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流体力学 边界层基础及绕流运动

船舶与海洋工程流体力学

本章主要内容

§8.1边界层的基本概念

§8.2边界层微分方程

§8.3边界层的动量积分方程

§8.4平板边界层的近似计算

§8.5边界层的分离

§8.6绕流阻力

§8.1边界层的基本概念

边界层外边界

II尾部流区域

I边界层

边界层外边界

绕流运动

?绕流运动为高雷诺数运动

一般物体的特征长度在l=0.01-10m范围,当物体在空气或水中以速度U=0.1-100m/s运动时,相应的雷诺数约在100-109之间。普通汽车和船舶以正常速度行驶时,空气和水的雷诺数均在106以上。飞机绕流的雷诺数则更高,因此大Re数流动是普遍存在的现象。

绕流运动

?高雷诺数运动:忽略粘性,

简化为理想流体运动

?达朗贝尔佯谬:

1752年在《试论流体阻力的新理论》中考虑没有粘性的不可压缩流体,结果得到运动物体受到的阻力为零的结论。他本人不满意这个结论,但又得不到正确的解释,成为一个所谓达朗贝尔佯谬。

法国数学家、力学家、哲学家。

边界层的提出

?普朗特

1904年,在德国举行的第三届国际数学家学会上,德国著名的力学家普朗特第一次提出了边界层的概念(论粘性很小的流体的运动)。他认为对于水和空气等黏度很小的流体,在大雷诺数下绕物体流动时,黏性对流动的影响仅限于紧贴物体壁面的薄层中,而在这一薄层外黏性影响很小,完全可以忽略不计,这一薄层称为边界层。普朗特的这一理论,在流体力学的发展史上有划时代的意义。

边界层的主要内容

(1)固壁附近边界层内的流动,粘性力和惯性力同量级,必须考虑粘性的影响,为有旋运动;

(2)边界层以外的流动区域,该区域内流体速度变化很小,可近似看成是理想流体.

无粘性流场

粘性剪切流

优点

引入边界层后,可将流场的求解可分为两个区进行

?边界层内流动必须计入流体的粘性影响可利用动量方程求得近似解。

?边界层外流动视为理想流体流动,可按势流求解。

它的提出为解决粘性流体绕流问题开辟了新途径,并使流体绕流运动中一些复杂现象得到解释

u ∞u

u

u

u u

u x=0.99u∞

边界层区

主体区或外流区

U层流边界层过渡区湍流边界层

x y

由于具有粘性,紧贴壁面的流体必然附着于物体表面上,其速度为零。

近壁面的流体相继受阻而减速。

u ∞u

u

u

u u

u x=0.99u∞

边界层区

主体区或外流区

?一方面,随着流体向前流动,速度受到影响的区域逐渐扩大?另一方面,随着与板面法向距离的增大,板面对流体的减速作用逐渐减弱。

u ∞u

u

u

u u

u x=0.99u∞

边界层区

主体区或外流区

在离板面一定距离之外的流体速度就基本上未受板面影响接近了的主流速度。减速作用发生在紧邻板面的很薄的流体层中,这一薄层称之为边界层;

?边界层内:沿板面法向的速度梯度很大,剪应力不可忽略。

——粘性流体的流动

?边界层外:不存在速度梯度或速度梯度很小,剪应力可以忽略。

——理想流体运动

(1)与物体的特征长度相比,边界层的厚度很小δ<

(2)边界层内沿厚度方向,速度梯度很大,为有旋运动。

(3)边界层厚度沿流体流动方向是增加的。

(4)由于边界层很薄,可以近似认为边界层中各截面上的压强等于同一截面上边界层外边界上的压强值。

u ∞u

u

u

u u

u x=0.99u∞

边界层区

主体区或外流区

(5)在边界层内,粘性力与惯性力同一数量级。

(6)边界层内的流态,也有层流和紊流两种流态。

层流底层层流边界层过渡区域紊流边界层

层流边界层

过渡区域

紊流边界层

层流底层

层流边界层向紊流边界层的转变

ν=

x U Re x 0c

x x =ν

=

c

c x U Re 0c

x x =5

10

5?=

1.名义厚度

定义为速度达到外流速度99%时离壁面的垂直距离,称为名义厚度δ(x )。

u ∞u

u

u

u u

u x=0.99u∞

边界层区

主体区或外流区

2.位移厚度

又称边界层流量排挤厚度,是指由于边界层的存在,使得外部流动按理想流体处理时,其流动的虚拟边界向壁面以外移动的距离。

x

y 0

u 0

99.0u x

u δ1

δ??δ

δρ-ρ=δρ0

010dy

u dy u u x ?

δ

-=δ0

1)1(dy

u u x

2.位移厚度

表明:由于流体的粘性作用,存在着流动被阻滞了的边界层,为了满足连续性方程,流道就得扩张,才能让一定量的流体通过,因此流线向外偏斜,被排移了δ1的距离;也就是说,由于边界层的存在排移了厚度为δ1的非粘性

y=Y+δ1

流体的流量。

δ1

流线

Y

U∞

如图,兰线为一条流线,由于边界层的存在使它向上偏移了排量1

3.动量损失厚度

是指由于边界层的存在,边界层内所损失的动量折合成按理想流体处理时,具有相同动量的等效厚度。

x

y

u 0

99.0u x

u δ

1

δ??δ

δρ-ρ=δρ0

20

0220

dy

u dy u u u x

x ?

δ

-=δ0

02)1(dy u u u u x

x

4.能量损失厚度

是指由于边界层的存在,边界层内所损失的能量折合成按理想流体处理时,具有相同能量的等效厚度。

x

y

u 0

99.0u x

u δ

1

δ??

δ

δ

ρ-ρ=δρ0

20

20

2030dy

u u dy u u

u u x

x x ?

