纲不同 4. 等压面是水平面的条件是什么？:①连续介质②同一介质③单一重力作用下. 5.同一容器中装两种液体，且，在容器侧壁装了两根测压管。试问：图中所标明的测压管中液面位置对吗？为什么？不对，（右测压管液面要低一些，从点压强的大小分析）6.描述流体运动的两种方法是什么？简述其内容。答：拉格朗日法是以研究个别流体质点的运动为基础，通过对每个流体质点运动规律时研究，获得整个流场流体运动规律。而欧拉法是以在空间设点，研究不同流体质点通过固定空间点运动，掌握整个流场流体运动规律。7.流体微团体运动分为哪几种形式? 答：①平移②线变形③角变形④旋转变形。8.写出恒定平面势流中流函数、势函数与流速的关系。流函数具有的性质 1.流函数相等的点组成的线即流线，或曰，同一流线上个点的流函数为常数。 2.两流线间的函数值之差为为单宽流量。
3.平面势流的流函数为一个调和函数。：流函数与流速势的关系①流函数
与势函数为调和函数。②等势线与等流函数线正交。9.什么是过流断面和断面平均流速？为什么要引入断面均流速？与流线正交的断面叫过流断面。过流断面上点流速的平均值为断面平均流速。引入断面平均流速的概念是为了在工程应用中简化计算。10.如图所示，水流通过由两段等截面及一段变截面组成的管道，试问：答：（1）是恒定流。Ⅰ、Ⅲ是均匀流，Ⅱ是非均匀流。（2）管中为非恒定流。（3）有。管段相当长为渐变流，管段较短为急变流11说明总流能量方程中各项的物理意义。略12.写出实际流体恒定元流的伯努利方程和实际流体恒定总流的伯努利方程，并指出他们的区别？略13应用恒定总统能量方程时，为什么把过流断面选在渐变流段或均匀流段？因为建立恒定总流的伯努利方程时，把作为常数提到积分号外面，只有渐变流断面或均匀流断面的。14.在写总流能量方程时，过流断面上的代表点、基准面是否可以任意选取？为什么？可以。因为渐变流断面或均匀流断面的。15.关于水流流向问题有如下一些说法：“水一定由高处向低处流”；“水是从压强大向压强小的地方流”；“水是从流速大的地方向流速小的地方流”。这些说法是否正确？为什么？如何正确描述？答：（1）“水一定由高处向低处流”，（不对），对明渠水流是对的，对有压管流不一定。“水是从压强大向压强小的地方流”（不对），在有压管流中常常有从压强小向压强大的地方流的现象。（2）正确描述时，流体的运动方向总是由单位重量流体能量大的位置流向单位重量流体能量小的位置。（不能单从位能或压能一个角度比较）16总流的动量方程为，试问：（1）中包括哪些力？（2）如果由动量方程求得的力为负值说明什么问题？答：（1）一般为表面力、重力，（惯性力、摩擦力、弹性力含在待求的力中了）（2）求得的力为负值说明原假设的力的方向不对，反向即可。17.圆管中层流与紊流，其流速分布有什么不同？答: 层流为抛物线分布,紊流为对数曲线分布.(也可以画图) 18 简述尼古拉兹实验中沿程阻力系数λ的变化规律。答: 尼古拉兹实验揭示了沿程阻力系数λ的变化规律,文字表述或数学公式表述. 层流:;水力光滑区: ;过渡粗糙区: 粗糙区(阻力平方区) : . 19.写出管流和明渠水流雷诺数的表达式，并说明其层流、紊流的判别标准？答: 管流: (层流) (紊流) 20.雷诺数的物理意义？它为什么能用来判别流态？答: 雷诺数实质
是反映粘性力与惯性力之比。层流时惯性力不大,而粘性力占主导,受粘性力的约束，流体质点做规则运动。紊流时惯性力占主导，受到干扰形成涡体，当粘性力约束不了涡体时，流体质点互相掺混，所以用雷诺数可以来判别流态。21.当输水管直径一定时，随流量增大，雷诺数是增大还是减少？当输水管流量一定时，随管径加大，雷诺数是增大还是减少？答: 当输水管直径一定时，随流量增大，雷诺数增大；当输水管流量一定时，随管径加大，雷诺数变小。22.两个不同管径的管道，通过不同粘滞性的液体，它们的临界雷诺数是否相同？答:不一定23.能量损失有几种形式？产生能量损失的物理原因是什么？答: 有沿程能量损失和局部能量损失两种。一是因为流体具有粘滞性，二是因为固体边界条件的影响。24.为什么管嘴出流时，阻力增加了，泄流量反而增大？答：因为在管嘴进口收缩断面处形成了负压，相当增加了作用水头，在相同条件下管嘴出流比孔口出流的流量大。25写出薄壁小孔口出流的收缩系数，流速系数和流量系数的表达式。略26. 外延管嘴正常工作的条件是什么？答：管嘴长：，作用水头：27.为什么外延管嘴出流比同等条件下孔口出流的流量大？答：（略）28.简述明渠均匀流的水力特征及其形成条件。答: 明渠均匀流的水力特征: ①底坡线，水面线，总线头线三线平行，即，②水深，过水断面面积A，断面平均流速及断面流速分布沿程不变。明渠均匀流形成条件：①流量恒定。②必须是长直棱柱形渠道，糙率不变。③底坡不变。29.简述明渠水流的三种流态及其四个判别方法及标准。答: 明渠水流分为缓流、急流、临界流。个判别方法有：①干扰波：波速C=，=C为临界流，c为急流；② 弗劳德数：弗劳德数Fr=，Fr=1临界流，Fr〈1 缓流，Fr〉1 急流；③ 临界水深：缓流，临界流，急流，④ 临界底坡：缓流，临界流，急流。30.简述明渠恒定非均匀流的水力特征答: ①过水断面面积A，水深，沿程改变。即③坡线，水面线，总线头线三线不再平行，即，四.计算题 1. 解：画出U形管处等压面，空气密度不计，设空气压强为P0。则PB=ρghB+ P0 (1) pA+ρghA=ρHg△h+ P0 (2) 联立(1)(2)式，消掉P0 得：pB-ρghB=ρghA-ρHg△h PA-pB=ρHg△h-ρg(hA+hB) pA-pB=13.6×9.8×O．5-9.8(1+1)=47.04kN／m2 答：A、B两点压强差为47．04kPa。2. 解：(1)求各管中的断面平均流速：由连续