δ

-=δ0

20

203)1(dy u

u

u u x x

南京工业大学热工基础试题库

南京工业大学热工基础 熵: 一、任意过程熵与热量的关系 系统的熵变是可以用可逆吸热计算的, 当实际过程不可逆时, 可以采用假设可逆过程的 方法。 按假设可逆过程计算熵变, 即用热温比计算,其中的热量度其实是包括两部分: 实际传 入的热量和耗散热量(可逆功 -实际功)一一总热量 一个关系:(假设)可逆传热-(假设)可逆功=传热-功(实际)=系统内能变化(因为 内能是状态参量,是只与前后状态有关的,与过程是否可逆无关) 即:系统在某一温度下的熵变是系统在该温度下所得到的总热量除以该系统的温度, 与 为熵本身就是系统的状态量。 一一第一熵方程 二、微观解释 系统微观粒子热运动能量增量与热运动强度之比 观状态对应的微观状态数。 注: 任何不可逆过程都将一定功化为等量热。 程都可能通过加功消除变化。 三、熵流与熵产 熵产是真正的不可逆程度的度量,是不可逆的本质,是熵的根本来源。 闭系,熵变=熵流+熵产,任意系统熵变可正可负,熵流可正可负,但熵产必然是大于 或等于0的,孤立系统,没有熵流,则熵变就是熵产,所以有孤立系熵增原理。 熵流 熵产:两部分组成一一有有限温差温差的传热和系统内部功的耗散 如果计算熵流用的是系统温度 ,则熵产中就只有耗散项,而不包括温差传热项。 T 两者熵产项不相等,是因为考虑的过程不同,所选择的系统也不同。 用热源温度计算熵流时,计算的是从热源流出的熵流,而熵变是系统的熵变,则系统的熵变 理应包括温差传热带来的熵产。而用系统温度计算熵流时,计算的是流入系统的熵流,而流 入系统的熵流已经包括温差传热的熵产了。 一一温差传热的熵产是最终到受热方的 ,是流入 可逆与否无关。 ds Q T Q T T W r W T ,注意用的是系统温度而不是热源温度, (运动有序程度的度量) 反应了系统宏 效果与功生热一样。一一则任一不可逆过 总方程: ds 第二熵方程

流体力学试题及答案

全国2015年4月高等教育自学考试 --工程流体力学试题 一、单项选择题(每小题1分,共20分)在每小题列出的四个选项中只有一个选项是符合题目要求的,请将正确选项前的字母填在题后的括号内。 1.若流体的密度仅随( )变化而变化,则该流体称为正压性流体。 A.质量 B.体积 C.温度 D.压强 2.亚声速流动,是指马赫数( )时的流动。 A.等于1 B.等于临界马赫数 C.大于1 D.小于1 3.气体温度增加,气体粘度( ) A.增加 B.减小 C.不变 D.增加或减小 4.混合气体的密度可按各种气体( )的百分数来计算。 A.总体积 B.总质量 C.总比容 D.总压强 5.某单位购买了一台提升汽车的油压升降机(如图一所示),原设计操纵方法是:从B管进高压油,A管排油时平台上升(图一的左图);从A管进高压油,B管排油时平台下降。在安装现场工人不了解原设计意图,将A、B两管联在一起成为C管(图一的右图)。请你判断单靠一个C管通入高压油或排油,能操纵油压机升降吗?你的判断:( ) A.可以 B.不能动作 C.能升不能降 D.能降不能升 6.在一个储水箱的侧面上、下安装有两只水银U形管测压计(如图二),当箱顶部压强p0=1个大气压时,两测压计水银柱高之差△h=h1-h2=760mm(Hg),如果顶部再压入一部分空气,使p0=2个大气压时。则△h应为( )

C.△h=760mm(Hg) D.△h=1520mm(Hg) 7.流体流动时,流场各空间点的参数不随时间变化,仅随空间位置而变,这种流动称为( ) A.定常流 B.非定常流 C.非均匀流 D.均匀流 8.流体在流动时,根据流体微团( )来判断流动是有旋流动还是无旋流动。 A.运动轨迹是水平的 B.运动轨迹是曲线 C.运动轨迹是直线 D.是否绕自身轴旋转 9.在同一瞬时,流线上各个流体质点的速度方向总是在该点与此线( ) A.重合 B.相交 C.相切 D.平行 10.图示三个油动机的油缸的内径D相等,油压P也相等,而三缸所配的活塞结构不同,三个油动机的出力F1,F2,F3的大小关系是(忽略活塞重量)( ) A.F1=F2=F3 B.F1>F2>F3 C.F1F2 11.三个容积完全相等的容器,联接如图示,先将阀门a,b关闭,阀门c开启。压强计p指示为0。将容器I充入压缩空气,绝对压强为300KPa,容器Ⅲ抽成真空度为30KPa。先关闭阀门c,再开启阀门a和b。这时,压强计p 的读数应该是(设当地大气压是100KPa) A.56.7KPa B.76.7KPa C.90.0KPa D.110.0Kpa

流体力学试题及答案2

流体力学试题 一、判断题(每题1分,共10分) 1、紊流可以是均匀流,也可以是非均匀流。 ( ) 2、均匀流中只考虑沿程水头损失,渐变流中只考虑局部水头损失。 ( ) 3、公式g v d l h f 22 λ=既适用于层流,也适用于紊流。 ( ) 4、不可压缩液体连续方程既适用于恒定流,也适用于非恒定流。 ( ) 5、理想流体是指不考虑粘性作用的流体。 ( ) 6、不管是层流还是紊流,其运动要素在时间和空间上都具有脉动性。 ( ) 7、恒定流时,流线的形状不随时间变化,流线不一定与迹线相重合。 ( ) 8、圆形管的直径就是其水力半径。 ( ) 9、几何相似是运动相似和动力相似的前提与依据。 ( ) 10、仅由液体产生作用在水平平面上的总压力与容器的形状无关。 ( ) 二、填空题(每空2分,共20分) 1、流体是在任何微小的 的作用下都能够发生 的物质。 2、当压力体与液体在 时为实压力体,否则为虚压力体。 3、在工程流体力学中,描述流体运动的常用方法有__ 和__ __。 4、简单管路是指 和 沿程不发生变化的管路系统。 5、局部阻力系数与 、 、 有关。 三、单项选择题(每题2分,共30分) 1、不可压缩流体指忽略 的流体。 A .密度 B .密度变化 C .粘度 D .粘度变化 2、连续介质模型意味着 。 A .流体分子之间没有间隙 B .流体中的物理参数是连续函数 C .流体分子之间有间隙 D .流体不可压缩 3、已知不可压缩流体的流速场为u x =f (y ,z ),u y =f (x ),u z =0,则该流动为 。 A .恒定一元流 B .恒定二元流 C .恒定三元流 D .非恒定均匀流 4、静水压力的方向 。 A .与受力面平行 B .与受力面斜交

2018流体力学实验指导书

《流体力学》实验指导书 杨英俊 2018.

目录 实验一平面上静水总压力测量实验 (4) 实验二恒定总流动量方程验证实验 (7) 实验三流态演示与临界雷诺数量测实验 (10) 实验四沿程水头损失测量实验 (13) 实验五文透里流量计率定实验 (16) 实验六局部水头损失测量实验 (19) 实验七恒定总流能量方程演示实验 (22)

前言 流体力学是一门重要的技术基础课,它的主要研究内容为流体运动的规律以及流体与边界的相互作用,它涉及到建筑、土木、环境、水利造船、电力、冶金、机械、核工程、航天航空等许多学科。在自然界中,与流体运动关联的力学问题是很普遍的,所以流体力学在许多工程领域有着广泛的应用。例如水利工程、机械工程、环境工程、热能工程、化学工程、港口、船舶与海洋工程等,因此流体力学是高等学校众多理工科专业的必修课。 流体力学课程的理论性强,同时又有明确的工程应用背景。它是连接前期基础课程和后续专业课程的桥梁。因此,掌握流体力学的基本概念、基本理论和解决流体力学问题的基本方法,具备一定的实验技能,为后续课程的学习打好基础,培养分析和解决工程实际中有关水力学问题的能力。 流体力学和其它学科一样,大致有三种研究方法。一是理论方法,分析问题的主次因素,提出适当的假定,抽象出理论模型(如连续介质、理想流体、不可压缩流体等),运用数学工具寻求流体运动的普遍解。二是实验方法,将实际流动问题概括为相似的实验模型,在实验中观察现象、测定数据,并进而按照一定方法推测实际结果。第三种方法是数值计算,根据理论分析与实验观测拟订计算方案,通过编制程序输入数据,用计算机算出数值解。三种方法各有千秋,既是互相补充和验证,但又不能互相取代。实验方法仍是检验与深化研究成果的重要手段,现代实验技术的突飞猛进也促进了流体力学的蓬勃发展。因此,流体力学实验在流体力学学科及教学中占有重要位置,也是在学习流体力学课程中一个不可缺少的重要教学环节。目前,针对我院各专业本科生,流体力学实验包括以下7个实验: 1)平面上静水总压力测量实验 2)恒定总流动量方程验证实验 3)流态演示与临界雷诺数量测实验 4)沿程水头损失测量实验 5)文透里流量计率定实验

最新流体力学试题及答案

流体力学复习题 ——2013制 一、填空题 1、1mmHO= 9.807 Pa 2、描述流体运动的方法有欧拉法和拉格朗日法。 3、流体的主要力学模型是指连续介质、无粘性和不可压缩性。 4、雷诺数是反映流体流动状态的准数,它反映了流体流动 时粘性力与惯性力的对比关系。 5、流量Q1和Q2,阻抗为S1和S2的两管路并联,则并联 后总管路的流量Q为Q= Q1 + Q2,总阻抗S为 __________ 。串联后总管路的流量Q为Q=Q1=Q2,总阻抗S为S1+S2 。 6、流体紊流运动的特征是脉动现行___________ ,处理方法是时均法__________ 。 7、流体在管道中流动时,流动阻力包括沿程阻力 和局部阻力。 &流体微团的基本运动形式有:平移运动、旋转流动和变形运动。 9、马赫数气体动力学中一个重要的无因次数,他反映了惯性力

与弹性力的相对比值。 10、稳定流动的流线与迹线重合__________ 。 2 11、理想流体伯努力方程z 二常数中,其中Z」称为测 r 2g r 压管水 头。 12、一切平面流动的流场,无论是有旋流动或是无旋流动都 存在流线,因而一切平面流动都存在流函数,但是, 只有无旋流动才存在势函数。 13、雷诺数之所以能判别卫态__________ ,是因为它反映了 惯性力和粘性力___________ 的对比关系。 14、流体的主要力学性质有粘滞性、惯性、重力 「表面张力性和压缩膨胀性。 15、毕托管是广泛应用于测量气体和水流一种仪器。 16、流体的力学模型按粘性是否作用分为理想气体和粘性气体。作用与液上的力包括质量力,表面力。 17、力学相似的三个方面包括几何相似__________ 、运动相似________ 与 _______ 。 18、流体的力学模型是连续介质_________ 模型。 19、理想气体伯努力方程P(Z1 -Z?( - g)?乎中, Pll2 P(Z1-Z2)(li g)称势压_______________________ ,P— _____ 全压_______ ,- P '(乙-Z2)(1_-爲)■ —称总压