性方程v1=v3A3/A1=(d3/d1)2v3=(0.025/0.075)2×1=0.111m/s V2=v3A3/A2=(d3/d2)2v3=(0.025/0.05)2×1=0.25m/s (2)求作用水头H=0.051+0.00199+0.01435+0.43367=0.501m 3. 解：a) 画压力体图、投影面压强分布图。水平分力：Px=ρghcAx=9．8×(3+1)×2×2=156．8kN(向右) 铅垂分力：Pz=ρgV=gρ(S矩+S扇)·B =9.8×(2×3+22π/4)×2 =179．144kN(向上) 总压力：p= px2+pz2 =238．07kN b)总压力与水平面的夹角：α=arctanPz/Px=arctan179.144/156.8=48.8。答：作用于闸门上的静水总压力为238．07kN，总压力与水平面的夹角为48．8。。 4. (1)求叉管中流量及各管中流速Q2=Q3=Q/2=0.3m3/s V1=4Q/πd12=1.56m/s V2=v3=4Q2/πd221.53m/s 2)求B-B，C-C断面压强及A-A，B-B，C-C断面压力，列A-A，B-B能量方程：O+pA/pg+αv12/2g=O+pB/pg+αv22/2g pB/pg=pA/pg+v12/2g- v22/2g=7.15(水柱) 因为叉管对称，所以pB=pC pB=pC=7．15×9．8=70．07kN／m。所以PA=pAπd12/4=26．9255kN PB=PC=pBπd22/4= 13．75kN(7分) (3)列动量方程求水流对镇墩的水平推力：设镇墩对水的作用力为R方向向左，列出方程：(ρQ2β2v2cos30°+ρQ3β3v3cos30°)- ΡQ1β1v1=PA-PB cos30°-PC cos30°-R R=26.9255-2*13.8 cos30°-(2*0.3*1.53 cos30°-0.6*1.56) =26.9255-23.9023-(0.795-0.936) =3.16KN 答：水流对镇墩的水平推力为3．16kN方向向右( 5. 解：①画出1—2等压面p2=ρHg△h2 ②p1=p。+ρg×O．4+ρg△h1 (6分) 因为p1=p2 所以p0＝ρHg△h2—ρg(0.4+△hl) =13．6×9．8×O．85—9．8(0．4+O．4)一105．45kN／m2。③水体重力沿水流方向的分力等于摩阻力，或日：重力功等于阻力功。 6. 解：判断水流流向，要比较单位重量流体总的机械能EA=zA+PA/ρg+αv12/2g (1) EB=zB+PB/ρg+αv32/2g (2) 又，v1=4Q/πd2A=1.22m/s pA\ρg=7.8/9.8=0.796m(水柱) V2=4Q/πd2B=0.478m/s pb\ρg=4.9/9.8=0.5m(水柱) 代入（1）式：EA=0+0.769+1.222/2*9.8=0.845 m(水柱) 代入（2）式：EB=1.0+0.5+0.4782/2*9.8=1.5117 m(水柱) 因为EB>EA 所以水流是从B流向A 7. 解：(1)以渠底为基准面，列能量方程，求通过流量：h+0+v02/2g=hc+0+vc2/2g+0.5vc2/2g (1) 依连续方程：vc=BHv0/Bhc=Hv0/hc=5V0
代入(1)式得： 2.5+v02/2g=0.5+1.5vc2/2g=0.5+1.5(5.0vc)2/2g =0.5+37.5v02/2g 36.5v02/2g=2.0 v0=1.037m/s vc=5.0v0=5.18m/s 答：水箱内水面的相对压强户。为105．45kN／m2。(2)选择控制体，分析外力，列动量方程求作用于平板闸门上的动水总压力：P1=1/2ρgh2B=61.25KN(方向向右) Pc=1/2ρghc2B=2.45KN(方向向左) 设闸门对水的作用力为R，方向向左。列动量方程：pQ(β2vc-β1v0) =P1-Pc-R R=P1-PC-ρQ(vc-v0)=37.34KN 答：作用于平板闸门上的动水总压力为37．34kN，方向向右。8. 解：(1)取1—1～2—2断面，以1—1断面为基准面，列能量方程：0+0+0=hs+p2/ρg+αv22/2g+hw=hs+(α+λl/d+ξ阀+ξ弯)v22/2g+P2/ρg 又管中流速：V=4Q/πd2=2.04m/s 代人数据,p2/ρg=-5.166m(水柱) (2)因为水泵进口压强为一5．166m(水柱)，即真空高度为5．166m。小于水泵允许真空高度为hv=6．0m(水柱) 所以该水泵安装合理。答：水泵进口压强为-5.166m(水柱)，该水泵安装合理9. 解：①画出相对压强分布图, ② 计算各侧静水压力, ③ 求静水总压力的大小④列力矩平衡方程求静水总压力的作用点位置。P=24.5 1.267m(作用点到底部的距离) 10. 解: (1) 因为不计管路的水头损失,此题为理想流体的流动。①因为是理想流体，作用水头完全转化为动能。
②先解出第3条管中断面平均流速，在求流量。答案：（2）绘出管路的测压管水头线及总水头线步骤：①因为是理想流体，不计水头损失，故总水头线为水平。②计算各段流速水头。③总水头线下方减去1个流速水头得测压管水头线。（测压管水头线及总水头线图，略）
流体力学大作业
《计算流体力学》课程大作业 作业内容：3-4人为小组完成数值模拟，在第8次课上每组进行成果展示，并在课程结束后每组上交一份纸质版报告。 数值模拟实现形式：自编程或者使用任意的开源、商业模型。 成果展示要求：口头讲述和幻灯片结合的方式，每组限时10分钟（8分钟讲述，2分钟提问和讨论）。 报告要求：按照期刊论文的思路和格式进行撰写（包括但不限于如下内容：摘要、绪论\引言、数值模型简介、数值结果分析\讨论、结论、参考文献）。 （以下题目二选一） 题目一：固定单方柱扰流问题 根据文章《Interactions of tandem square cylinders at low Reynolds numbers》中的实验进行数值模拟，完成但不局限于如下工作： （1）根据Fig. 2 中的雷诺数和方柱排列形式，进行相同雷诺数不同间距比情况下的方柱绕流数值模拟，并做出流线图和Fig.2中的结果对比。 （2）根据Fig. 3 中的雷诺数和方柱排列形式，进行相同雷诺数后柱不同转角情况下的方柱绕流数值模拟，并做出流线图和Fig.3中的结果对比。 （3）根据Fig. 12, 13 中的雷诺数和方柱间距比的设置进行数值模拟，作出频率、斯特劳哈尔数、阻力系数随雷诺数变化的折线并与图中对应的折线画在同一坐标系下比较。 （中共有4条折线，对应4种不同的方柱排列形式下的物理参数随雷诺数变化的规律，仅需选取单柱模型和其中一种双柱模型进行数值模拟，共计16个工况）。 题目二：溃坝问题 根据文章《Experimental investigation of dynamic pressure loads during dam break》中的实验进行数值模拟，完成但不局限于如下工作： （1）分别完成二维、三维的溃坝的数值建模，讨论二维、三维模型的区别。 （2）分别将二维、三维溃坝的数值模拟结果和Fig. 7,10中各时刻的自由面形态进行对比，并分别观测溃坝前端水舌的位置随时间的变化，其结果和Fig. 12 种的各试验结果放在同一坐标系下进行对比。 （3）根据实验设置数值观测点，分别观测与实验测点相对应的数值观测点上的水体高度、压力随时间的变化曲线，并和Fig.16, 18,21,30,31,32,33,35中的实验结果进行对比。
粘性流体力学一些概念