(完整版)流体力学试题及答案4

考试试卷(A B 卷) 学年第 学期 课程名称:流体力学 一、判断题(20分) 1. 流体质点只有质量没有大小。(F ) 2. 温度升高液体的表面张力系数增大。(F ) 3. 液滴内的压强比大气压小。( F ) 4. 声音传播过程是一个等熵过程。(T ) 5. 马赫线是超音速流动中被扰动和未扰动区域的分界线。(T ) 6. 一般情况下当马赫数小于2/3时可以忽略气体的压缩性(F ) 7. 超音速气流在收缩管道中作加速运动。(F ) 8. 定常流动中,流体运动的加速度为零。(F ) 9. 气体的粘性随温度的升高而增大。(T ) 10. 牛顿流体的粘性切应力与速度梯度,即角变形速率成正比。 (T ) 11. 理想流体定常流动,流线与等势线重合。 (F ) 12. 应用总流伯努利方程解题时,两个断面间一定是缓变流,方程 才成立。(F ) 13. 雷诺数是表征重力与惯性力的比值。 (F ) 14. 静止的流体中任意一点的各个方向的压强值均相等。(T ) 15. 大气层中的压强与密度、温度的变化有关而且受季节、气候等 因素的影响。(T ) 16. 压力体的体积表示一个数学积分,压力体内一定有流体。 (F ) 17. 不可压缩流体的有旋流动由于存在速度势和流函数,故又称为位势流动。(F ) 18. 如果流场中若干流体微团无绕自身轴线旋转运动,刚称为无旋流动。(F ) 19. 如果任一条封闭曲线上的速度环量皆为零,则此区域内的流动必为无旋流动。(T ) 20. 不可压缩流体在位势流场中,任意曲线上的速度环量等于曲线两端点上速度势函数值之差,而与曲线形状无关。(T ) 二、填空题(10分) 1. 在欧拉坐标系中,流体的加速度包括时变加速度和 位变加速度 两部分,如果流场中时变加速度为零,则称流动为 定常流动 ,否则流动称为 非定常流动 。 2. 雷诺实验揭示了流体流动存在层流和 紊流 两种流态,并可用 雷诺数来判别流态,管道流动的临界雷诺数为 2320 。 3. 已知三维流场的速度分布为:0,4,2==+=w x v t y u ,试求t=0时刻,经过点(1,1)的流线方程122 2=-y x ;点(1,1)处的加速度为i ρ89+。 4. 平面流动速度分布为:2 2y ax u -=,by xy v --=,如果流体不可压缩,试求a= 0.5 ;b= 0 。 5. 子弹在15摄氏度的大气中飞行,如果子弹头部的马赫角为45度,子弹的飞行速度为 481m/s 。

北航研究生课程实验流体力学重点

实验流体力学 第一章:相似理论和量纲分析 ①流体力学相似?包括几方面内容?有什么意义? 流体力学相似是指原型和模型流动中,对应相同性质的物理量保持一定的比例关系,且对应矢量相互平行。 内容包括: 1.几何相似—物体几何形状相似,对应长度成比例; 2.动力相似—对应点力多边形相似,同一性质的力对应成比例并相互平行 (加惯性力后,力多边形封闭); 3.运动相似—流场相似,对应流线相似,对应点速度、加速度成比例。 ②什么是相似参数?举两个例子并说明其物理意义 必须掌握的相似参数:Ma ,Re ,St 。知道在什么流动条件下必须要考虑这些相似参数。 相似参数又称相似准则,是表征流动相似的无量纲特征参数 。 1.两物理过程或系统相似则所有对应的相似参数相等。例如:假定飞机缩比模型风洞试验可以真正模拟真实飞行,则原型和模型之间所有对应的相似参数都相等,其中包括C L , C D , C M : S V L C L 22 1 ρ= S V D C D 22 1 ρ= Sb V M C M 22 1 ρ= 风洞试验可以测得CL, CD, CM 值,在此基础上,将真实飞行条件带入CL, CD, CM 表达式,可以求得真实飞行的升力、阻力和力矩等气动性能参数。 2.所有对应的相似参数相等且单值条件相似则两个物理过程或系统相似。例如:对于战斗机超音速风洞试验,Ma 和Re 是要求模拟的相似参数,但通常在常规风动中很难做到。 由于对于此问题,Ma 影响更重要,一般的方案是保证Ma 相等,对Re 数影响进行修正。 ; Re V p Ma a RT a V L l St V ρ ρωμ∞∞= ====

热工基础与应用课后习题答案(全)第二版

山东大学 热工基础课后习题解答 第一章 思考题 1.平衡状态与稳定状态有何区别?热力学中为什幺要引入平衡态的概念? 答:平衡状态是在不受外界影响的条件下,系统的状态参数不随时间而变化的状态。而稳定状态则是不论有无外界影响,系统的状态参数不随时间而变化的状态。可见平衡必稳定,而稳定未必平衡。热力学中引入平衡态的概念,是为了能对系统的宏观性质用状态参数来进行描述。 表压力或真空度能否作为状态参数进行热力计算?若工质的压力不变,问测量其压力的压力表或真空计的读数是否可能变化? 答:不能,因为表压力或真空度只是一个相对压力。若工质的压力不变,测量其压力的压力表或真空计的读数可能变化,因为测量所处的环境压力可能发生变化。 3.当真空表指示数值愈大时,表明被测对象的实际压力愈大还是愈小? 答:真空表指示数值愈大时,表明被测对象的实际压力愈小。 4. 准平衡过程与可逆过程有何区别? 答:无耗散的准平衡过程才是可逆过程,所以可逆过程一定是准平衡过程,而准平衡过程不一定是可逆过程。 5. 不可逆过程是无法回复到初态的过程,这种说法是否正确? 答:不正确。不可逆过程是指不论用任何曲折复杂的方法都不能在外界不遗留任何变化的情况下使系统回复到初态,并不是不能回复到初态。 6. 没有盛满水的热水瓶,其瓶塞有时被自动顶开,有时被自动吸紧,这是什幺原因? 答:水温较高时,水对热水瓶中的空气进行加热,空气压力升高,大于环境压力,瓶塞被自动顶开。而水温较低时,热水瓶中的空气受冷,压力降低,小于环境压力,瓶塞被自动吸紧。 7. 用U形管压力表测定工质的压力时,压力表液柱直径的大小对读数有无影响?