无量纲参数 2 02 00Re L V L V L V μρμρ= = ) (/)(00003 000020T T C L V L V T T C V Ec w p w p - =-= ρρ 热传递中流体压缩性的影响，也就是推进功与对流热之比。00 0Pr K C p μ= 表示流体的物性的影响，表征温度场和速度场的相似程度。边界层特征厚度dy u u h e e ?- =0 * )1(ρρδ 边界层的存在而使自由流流线向外推移的距离。 θ δ* =H 能够反映速度剖面的形状，H 值越小， 剖面越饱满。动量积分方程：不可压流二维 f e w e e C u dx du u H dt d ==++2)2(ρτθθ /2 普朗特方程的导出，相似解的概念，布拉休斯解的主要结论 ?????????????+??+??-=??+??+????+??+??-=??+??+??=??+ ??)(1)(1022222222y v x v y p y v v x v u t v y u x u x p y u v x u u t u y v x u νρνρ 将方程无量纲化： ./,/,/,/*2***L tU t u p p U u u L x x ====ρ ν/Re UL =，Re /1*≈δ ,/,/,,**L L y U u v L y u v δδ=?==?= 分析：当Re 趋于很大时，**y p ??是大量，则**y p ??＝0，根据量纲分析，去掉小量化为有量纲形式则可得到普朗特边界层方程： ???? ?? ??? =????+??-=??+??+??=??+??01022y p y u x p y u v x u u t u y v x u υρ 相似解的概念：对不同x 截面上的速度剖面u(x,y)都可以通过调整速度u 和坐标y 的尺度因子,使他们重合在一起。外部势流速度Ue(x)作为u 的尺度因子，g(x)作为坐标y 的尺度因子。则无量纲坐标)(x g y ，无量纲速度)(x u u e ，则 对所有不同的x 截面其速度剖面的形状将会相 同。即= )(])(,[111x u x g y x u e ) (] ) (,[222x u x g y x u e 布拉修斯解（零攻角沿平板流动的解）的主要结论： x x Re 721.1* =δx x Re 664.0=θ 591.2/*==θδH 壁面切应力为： x y w U y u Re 1332.0)(2 0∞ ==??=ρμτ 壁面摩擦系数为：x w f u C Re 1664.022 ==∞ρτ 平均为：l l f Df dx C l C Re 1328.110? == 湍流的基本概念及主要特征，湍流脉动与分子随机运动之间的差别湍流是随机的，非定常的，三维的有旋流动，随机背后还存在拟序结构。特征：随机脉动耗散性，有涡性（大涡套小涡）。 湍流脉动：不断成长、分裂和消失的湍流微团；漩涡的裂变造成能量的传递；漩涡运动与边界条件有密切关系，漩涡的最小尺度必大于分子的自由程。分子随机运动：是稳定的个体；碰撞时发生能量交换；平均自由程λ与平均速度 和边界条件无关。层流稳定性的基本思想：在临界雷诺数以下时，流动本身使得流体质点在外力的作用下具有一定的稳定性，能抵抗微弱的扰动并使之消失，因而能保持层流；当雷诺数超过临界值后，流动无法保持稳定，只要存在微弱的扰动便会迅速发展，并逐渐过渡到湍流。平板边界层稳定性研究得到的主要结果：1.雷诺数达到临界雷诺数时流动开始不稳定，成为不稳定点，而转捩点则对应与更高的雷诺数。2.导致不稳定扰动最小波长 δ δλ65.17min ≈=*，可见不稳定波是一种 波长很长的扰动波，约为边界层厚度的6倍。3. 不稳定扰动波传播速度远小于边界层外部势流速度，其最大的扰动波传播速度 4.0/=∞U c r 。当雷诺数相当大时，中性稳定线的上下两股趋于水平轴。判别转捩的试验方法： 升华法（主要依据：湍流的剪切应力大小）热膜法（主要依据：层流和湍流边界层内 气流脉动和换热能力的差别）液晶法（主要依 据：湍流传热和层流传热能力之间的差异）湍流的两种统计理论：1. 湍流平均量的半经验分 析（做法：主要研究各个参数的平均量以及它们之间的相互关系，如平均速度，压力，附面层厚度等。2. 湍流相关函数的统计理论分析（做法；将流体视为连续介质，将各物理量如：流速，压力，温度等脉动值视为连续的随机函数， 并通过各脉动值的相关函数和谱函数来描述湍流结构。）耗散涡、含能涡的尺度耗散涡为小尺 度涡，它的尺度受粘性限制，但必大于分子自由行程。控制小尺度运动的参数包括单位质量的能量消耗量ε和运动粘性系数ν。因此，由 量纲分析，小涡各项尺度为：长度尺度 4/13)(ενη=时间尺度2/1)(εντ=速度尺度4/1)(νε=v 耗散雷诺数 1Re →=νη v d 可知：小尺度涡体的湍流 脉动是粘性主宰的耗散流动，因此这一尺度的 涡叫耗散涡。含能涡为大尺度涡，在各向同性湍流中，可以认为大尺度涡体由它所包含的湍动总能量k ，以及向小尺度传递的能量ε决定。 长度尺度ε2/3k l =时间尺度εk t =速度尺度k u =积分尺度雷诺数1Re →>>=ν ul d 可知在含能尺度范围 内，惯性主宰湍流运动，因此含能尺度范围又 称惯性区。均匀湍流：统计上任何湍流的性质与空间位置无关，或者说，任何湍动量的平均 值及它们的空间导数，在坐标做任何位移下不 变。特征：不论哪个区域，湍流的随机特性是相同的，理论上说，这种湍流在无界的流场中 才可能存在。各向同性湍流：任何统计平均量与方向无关，或者说，任何湍动量在各个方向 都一样，不存在任何特殊地位的方向。任何统计平均湍动量与参考坐标轴的位移、旋转和反 射无关。特征：各向同性湍流，必然是均匀湍 流，因为湍流的任何不均匀性都会带来特殊的方向性。在实际中，只存在局部各向同性湍流 和近似各向同性湍流。各向同性下，雷诺应力 由9个量减为3个量。 了解时均动能方程、湍动能方程中各项的物理意义和特点，及能量平衡时均动能方程： 流体微团内平均动能变化率；外力的作功；平均压 力梯度所作的功； 雷诺应力所作功的扩散；雷诺应力所作的变形功；时均流粘性应力所作功 的扩散；时均流动粘性的耗散，即粘性应力的 变形功。 湍动能方程：
流体力学习题解答
流体力学习题解答一、填 空 题 1．流体力学中三个主要力学模型是（1）连续介质模型（2）不可压缩流体力学模型（3）无粘性流体力学模型。 2．在现实生活中可视为牛顿流体的有水 和空气 等。 3．流体静压力和流体静压强都是压力的一种量度。它们的区别在于：前者是作用在某一面积上的总压力；而后者是作用在某一面积上的平均压强或某一点的压强。 4．均匀流过流断面上压强分布服从于水静力学规律。 5．和液体相比，固体存在着抗拉、抗压和抗切三方面的能力。 6．空气在温度为290K ，压强为760mmHg 时的密度和容重分别为 1.2a ρ= kg/m 3和11.77a γ=N/m 3。 7．流体受压，体积缩小，密度增大 的性质，称为流体的压缩性 ；流体受热，体积膨胀，密度减少 的性质，称为流体的热胀性 。 8．压缩系数β的倒数称为流体的弹性模量 ，以E 来表示 9．１工程大气压等于98.07千帕，等于10m 水柱高，等于735.6毫米汞柱高。 10．静止流体任一边界上压强的变化，将等值地传到其他各点（只要静止不被破坏），这就是水静压强等值传递的帕斯卡定律。 11．流体静压强的方向必然是沿着作用面的内法线方向。 12．液体静压强分布规律只适用于静止、同种、连续液体。= 13．静止非均质流体的水平面是等压面，等密面和等温面。 14．测压管是一根玻璃直管或U 形管，一端连接在需要测定的容器孔口上，另一端开口，直接和大气相通。 15．在微压计测量气体压强时，其倾角为?=30α，测得20l =cm 则h=10cm 。 16．作用于曲面上的水静压力P 的铅直分力z P 等于其压力体内的水重。 17．通过描述物理量在空间的分布来研究流体运动的方法称为欧拉法。 19．静压、动压和位压之和以z p 表示，称为总压。 20．液体质点的运动是极不规则的，各部分流体相互剧烈掺混，这种流动状态称为紊流。 21．由紊流转变为层流的临界流速k v 小于 由层流转变为紊流的临界流速k v '，其
流体力学 大作业
一.选择题 1.牛顿内摩擦定律适用于（）。 A．任何流体B．牛顿流体C．非牛顿流体 2.液体不具有的性质是（）。 A．易流动性B．压缩性C．抗拉性D．粘滞性 3连续介质假定认为流体（）连续。 A．在宏观上B．在微观上C．分子间D．原子间 4.在国际单位制中流体力学基本量纲不包括（）。 A．时间B．质量C．长度D．力． 5.在静水中取一六面体，作用在该六面体上的力有（） A．切向力、正压力B．正压力C．正压力、重力D．正压力、切向力、重力 6．下述哪些力属于质量力( ) A．惯性力B．粘性力C．弹性力D．表面张力E．重力 7．某点存在真空时，（）（） A．该点的绝对压强为正值B．该点的相对压强为正值c.该点的绝对压强为负值D．该点的相对压强为负值 8.流体静压强的（）。 A．方向与受压面有关B．大小与受压面积有关B．大小与受压面方位无关 9.流体静压强的全微分式为（）。 A．B．C． 10.压强单位为时，采用了哪种表示法（）。 A．应力单位B．大气压倍数C．液柱高度 11.密封容器内液面压强小于大气压强，其任一点的测压管液面（）。A．高于容器内液面B．低于容器内液面C．等于容器内液面 12.流体运动的连续性方程是根据（）原理导出的。 A.动量守恒 B. 质量守恒 C.能量守恒 D. 力的平衡 13. 流线和迹线重合的条件为（）。
A.恒定流 B.非恒定流 C.非恒定均匀流 14.总流伯努利方程适用于（）。 A.恒定流 B.非恒定流 C.可压缩流体 15. 总水头线与测压管水头线的基本规律是：（）、（） A.总水头线总是沿程下降的。 B.总水头线总是在测压管水头线的上方。 C.测压管水头线沿程可升可降。 D.测压管水头线总是沿程下降的。 16 管道中液体的雷诺数与（）无关。 A. 温度 B. 管径 C. 流速 D. 管长 17.. 某圆管直径d=30mm，其中液体平均流速为20cm/s。液体粘滞系数为0.0114cm3/s，则此管中液体流态为（）。 A. 层流 B. 层流向紊流过渡 C.紊流 18.等直径圆管中紊流的过流断面流速分布是（）A呈抛物线分布B. 呈对数线分布 C.呈椭圆曲线分布 D. 呈双曲线分布 19.等直径圆管中的层流，其过流断面平均流速是圆管中最大流速的（） A 1.0倍B.1/3倍C. 1/4倍D. 1/2倍 20.圆管中的层流的沿程损失与管中平均流速的（）成正比. A. 一次方 B. 二次方 C. 三次方 D. 四次方 21..圆管的水力半径是( ) A. d/2 B. d/3 C. d/4 D. d/5. 22谢才公式中谢才系数的单位是（）A. 无量纲B. C. D. . 23. 判断层流和紊流的临界雷诺数是（） A.上临界雷诺数 B.下临界雷诺数 C.上下临界雷诺数代数平均 D.上下临界雷诺数几何平均 24.. 对于管道无压流，当充满度分别为（）时，其流量和速度分别达到最大。 A. 0.5, 0.5 B. 0.95, 0.81 C. 0.81, 081 D. 1.0, 1.0 25.对于a, b, c三种水面线，下列哪些说法是错误（）（） A．所有a、c型曲线都是壅水曲线，即，水深沿程增大。B．所有b型曲线都是壅水曲线，即，水深沿程增大。C．所有a、c型曲线都是降水曲线，即，水深沿程减小。C．所有b型曲线都是降水曲线，即，水深沿程减
流体力学作业
第一部分 1.流体和固体的主要区别有哪些？ 答案：流体和固体的主要区别在于液体的易流动性，即固体具有抵抗一定量的拉力、压力和剪切力的能力；而流体可以抵抗压力，但不能承受拉力，特别是静止的流体不能抵抗剪切力，在切向力的作用下可以无限变形。 2.什么类型的力使流体变形？ 答案：使流体变形的主要力是剪切力，在剪切力作用下，流体可以无线变形。 3.理想流体的定义是什么？ 答案：理想流体是不考虑粘性、热传导、质量扩散等扩散特性的流体。 4. 完全气体的定义是什么？怎么用表达式表达？ 答案：符合气体状态方程：p=ρRT的气体为理想气体，其表达式就是p=ρRT 式中p——压强；ρ——密度；R——气体常数；T——温度。 5. 马赫数的定义是什么？超音速和亚音速的区别？能否多谈一些？ 答案：物体运动的速度与声速的比值叫做马赫数，用M表示。当M>1时，即物体速度大于声速的时候为超声速，当M<1时，即物体的速度小于声速，此时为亚声速，马赫数为1时即为声速，马赫数大于五左右为超高声速。在大多数情况下，对于马赫数M ≤0.3时，若密度的改变只有平均值的2%，那么气体的流动就认为是不可压缩的；一般来说，马赫数小于0.15时可以将此流动看作不可压缩流动来处理。 6. 层流和湍流的现象，能否描述一下？用什么来判断它们？ 答案：层流：流体只做轴向运动，而无横向运动，此时水在管中分层流动，各层之间互不干扰、互不相混。 湍流：水剧烈波动，断裂并混杂在许多小旋涡中，处于完全无规则的乱流状态。 比如自来水管中的自来水，当水龙头开的较小的时候为层流，当水龙头开的最大时的状态为湍流状态。 比如雷诺的实验中，当水速较小时染色水为一条直线，湍流时乱作一团。 判断的标准用雷诺数，根据雷诺数的大小来区分是层流还是湍流。 7. 粘度会引起流动产生什么？气体和液体中的粘度产生有什么区别吗？ 答案：粘度会使流体各层之间产生内摩擦力，引起能量的耗损。
计算流体力学大作业