答:严格说来,是有影响的,因为U 型管越粗,就有越多的被测工质进入U 型管中,这部分工质越多,它对读数的准确性影响越大。 习 题 1-1 解: kPa bar p b 100.61.00610133.37555==??=- 1. kPa p p p g b 6.137********.100=+=+= 2. kPa bar p p p b g 4.149494.1006.15.2==-=-= 3. kPa mmHg p p p v b 3315.755700755==-=-= 4. kPa bar p p p b v 6.50506.0 5.000 6.1==-==- 1-2 图1-8表示常用的斜管式微压计的工作原理。由于有引风机的抽吸,锅炉 设 备的烟道中的压力将略低于大气压力。如果微压机的斜管倾斜角?=30α, 管内水 解:根据微压计原理,烟道中的压力应等于环境压力和水柱压力之差 mmHg Pa gh p 35.79805.0102008.91000sin 3==????=-αρ=水柱 mmHg p p p b 65.74835.7756=-=-=水柱 1-3 解: bar p p p a b 07.210.197.01=+=+= bar p p p b 32.005.107.212=-=-= bar p p p b C 65.032.097.02=-=-= 1-4 解: kPa H p p p b 2g mm 15745760==-==汞柱真空室- kPa p p p a 36236021=+=+=真空室 kPa p p p b 19217036212=-=-=

l流体力学 多套完整流体力学试卷及答案(期末考试)

《工程流体力学》流体力学试卷及答案一 一、判断题 1、 根据牛顿内摩擦定律,当流体流动时,流体内部内摩擦力大小与该处的流速大小成正比。 2、 一个接触液体的平面壁上形心处的水静压强正好等于整个受压壁面上所有各点水静压强的平均值。 3、 流体流动时,只有当流速大小发生改变的情况下才有动量的变化。 4、 在相同条件下,管嘴出流流量系数大于孔口出流流量系数。 5、 稳定(定常)流一定是缓变流动。 6、 水击产生的根本原因是液体具有粘性。 7、 长管是指运算过程中流速水头不能略去的流动管路。 8、 所谓水力光滑管是指内壁面粗糙度很小的管道。 9、 外径为D ,内径为d 的环形过流有效断面,其水力半径为 4 d D -。 10、 凡是满管流流动,任何断面上的压强均大于大气的压强。 二、填空题 1、某输水安装的文丘利管流量计,当其汞-水压差计上读数cm h 4=?,通过的流量为s L /2,分析当汞水压差计读数cm h 9=?, 通过流量为 L/s 。 2、运动粘度与动力粘度的关系是 ,其国际单位是 。 3、因次分析的基本原理是: ;具体计算方法分为两种 。 4、断面平均流速V 与实际流速u 的区别是 。 5、实际流体总流的伯诺利方程表达式为 , 其适用条件是 。 6、泵的扬程H 是指 。 7、稳定流的动量方程表达式为 。 8、计算水头损失的公式为 与 。 9、牛顿内摩擦定律的表达式 ,其适用范围是 。 10、压力中心是指 。 三、简答题 1、 稳定流动与不稳定流动。 2、 产生流动阻力的原因。 3、 串联管路的水力特性。 4、 如何区分水力光滑管和水力粗糙管,两者是否固定不变? 5、 静压强的两个特性。 6、 连续介质假设的内容。 7、 实际流体总流的伯诺利方程表达式及其适用条件。 8、 因次分析方法的基本原理。 9、 欧拉数的定义式及物理意义。 10、 压力管路的定义。 11、 长管计算的第一类问题。 12、 作用水头的定义。 13、 喷射泵的工作原理。 14、 动量方程的标量形式。 15、 等压面的特性。 16、 空间连续性微分方程式及其物理意义。 17、 分析局部水头损失产生的原因。 18、 雷诺数、富劳德数及欧拉数三个相似准数的定义式及物理意义。 19、 流线的特性。 四、计算题 1、如图所示,将一平板垂直探入水的自由射流中,设平板截去射流的部分流量Q 1=0.012m 3 /s ,并引起射流的剩余部分偏转一角度α 。已知 射流速度为30m/s ,总流量Q 0=0.036m 3 /s ,不计重量及水头损失。求射流加于平板上的力? 2、有泵管路如图所示,流量hour m Q /2403=,泵的吸入管长m L 151=,沿程阻力系数03.01=λ,总局部阻力系数为 61=∑ξ;压力管长m L 602=,03.01=λ,102=∑ξ,管径为m 25.0。 求:(1)已知泵入口处真空表读数O mH 26.6,求吸入高度1h 。

大学工程流体力学实验-参考答案

流体力学实验思考题 参考答案 流体力学实验室二○○六年静水压强实验1.同一静止液体内的测压管水头线是根什么线?测压管水头指z p ,即静水力学实验仪显示的测压管液面至基准面的垂直高度。测压管水头线指测压管液面的连线。实验直接观察可知,同一静止液面内的测压管水头线是一根水平线。 2.当p B 0 时,试根据记录数据,确定水箱内的真空区域。 p B 0 ,相应容器的真空区域包括以下三个部分: (1)过测压管2 液面作一水平面,由等压面原理知,相对测压管2及水箱内的水体而 言,该水平面为等压面,均为大气压强,故该平面以上由密封的水、气所占区域,均为真空区域。 (2)同理,过箱顶小不杯的液面作一水平面,测压管 4 中,该平面以上的水体亦为真 空区域。 (3)在测压管5 中,自水面向下深度某一段水柱亦为真空区域。这段高度与测压管2液面低于水箱液面的高度相等,亦与测压管4 液面高于小水杯液面高度相等。3.若再备一根直尺,试采用另外最简便的方法测定0 。 最简单的方法,是用直尺分别测量水箱内通大气情况下,管5 油水界面至水面和油水界面至油面的垂直高度h和h0 ,由式w h w 0h0 ,从而求得0 。4.如测压管太细,对于测压管液面的读数将有何影响? 设被测液体为水,测压管太细,测压管液面因毛细现象而升高,造成测量误差,毛细高度由下式计算 式中,为表面张力系数;为液体容量;d 为测压管的内径;h 为毛细升高。常温的水, 0.073N m ,0.0098N m3。水与玻璃的浸润角很小,可以认为cos 1.0。 于是有 h 29.7 d (h 、d 均以mm 计) 一般来说,当玻璃测压管的内径大于10 mm时,毛细影响可略而不计。另外,当水质 不洁时,减小,毛细高度亦较净水小;当采用有机下班玻璃作测压管时,浸润角较大,其h 较普通玻璃管小。如果用同一根测压管测量液体相对压差值,则毛细现象无任何影响。因为测量高、低压强时均有毛细现象,但在计算压差时,互相抵消了。 5.过C 点作一水平面,相对管1、2、5 及水箱中液体而言,这个水平面是不是等压面?哪一部分液体是同一等压面? 不全是等压面,它仅相对管1、2 及水箱中的液体而言,这个水平面才是等压面。因为只有全部具有下列5 个条件的平面才是等压面:(1)重力液体;(2)静止;(3)连通;(4)连通介质为同一均质液体;(5)同一水平面。而管5 与水箱之间不符合条件(4),相对管5 和水箱中的液体而言,该水平面不是水平面。

流体力学试卷及答案

1.绝对压强p abs与相对压强p 、真空度p v、当地大气压p a之间的关系是: A. p abs =p+p v; B. p=p abs-p a C. p v= p a-p abs D. p=p abs+p a 2.如图所示 A. p0=p a; B. p0>p a; C. p0

f水银;D、不一定。 5.流动有势的充分必要条件是( )。 A. 流动是无旋的; B. 必须是平面流动; C. 必须是无旋的平面流动; D. 流线是直线的流动。 6.雷诺数Re 反映了( )的对比关系 A.粘滞力与重力 B.重力与惯性力 C. 惯性力与粘滞力 D. 粘滞力与动水压力7.一密闭容器内下部为水,上部为空气,液面下4.2m处测压管高度为2.2m,设当地大气压为1个工程大气压,则容器内气体部分的相对压强为___ 水柱()。 A. 2m B. 1m C. 8m D. -2m 8.如图所示,下述静力学方程哪个正确?B 9.下列压强分布图中哪个是错误的?B 10.粘性流体总水头线沿程的变化是( ) 。 A. 沿程下降 B. 沿程上升 C. 保持水平 D. 前三种情况都有可能

一.名词解释(共10小题,每题2分,共20分) 1.粘滞性——流体在受到外部剪切力作用时发生变形(流 动),其内部相应要产生对变形的抵抗,并以内摩擦力的形 式表现出来,这种流体的固有物理属性称为流体的粘滞性 或粘性 2.迹线——流体质点的运动轨迹曲线 流线——同一瞬时,流场中的一条线,线上每一点切线 方向与流体在该点的速度矢量方向一致 3.层流——流体运动规则、稳定,流体层之间没有宏观的横向掺混 4.量纲和谐——只有量纲相同的物理量才能相加减,所以正确的物理关系式中各加和项的量纲必须是相同的,等式两边的量纲也必然是相同的 5.偶极流——由相距2a的点源与点汇叠加后,令a趋近于零得到的流动 6.排挤厚度——粘性作用造成边界层速度降低,相比理想流体有流量损失,相当于中心区理想流体的流通面积减少,计算时将平板表面上移一个厚度,此为排挤厚度7.顺压力梯度——沿流动方向压力逐渐降低,边界层的流动受压力推动不会产生分离8.时均速度——湍流的瞬时速度随时间变化,瞬时速度的时间平均值称为时均速度9.输运公式——将系统尺度量转换成与控制体相关的表达式 10.连续介质假说——将流体视为由连续分布的质点构成,流体质点的物理性质及其运动参量是空间坐标和时间的单值和连续可微函数。 二.选择题(共10小题,每题3分,共30分) 1BC;2B;3D;4B;5A;6C;7D;8B;9B;10A 三.计算题(共3小题,共50分) 1.如图所示,有一盛水的开口容器以3.6m/s2的加速度沿 与水平成30o夹角的倾斜平面向上运动, 试求容器中水面的倾角,并分析p与水深的关系。 解:根据压强平衡微分方程式: (1分) 单位质量力: (2分)

流体力学试卷及答案

一.填空题(共30分,每小题2分) 1.均质不可压缩流体的定义为。 2. 在常压下,液体的动力粘度随温度的升高而 。 3.在渐变流过流断面上,动压强分布规律的表达式为。 5.只要比较总流中两个渐变流断面上单位重量流体的大小,就能判别出流动方向。 6.产生紊流附加切应力的原因是。 7.在静止流体中,表面力的方向是沿作用面的方向。 8.圆管紊流粗糙区的沿程阻力系数λ与有关。 9.渐变流流线的特征是。 10.任意空间点上的运动参数都不随时间变化的流动称为。 11.局部水头损失产生的主要原因是。 12.直径为d的半满管流的水力半径R=。 13.平面不可压缩流体的流动存在流函数的条件是流速 x u和 y u满足方程。 14.弗劳德数Fr表征惯性力与之比。 15.在相同的作用水头下,同样口径管嘴的出流量比孔口的出流量。 二.(14分)如图所示,一箱形容器,高 1.5 h m =,宽(垂直于纸面)2 b m =,箱内充满水,压力表的读数为2 20/ kN m,用一半径1 r m =的园柱封住箱的一角,求作用在园柱面上的静水总压力的大小与方向。 三.(14分)如图所示,一水平放置的管道在某混凝土建筑物中分叉。已知主管直径3 D m =,主管流量3 35/ Q m s =,分叉管直径2 d m =,两分叉管流量均为2 Q,分叉管转角0 60 θ=,1-1断面中点的压强2 294/ p kN m =,不计水头损失,求水流对支座的作用力。 题二图题三图

四.(14分)如图所示,长 50L m =、直径0.21D m =的自流管,将水自水池引至吸水井中,然后用水泵送至水塔。已知泵的吸水管直径0.2d mm =,管长6l m =, 泵的抽水量30.064/Q m s =,滤 水网的局部阻力系数12 6.0ξξ==,弯头的局部阻力系数 30.3ξ=,自流管和吸水管的沿程阻力系数0.02λ=。假定自流 管中通过的流量等于泵的抽水量。试求:(1)水池水面与吸水 井的水面高差h ;(2)水泵的安装高度2s H m =时,水泵进口断 面的真空度。 五.(14分)油在管中以1/v m s =的速度向下流动,油 的密度3920/kg m ρ=,管长3l m =,管径25d mm =,水银 压差计测得9h cm =.试求:(1)油在管中的流态;(2)油的运动 粘度ν;(3)若保持相同的平均速度反方向运动时,压差计的读数有何变化(水银密度313600/kg m ρ'=) 六.(14分)用文丘里流量计量测空气(绝热指数 1.4k =,气体常数287/R J kg K =?)的质量流量。已知进口断面的直径为1400d mm =,绝对压强为21140/p kN m =,温度为0118T C =,喉部断面2150d mm =,22116/p kN m =,假定流动为一元恒定等熵气流,求通过流量计的质量流量。 参考答案: 一.填空题(共30分,每小题2分) 1.均质不可压缩流体的定义为 ρ=c 。 2.在常压下,液体的动力粘度随温度的升高而 降低 。 3.在渐变流过流断面上,动压强分布规律的表达式为P/ρg +z=0 。 5.只要比较总流中两个渐变流断面上单位重量流体的 总机械能 大小,就能判别出流动方向。 题四图 题五图