1 提出问题 [问题描述] Sod 激波管问题是典型的一类Riemann 问题。如图所示，一管道左侧为高温高压气体，右侧为低温低压气体，中间用薄膜隔开。t=0 时刻，突然撤去薄膜，试分析其他的运动。 Sod 模型问题：在一维激波管的左侧初始分布为：0 ,1 ,1111===u p ρ，右侧分布为：0 ,1.0 ,125.0222===u p ρ，两种状态之间有一隔膜位于5.0=x 处。隔膜突然去掉，试给出在14.0=t 时刻Euler 方程的准确解，并给出在区间10≤≤x 这一时刻u p , ,ρ的分布图。 2 一维Euler 方程组 分析可知，一维激波管流体流动符合一维Euler 方程，具体方程如下： 矢量方程： 0U f t x ??+=?? (0.1) 分量方程： 连续性方程、动量方程和能量方程分别是： 2 22,,p u ρ
() ()()()2 000u t x u u p t x x u E p E t x ρρρρ???+ =?????????++=? ??????+?????+ =????? (0.2) 其中 22v u E c T ρ?? =+ ?? ? 对于完全气体，在量纲为一的形式下，状态方程为： ()2 p T Ma ργ∞ = (0.3) 在量纲为一的定义下，定容热容v c 为： () 21 1v c Ma γγ∞= - (0.4) 联立(1.2)，(1.3)，(1.4)消去温度T 和定容比热v c ，得到气体压力公式为： ()2112p E u γρ??=-- ??? (0.5) 上式中γ为气体常数，对于理想气体4.1=γ。 3 Euler 方程组的离散 3.1 Jacibian 矩阵特征值的分裂 Jacibian 矩阵A 的三个特征值分别是123;;u u c u c λλλ==+=-，依据如下算法将其分裂成正负特征值： () 12 222 k k k λλελ±±+= (0.6) 3.2 流通矢量的分裂 这里对流通矢量的分裂选用Steger-Warming 分裂法，分裂后的流通矢量为 ()()()()()()()12312322232121212122f u u c u c u u c u c w γλλλργλλλγλλγλ?? ? -++ ?=-+-++ ? ? ? -+-+++ ??? ＋＋＋＋＋＋＋ ＋＋ ＋＋ (0.7)
流体力学课后作业
1、1 A prｅｓsure oｆ２10６Ｎ/ｍ2 is apｐlｉed ｔo a maｓs ｏf wａt ｅr that ｉｎitially fｉlled a 1,０00cm3 volume、Ｅｓｔiｍaｔe iｔｓvoｌume ａfter the prｅssｕｒe isａpplied、 将2１０６N/ｍ２得压强施加于初始体积为1,000ｃｍ3得水上，计算加压后水得体积。 (999、1cｍ3) 1、２As shown ｉn Fig、1－9，iｎa heａ ｔinｇsyｓtｅmｔhｅｒe is a dilatatioｎwate ｒtａｎk、Tｈe wｈolｅvolｕme oｆｔｈｅ waｔer inｔhe ｓｙｓｔem ｉｓ8m3、The largｅｓt tempeｒatｕre rise is 5０0C and tｈe coefficient of volume expanｓion iｓv＝0、0 ００５１/K，whａt ｉs tｈe smallesｔcｕ bage ｏf thｅwater bank？ 如图1-10所示,一采暖系统在顶部设一膨胀水 箱,系统内得水总体积为8m３,最大温升500Ｃ,膨胀系数v=0、0０51/K,求该水箱得最小容积？（0、2ｍ３）Ｆiｇ、1-9 Prｏｂｌem 1、2 1、3 Wｈｅn thｅinｃrement ｏf presｓuｒe is ５０kＰa，ｔｈe deｎsｉty of ａcerｔaｉn liquｉd is ０、0２%、Find thｅｂulｋｍodulus ｏf tｈe ｌiquid、 当压强增量为５0ｋPa时,某种液体得密度增加０、０２%。求该液体得体积模量。( ２、51０8Pa) 1、4 Fig、1-10 sｈows the cｒoss－seｃｔ ion of ａｎｏｉｌtａnｋ, its diｍenｓ ions ａｒｅlength a=0、6m, width b=０、4m, heigｈｔＨ=0、5m、Ｔｈe diameｔer of n ｏzｚｌe is ｄ=0、05m, heiｇht h=０、08m、 Ｏil ｆillｓto the uppｅr edge of thｅtank， finｄ: (1)Ｉｆonlｙthe tｈerｍal ｅxpansion cｏefficｉｅｎｔv=6、5１0-４1／K of ｔｈe oil tankｉs ｃonｓiderｅd, wh ａt is thｅvoluｍe Fig、1-１0Ｐｒoblｅm1、4 of oil spilleｄfrom tｈe taｎk when ｔhe temperatuｒe ofｏil iｎｃreases from t1=-200C to t２=20０C? (2)Ｉf thｅlineａr expａnsｉon coｅfficienｔl＝1、210-51/K ｏf ｔhｅoiｌtａnk is consｉdered, what is the result iｎｔhiｓｃaｓe? 图1－1０为一油箱横截面，其尺寸为长a＝0、6m、宽b＝0、４m、高H＝０、５m,油嘴直径d=0、０5ｍ,高h＝０、０８m。由装到齐油箱得上壁,求: (1)如果只考虑油液得热膨胀系数v＝6、51０－41／Ｋ时，油液从ｔ1=-２ 0０Ｃ上升到 t2＝2００Ｃ时,油箱中有多少体积得油溢出？
流体力学-大作业
一.选择题 1.牛顿摩擦定律适用于（）。 A．任何流体B．牛顿流体C．非牛顿流体 2.液体不具有的性质是（）。 A．易流动性B．压缩性C．抗拉性D．粘滞性 3连续介质假定认为流体（）连续。 A．在宏观上B．在微观上C．分子间D．原子间 4.在国际单位制中流体力学基本量纲不包括（）。 A．时间B．质量C．长度D．力． 5.在静水中取一六面体，作用在该六面体上的力有（） A．切向力、正压力B．正压力 C．正压力、重力 D．正压力、切向力、重力 6．下述哪些力属于质量力 ( ) A．惯性力B．粘性力C．弹性力D．表面力 E．重力 7．某点存在真空时，（）（） A．该点的绝对压强为正值B．该点的相对压强为正值 c.该点的绝对压强为负值D．该点的相对压强为负值 8.流体静压强的（）。 A．方向与受压面有关 B．大小与受压面积有关 B．大小与受压面方位无关 9.流体静压强的全微分式为（）。 A．B．C． 10.压强单位为时，采用了哪种表示法（）。 A．应力单位B．大气压倍数C．液柱高度 11.密封容器液面压强小于大气压强，其任一点的测压管液面（）。A．高于容器液面B．低于容器液面C．等于容器液面 12.流体运动的连续性方程是根据（）原理导出的。 A.动量守恒 B. 质量守恒 C.能量守恒 D. 力的平衡 13. 流线和迹线重合的条件为（）。