流体力学常用英语词汇

流体动力学 fluid dynamics 连续介质力学 mechanics of continuous media 介质 medium 流体质点 fluid particle 无粘性流体 nonviscous fluid, inviscid fluid 连续介质假设continuous medium hypothesis 流体运动学 fluid kinematics 水静力学 hydrostatics 液体静力学 hydrostatics 支配方程 governing equation 分步法 fractional step method 伯努利定理 Bernonlli theorem 毕奥-萨伐尔定律 Biot-Savart law 欧拉方程 Euler equation 亥姆霍兹定理 Helmholtz theorem 开尔文定理 Kelvin theorem 涡片 vortex sheet 库塔-茹可夫斯基条件 Kutta-Zhoukowski condition 布拉休斯解 Blasius solution 达朗贝尔佯廖 d'Alembert paradox 雷诺数 Reynolds number 施特鲁哈尔数 Strouhal number 随体导数 material derivative 不可压缩流体 incompressible fluid 质量守恒 conservation of mass 动量守恒 conservation of momentum 能量守恒 conservation of energy 动量方程 momentum equation 能量方程 energy equation 控制体积 control volume 液体静压 hydrostatic pressure 涡量拟能 enstrophy 压差 differential pressure 流[动] flow 流线 stream line 流面 stream surface 流管 stream tube 迹线 path, path line 流场 flow field 流态 flow regime 流动参量 flow parameter 流量 flow rate, flow discharge 涡旋vortex 涡量 vorticity 涡丝 vortex filament 涡线 vortex line 涡面 vortex surface 涡层 vortex layer 涡环 vortex ring 涡对 vortex pair 涡管 vortex tube 涡街 vortex street 卡门涡街 Karman vortex street 马蹄涡 horseshoe vortex 对流涡胞 convective cell 卷筒涡胞 roll cell 涡 eddy 涡粘性 eddy viscosity 环流 circulation 环量 circulation 速度环量 velocity circulation 偶极子 doublet, dipole 驻点stagnation point 总压[力] total pressure 总压头 total head 静压头 static head 总焓 total enthalpy 能量输运 energy transport 速度剖面 velocity profile 库埃特流 Couette flow 单相流 single phase flow 单组份流 single-component flow 均匀流uniform flow 非均匀流 nonuniform flow 二维流 two-dimensional flow 三维流 three-dimensional flow 准定常流 quasi-steady flow 非定常流 unsteady flow, non-steady flow 暂态流 transient flow 周期流 periodic flow 振荡流 oscillatory flow 分层流 stratified flow 无旋流 irrotational flow 有旋流 rotational flow 轴对称流 axisymmetric flow 不可压缩性 incompressibility 不可压缩流[动] incompressible flow 浮体floating body 定倾中心 metacenter 阻力 drag, resistance

第二学期热工基础第2次作业

本次作业是本门课程本学期的第2次作业,注释如下:本次作业为5-8章的容。 一、单项选择题(只有一个选项正确,共9道小题) 1. 在水蒸气的汽化过程中,其汽化潜热为() (A) 该阶段的焓增 (B) 该阶段的膨胀功 (C) 该阶段的焓增和膨胀功之和 (D) 该阶段的焓增和热力学能增量之和 你选择的答案: A [正确] 正确答案:A 解答参考: 2. 饱和湿空气具有下列关系()(t-干球温度、t w-湿球温度、t D-露点温度) (A) t>t w>t D (B) t>t D>t w (C) t=t D=t w (D) t w= t D>t 你选择的答案: C [正确] 正确答案:C 解答参考: 3. 渐缩喷管在设计工况下工作(p2 =p b),如果喷管进口截面参数及背压保持不变,那么将此喷管截掉一段,其出口流速和流量将按()变化。 (A) 流速减小,流量增加 (B) 流速、流量都减小

(C) 流速不变,流量增加 (D) 流速减小,流量不变 你选择的答案: C [正确] 正确答案:C 解答参考: 4. 空气流在定熵滞止后() (A) 温度升高、压力降低 (B) 温度降低、压力升高 (C) 温度、压力均升高 (D) 温度、压力均降低 你选择的答案: C [正确] 正确答案:C 解答参考: 5. 理想气体经过绝热节流后, 其温度() (A) 升高 (B) 降低 (C) 不变 (D) 可能升高、降低或不变 你选择的答案: C [正确] 正确答案:C 解答参考:

6. 活塞式压气机压缩比较高时,采用多级压缩级间冷却的好处是() (A) 减少耗功量,降低出口温度,降低容积效率 (B) 增加耗功量,提高出口温度,增大容积效率 (C) 减少耗功量,降低出口温度,增大容积效率 (D) 增加耗功量,提高出口温度,增大容积效率 你选择的答案: C [正确] 正确答案:C 解答参考: 7. 活塞式压气机的余隙容积越大,容积效率ηV越低,对压气机的理论耗功量和产气量影响为() (A) 理论耗功量增加,产气量减小 (B) 理论耗功量减小,产气量减小 (C) 理论耗功量减小,产气量不变 (D) 理论耗功量不变,产气量减小 你选择的答案: D [正确] 正确答案:D 解答参考: 8. 柴油机混合加热循环,若要提高其热效率,应在一定围适当采用措施() (A) 增加压缩比,减小升压比和预胀比 (B) 增加压缩比和升压比,减小预胀比 (C) 增加升压比,减小压缩比和预胀比 (D) 增加压缩比和预胀比,减小升压比 你选择的答案: B [正确]