A.恒定流 B.非恒定流 C.非恒定均匀流 14.总流伯努利方程适用于（）。 A.恒定流 B.非恒定流 C.可压缩流体 15. 总水头线与测压管水头线的基本规律是：（）、（） A.总水头线总是沿程下降的。 B.总水头线总是在测压管水头线的上方。 C.测压管水头线沿程可升可降。 D.测压管水头线总是沿程下降的。 16 管道中液体的雷诺数与（）无关。 A. 温度 B. 管径 C. 流速 D. 管长 17.. 某圆管直径d=30mm，其中液体平均流速为20cm/s。液体粘滞系数为0.0114cm3/s，则此管中液体流态为（）。 A. 层流 B. 层流向紊流过渡 C.紊流 18.等直径圆管中紊流的过流断面流速分布是（） A呈抛物线分布 B. 呈对数线分布 C.呈椭圆曲线分布 D. 呈双曲线分布 19.等直径圆管中的层流，其过流断面平均流速是圆管中最大流速的（） A 1.0倍 B.1/3倍 C. 1/4倍 D. 1/2倍 20.圆管中的层流的沿程损失与管中平均流速的（）成正比. A. 一次方 B. 二次方 C. 三次方 D. 四次方 21..圆管的水力半径是 ( ) A. d/2 B. d/3 C. d/4 D. d/5. 22才公式中才系数的单位是（） A. 无量纲 B. C. D. . 23. 判断层流和紊流的临界雷诺数是（） A.上临界雷诺数 B.下临界雷诺数 C.上下临界雷诺数代数平均 D.上下临界雷诺数几何平均 24.. 对于管道无压流，当充满度分别为（）时，其流量和速度分别达到最大。 A. 0.5, 0.5 B. 0.95, 0.81 C. 0.81, 081 D. 1.0, 1.0 25.对于a, b, c三种水面线，下列哪些说法是错误（）（） A．所有a、c型曲线都是壅水曲线，即，水深沿程增大。 B．所有b型曲线都是壅水曲线，即，水深沿程增大。 C．所有a、c型曲线都是降水曲线，即，水深沿程减小。 C．所有b型曲线都是降水曲线，即，水深沿程减
湖北工业大学流体力学作业答案版
1、已知油的重度为7800N/m 3，求它的密度和比重。试求0.2m 3此种油的质量和重量各为多少 已已知知：：γ＝7800N/m 3；V ＝0.2m 3。 解析：(1) 油的密度为 3kg/m 79581 .97800===g γ ρ； 油的比重为 795.01000 795O H 2===ρρ S (2) 0.2m 3的油的质量和重量分别为 kg 1592.0795=?==V M ρ N 15602.07800=?==V G γ 2、体积为5m 3的水在温度不变的条件下，压力从1大气压增加到5大气压，体积减小了1L ，求水的体积压缩系数和弹性系数值。 已已知知：：V ＝5.0m 3，p 1＝×105Pa ，p 2＝×105Pa ，ΔV ＝1L 。 解析：由(1－9)和(1－10)式，得水的体积压缩系数及弹性系数值分别为 N /m 100.510 )0.10.5(0.5100.1d d 21053 p --?=?-??=-=p V V β 2910p m /N 100.2100.511?=?== -βE 3、一块可动平板与另一块不动平板同时浸在某种液体中，它们之间的距离为0.5mm ，可动板若以 0.25m/s 的速度移动，假设板间流体中的速度分布是线性的，为了维持这个速度需要单位面积上的作用力为2N/m 2，求这两块平板间流体的动力黏度μ。 解：板间流体的速度梯度可计算为 13du u 0.25500s dy y 0.510 --===? 由牛顿切应力定律d d u y τμ=，可得两块平板间流体的动力黏度为 3d 410Pa s d y u τμ-= =?? 4、流场的速度分布为2265375x y z u xy xt u y u xy zt =+=-=-，，，求流体在点（2，1，4）和时间t =3s 时的速度、加速度。
计算流体力学课程大作业
《计算流体力学》课程大作业 ——基于涡量-流函数法的不可压缩方腔驱动流问题数值模拟 张伊哲 航博101 1、 引言和综述 2、 问题的提出，怎样使用涡量-流函数方法建立差分格式 3、 程序说明 4、 计算结果和讨论 5、 结论 1引言 虽然不可压缩流动的控制方程从形式上看更为简单，但实际上，目前不可压缩流动的数值方法远远不如可压缩流动的数值方法成熟。 考虑不可压缩流动的N-S 方程： 01()P t νρ??=? ? ??+??=-?+???? U U UU f U (1.1) 其中ν是运动粘性系数，认为是常数。将方程组写成无量纲的形式： 01()Re P t ??=?? ??+??=-?+????U U UU f U (1.2) 其中Re 是雷诺数。 从数学角度看，不可压缩流动的控制方程中不含有密度对时间的偏导数项，方程表现出椭圆-抛物组合型的特点；从物理意义上看，在不可压缩流动中，压力这一物理量的波动具有无穷大的传播速度，它瞬间传遍全场，以使不可压缩条件在任何时间、任何位置满足，这就是椭圆型方程的物理意义。这就造成不可压缩的N-S 方程不能使用比较成熟的发展型．．．偏微分方程的数值求解理论和方法。 如果将动量方程和连续性方程完全耦合求解，即使使用显示的离散格式，也将会得到一个刚性很强的、庞大的稀疏线性方程组，计算量巨大，更重要的问题是不易收敛。因此，实际应用中，通常都必须将连续方程和动量方程在一定程度上解耦。 目前，求解不可压缩流动的方法主要有涡量-流函数法，SIMPLE 法及其衍生的改进方法，有限元法，谱方法等，这些方法各有优缺点。其中涡量-流函数法是解决二维不可压缩流动的有效方法。作者本学期学习了研究生计算流体课程，为了熟悉计算流体的基本方法，选择使用涡量-流函数法计算不可压缩方腔驱动流问题，并且对于不同雷诺数下的解进行比较和分析，得出一些结论。 本文接下来的内容安排为：第2节提出不可压缩方腔驱动流问题，并分析该问题怎样使用涡量-流函数方法建立差分格式、选择边界条件。第3节介绍程序的结构。第4节对于不同雷诺数下的计算结果进行分析，并且与U.GHIA 等人【1】的经典结论进行对比，评述本
流体力学作业
某公路修建一圆形钢筋混凝土倒虹吸管，设计通过流量Q =2.83m 3/s ，管长l =50m ，进出口处水位差H =3.0m 。沿程阻力系数03.0=λ，局部阻力系数：进口5.0=en ? ，转弯65.0=b ?，出口0.1=ex ?。试确定虹吸管的管径d 。(15分) 解：列倒虹吸管进、出口伯努利方程，0,021≈≈v v w h z z +++=++000021 w h z z H =-=21 g v d l h H ex b en w 2)2(2 ???λ+++== 其中阻力系数总和为： 8.25.10.165.025.05003.02+=+?++?=+++d d d l ex b en ???λ 管中流速为：s m d d d Q v /605.314.383.244222=??== π 又H =3m ，代入上式： 8.92)605.3( )8.25.1(322??+=d d 整理得： 09946.08566.135=--d d 试算： d =0.98m ，代入上式 0102.09946.098.08566.198.035≠-=-?-? --2分 d =0.99m ，代入上式 0020.09946.099.08566.199.035≈=-?-? ---2分 所以d =0.99m ,采用标准管径d =1m 。
6.12 解：20001700Re <=，为层流，圆管层流的流速分布为一旋转抛物面。 v R v vd R e e υυ?=?= s m v R v e /2.530.05 100.7441700-4 =??=?=υ 2020max 24821r v J r J u v =?==μγμγ s m r vr v r r r v r r J u /21.2025.001875.053.2253.2222)(2)(42 2 20 2 22020 220=??-?=-=-=-=μγ 6.13 解：s m A Q v /2 7.12.04110402 3 =??==-π 20001587.510 1.60.21.274-<=??==υvd R e 为层流 0.041587.56464===e R λ O mH g v d l h f 22 25.168.9227.12.0100004.02=???=??=λ
流体力学大作业
流体力学-大作业
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一．选择题 1．牛顿内摩擦定律适用于()。 A.任何流体B．牛顿流体 C.非牛顿流体 2．液体不具有的性质是()。 A．易流动性Ｂ.压缩性Ｃ.抗拉性 D.粘滞性 3连续介质假定认为流体（)连续。 A．在宏观上 B.在微观上 C.分子间Ｄ．原子间 4.在国际单位制中流体力学基本量纲不包括（）。 A．时间 B.质量 C.长度D．力． 5.在静水中取一六面体，作用在该六面体上的力有（) Ａ．切向力、正压力Ｂ．正压力C．正压力、重力D．正压力、切向力、重力 ６. 下述哪些力属于质量力（) A．惯性力Ｂ.粘性力 C.弹性力Ｄ.表面张力Ｅ．重力 7.某点存在真空时,( ）(） A.该点的绝对压强为正值 B.该点的相对压强为正值c.该点的绝对压强为负值 D.该点的相对压强为负值 ８．流体静压强的( )。 A.方向与受压面有关Ｂ.大小与受压面积有关B．大小与受压面方位无关 9．流体静压强的全微分式为（)。 A. B. C． １0．压强单位为时，采用了哪种表示法（)。 A．应力单位Ｂ.大气压倍数C．液柱高度 11.密封容器内液面压强小于大气压强，其任一点的测压管液面( ）。 A.高于容器内液面B．低于容器内液面 C.等于容器内液面 12．流体运动的连续性方程是根据( ）原理导出的。 A.动量守恒 B. 质量守恒 C.能量守恒 D. 力的平衡 13．流线和迹线重合的条件为（)。
A．恒定流B.非恒定流C.非恒定均匀流 １４．总流伯努利方程适用于（）。 A.恒定流 B.非恒定流Ｃ.可压缩流体 15. 总水头线与测压管水头线的基本规律是：( ）、( ） A.总水头线总是沿程下降的。B．总水头线总是在测压管水头线的上方。 C.测压管水头线沿程可升可降。 D.测压管水头线总是沿程下降的。 １6 管道中液体的雷诺数与（)无关。 A.温度B．管径Ｃ. 流速D．管长 １7．. 某圆管直径d=3０mｍ，其中液体平均流速为20ｃｍ/s。液体粘滞系数为0.0１14cm3/s，则此管中液体流态为( )。 A. 层流 B. 层流向紊流过渡C．紊流 1８．等直径圆管中紊流的过流断面流速分布是（)A呈抛物线分布B．呈对数线分布 C.呈椭圆曲线分布D．呈双曲线分布19．等直径圆管中的层流,其过流断面平均流速是圆管中最大流速的（） A １．０倍 B.1/３倍Ｃ.1/４倍D. 1/2倍 20.圆管中的层流的沿程损失与管中平均流速的（）成正比. A. 一次方 B.二次方 C. 三次方Ｄ. 四次方 ２1..圆管的水力半径是（) A. d/2Ｂ.d/3 C. d/４D. d／5. 2２谢才公式中谢才系数的单位是（）A.无量纲B．Ｃ.D．. 23．判断层流和紊流的临界雷诺数是（） Ａ.上临界雷诺数 B.下临界雷诺数 C.上下临界雷诺数代数平均 D.上下临界雷诺数几何平均 24..对于管道无压流,当充满度分别为( )时，其流量和速度分别达到最大。Ａ．0.５,0.５B．0.95,0．８1 C.0.８1, ０8１ D. １.0，1.０ 25.对于ａ, ｂ，c三种水面线，下列哪些说法是错误( ）（) A．所有a、ｃ型曲线都是壅水曲线，即，水深沿程增大。B．所有
流体力学作业答案
流体力学作业答案-标准化文件发布号：（9456-EUATWK-MWUB-WUNN-INNUL-DDQTY-KII
例题1：如下图所示，一圆锥体绕自身轴线等速旋转，锥体与固定壁面间的距离为K ，空隙全部被动力粘滞系数为 μ的牛顿流体所充满。当旋转角速度为ω，锥体底部半径 为R ，高为H ，求作用于圆锥的阻力矩。 解：M= ????====K dh r K dA r K dAr K u dAr 3 22cos 2πμω απμωωμμτ= H K R α πμωcos 23 而 22cos R H H +=α;故：M=223 2R H K R +?πμω 例题2：涵洞进口处，装有与水平线成600倾角而边长为1m 的正方形平板闸门（AB=1m ），求闸门所受静水总压力的大小及作用点。
解：坐标只能建在水面上。 a A kp p 807.91807.9=?= a B kp p 300.18)2 3 1(807.9=+?=
KN p p P B A 050.14112 =??+= h h A y I y y C C C C C D 6.160sin 433.1121 60sin 433.1160 sin 121160sin 00 30=+=??+=+= 0=D x 矩形和圆形的 C y 和C I 值 矩形： 2h y C = 123 bh I C =
圆形： r y C = 4 4 r I C π= 例题3：一直立矩形闸门，用三根工字梁支撑，门高及上游水深H 均为3m,把此闸门所受静水压强分布图分为三等份，每根工字梁分别设在这三等份的重心，求三个工字梁的位置？ 解：设静水压力分布图的面积为A ，则每一等份为A/3
流体力学标准化作业答案
流体力学标准化作业（三） ——流体动力学 本次作业知识点总结 1.描述流体运动的两种方法 （1）拉格朗日法；（2）欧拉法。 2.流体流动的加速度、质点导数 流场的速度分布与空间坐标(,,)x y z 和时间t 有关，即 流体质点的加速度等于速度对时间的变化率，即 投影式为 或 ()du u a u u dt t ?==+??? 在欧拉法中质点的加速度du dt 由两部分组成， u t ??为固定空间点，由时间变化引起的加速度，称为当地加速度或时变加速度，由流场的不恒定性引起。()u u ??为同一时刻，由流场的空间位置变化引起的加速度，称为迁移加速度或位变加速度，由流场的不均匀性引起。 欧拉法描述流体运动，质点的物理量不论矢量还是标 量，对时间的变化率称为该物理量的质点导数或随体导数。例如不可压缩流体，密度的随体导数 3.流体流动的分类 （1）恒定流和非恒定流 （2）一维、二维和三维流动 （3）均匀流和非均匀流 4.流体流动的基本概念 （1）流线和迹线 流线微分方程 迹线微分方程 （2）流管、流束与总流 （3）过流断面、流量及断面平均流速
体积流量 3(/)A Q udA m s =? 质量流量 (/)m A Q udA kg s ρ=? 断面平均流速 A udA Q v A A ==? （4）渐变流与急变流 5. 连续性方程 （1）不可压缩流体连续性微分方程 （2）元流的连续性方程 （3）总流的连续性方程 6. 运动微分方程 （1）理想流体的运动微分方程（欧拉运动微分方程） 矢量表示式 （2）粘性流体运动微分方程（N-S 方程） 矢量表示式 21()u f p u u u t νρ?+?+?=+??? 7.理想流体的伯努利方 （1）理想流体元流的伯努利方程 （2）理想流体总流的伯努利方程 8.实际流体的伯努利方程 （1）实际流体元流的伯努利方程 （2）实际流体总流的伯努利方程 10.恒定总流的动量方程 投影分量形式
计算流体力学大作业报告(翼型空气动力分析)
课程综合作业课程名称：计算流体力学 专业班级：研究方向： 学生姓名：学号： 完成日期：
计算流体力学课程综合报告 1.简介 计算流体动力学（Computational Fluid Dynamics，简称CFD）是通过计算机数值计算和图像显示，对包含有流体流动和热传导等相关物理现象的系统所做的分析。其基本思想为:把原来在时间域及空间域上连续的物理量的场，如速度场和压力场，用一系列有限个离散点上的变量值的集合来代替，通过一定的原则和方式建立起关于这些离散点上场变量之间关系的代数方程组，然后求解代数方程组获得场变量的近似值。 CFD可以看作是在流动基本方程（质量守恒方程、动量守恒方程、能量守恒方程）控制下对流动的数值模拟。通过这种数值模拟，我们可以得到极其复杂问题的流场内各个位置上的基本物理量（速度、压力、温度、浓度等）的分布，以及这些物理量随时间的变化情况，确定旋涡分布特性、空化特性及脱流区等。还可据此算出相关的其他物理星，如旋转式流体机械的转矩、水力损失和效率等。此外，与CAD联合，还可进行结构优化设计等。 2.计算流体动学的特点: ①流动问题的控制方程一般是非线性的，自变量多，计算域的几何形状和边界条件复杂，很难求得解析解，而用CFD方法则有可能找出满足工程需要的数值解。 ②可利用计算机进行各种数值试验，例如，选择不同流动参数进行物理方程中各项有效性和敏感性试验，从而进行方案比较。 ③它不受物理模型和实验模型的限制，省钱省时，有较多的灵活性，能给出详细和完整的资料，很容易模拟特殊尺寸、高温、有毒、易燃等真实条件和实验中只能接近而无法达到的理想条件。 ④数值解法是一种离散近似的计算方法，依赖于物理上合理、数学上适用、适合于在计算机上进行计算的离散的有限数学模型，且最终结果不能提供任何形式的解析表达式，只是有限个离散点上的数值解，并有一定的计算误差。 ⑤它不像物理模型实验一开始就能给出流动现象并定性地描述，往往需要由原体观测或物理模型试验提供某些流动参数，并需要对建立的数学模型进行验证。
流体力学标准化作业答案第三章
流体力学标准化作业（三） ——流体动力学 本次作业知识点总结 1.描述流体运动的两种方法 （1）拉格朗日法；（2）欧拉法。 2.流体流动的加速度、质点导数 流场的速度分布与空间坐标(,,)x y z 和时间t 有关，即 (,,,)u u x y z t = 流体质点的加速度等于速度对时间的变化率，即 Du u u dx u dy u dz a Dt t x dt y dt z dt ????= =+++ ???? 投影式为 x x x x x x y z y y y y y x y z z z z z z x y z u u u u a u u u t x y z u u u u a u u u t x y z u u u u a u u u t x y z ?????=+++?????? ????? =+++???????????=+++?????? 或 ()du u a u u dt t ?==+??? 在欧拉法中质点的加速度du dt 由两部分组成， u t ??为固定空间点，由时间变化 引起的加速度，称为当地加速度或时变加速度，由流场的不恒定性引起。 ()u u ??v v 为同一时刻，由流场的空间位置变化引起的加速度，称为迁移加速度或位变加速度， 由流场的不均匀性引起。 欧拉法描述流体运动，质点的物理量不论矢量还是标量，对时间的变化率称为该物理量的质点导数或随体导数。例如不可压缩流体，密度的随体导数 D D u t t ρρ ρ?=+???（）
3.流体流动的分类 （1）恒定流和非恒定流 （2）一维、二维和三维流动 （3）均匀流和非均匀流 4.流体流动的基本概念 （1）流线和迹线 流线微分方程 x y z dx dy dz u u u == 迹线微分方程 x y z dx dy dz dt u u u === （2）流管、流束与总流 （3）过流断面、流量及断面平均流速 体积流量 3(/)A Q udA m s =? 质量流量 (/)m A Q udA kg s ρ=? 断面平均流速 A udA Q v A A == ? （4）渐变流与急变流 5. 连续性方程 （1）不可压缩流体连续性微分方程 0y x z u u u x y z ???++=??? （2）元流的连续性方程 12 1122 dQ dQ u dA u dA =?? =? （3）总流的连续性方程 1122u dA u dA = 6. 运动微分方程 （1）理想流体的运动微分方程（欧拉运动微分方程）