流体力学试题及参考答案

考试试卷(A B卷)学年第二学期 课程名称:流体力学 一、判断题(20分) 1.物理方程等式两边的量纲或因次一定相等。(T) 2.为了减小压差阻力,就应该设法推迟边界层分离现象的发生。(T) 3.压力体的体积表示一个数学积分,与压力体内是否有气体无关。(T) 4.流体静止时,切应力为零。(T) 5.温度升高液体的表面张力系数增大。(F) 6.液滴内的压强比大气压小。(F) 7.声音传播过程是一个等熵过程。(T) 8.气体的粘性随温度的升高而增大。(T) 9.应用总流伯努利方程解题时,两个断面间一定是缓变流,方程才成立。 (F) 10.雷诺数是表征重力与惯性力的比值。(F) 11.不可压缩流体只有在有势力的作用下才能保持平衡。(T) 12.对流程是指海拔11km以上的高空。(F) 13.静止的流体中任意一点的各个方向上的压强值均相等。(T) 14.在拉格朗日法中,流体质点轨迹给定,因此加速度很容易求得。(T) 15.对于定常流动的总流,任意两个截面上的流量都是相等的。(T) 16.紊流水力粗糙管的沿程水头损失系数与雷诺数无关。(T) 17.在研究水击现象时,一定要考虑流体的压缩性。(T) 18.雷诺数是一个无量纲数,它反映流动的粘性力与重力的关系。(F) 19.线当马赫数小于一时,在收缩截面管道中作加速流动。(T) 20.对于冷却流动dq小于0,亚音速流作减速运动,超音速流作加速运动。 (T) 二、填空题(10分) 1.流动相似指的是两个流动系统所有对应点的对应物理量之比相等,具体 地说,就是要满足,几何相似、运动相似和动力相似。 2.自由面上的压强的任何变化,都会等值地传递到液体中的任何一点,这就是由斯卡定律。 3.流动相似的主导因素是动力相似,只有满足了这一点才能保证运动相似。 4.从海平面到11km处是对流层,该层内温度随高度线性地降低。 5.马赫准则要求两种流动的惯性力与由于压缩性引起的弹性力成比例。 6.水头损失可分为两种类型:沿层损失和局部损失。 7.在工程实践中,通常认为,当管流的雷诺数超过 2320 ,流态属于紊流。 8.在工程实际中,如果管道比较长,沿程损失远大于局部损失,局部损失可以忽略,这种管在水 力学中称为长管。 9.紊流区的时均速度分布具有对数函数的形式,比旋转抛物面要均匀得多,这主要是因为脉动速 度使流体质点之间发生强烈的动量交换,使速度分布趋于均匀。 10.流体在运动中如果遇到因边界发生急剧变化的局部障碍(如阀门,截面积突变),流线会发生变 形,并出现许多大小小的旋涡,耗散一部分机械能,这种在局部区域被耗散掉的机械能称为局部水头损失。 三、选择题(单选题,请正确的答案前字母下打“∨”) 1 / 4

工程流体力学(含实验演示)

工程流体力学(含实验演示) 一、选择题 (共26题) 1、 以下物理量中,量纲与运动粘度相同的是() A、 动力粘度 B、 粘性力 C、 压强与时间的乘积 D、 面积除以时间 考生答案:D 2、 在源环流动中,等势线是() A、 平行直线 B、 同心圆 C、 过圆心的半辐射线 D、 螺旋线 考生答案:D 3、 己知某井筒环形截面管路的内径d1为10cm,外径d2为15cm,则水力半径与之相等的圆形截面的管路半径为() A、 2.5 B、 5 C、 7.5 D、 10 考生答案:B 4、

并联管段AB有3条管线并联,设流量Q1>Q2>Q3,则三段管路水头损失的关系为()A、 B、 C、 D、 考生答案:B 5、 以下物理量中,量纲与动力粘度相同的是() A、 运动粘度 B、 粘性力 C、 密度 D、 压强与时间的乘积 考生答案:D 6、 在点汇流动中,等势线是() A、 平行直线 B、 同心圆 C、 过圆心的半辐射线 D、 螺旋线 考生答案:B 7、 己知某管路截面为正方形,边长为12cm,其水力半径为() A、 12cm B、 6cm C、 4cm D、 3cm

考生答案:D 8、 理想流体是一种通过简化得到的流体模型,在理想流体中不存在() A、 体积力 B、 惯性力 C、 压力 D、 粘性力 考生答案:D 9、 以下物理量中,量纲与应力相同的是() A、 动力粘度 B、 总压力 C、 压强 D、 表面张力 考生答案:C 10、 在纯环流中,等势线是() A、 平行直线 B、 同心圆 C、 过圆心的半辐射线 D、 螺旋线 考生答案:C 11、 己知某管路截面为正方形,边长为10cm,则其水力半径为() A、 2.5 B、 5 C、 7.5

流体力学习题及参考答案

09流体力学习题1及参考答案 一、单项选择题(共15分,每小题1分) 1、下列各力中,属于质量力的是( )。 A .离心力 B .摩擦力 C .压力 D .表面张力 2、下列关于流体粘性的说法中,不准确的说法是( )。 A .粘性是实际流体的固有属性 B .构成流体粘性的因素是流体分子间的吸引力 C .流体粘性具有传递运动和阻碍运动的双重性 D .动力粘度与密度之比称为运动粘度 3、在流体研究的欧拉法中,流体质点的加速度由当地加速度和迁移加速度组成,当地加速度反映()。 A .流体的压缩性 B .由于流体质点运动改变了空间位置而引起的速度变化率 C .流体速度场的不稳定性 D .流体速度场的不均匀性 4、重力场中流体的平衡微分方程为( )。 A .gdz dp -= B .gdz dp ρ= C .dz dp ρ-= D .gdz dp ρ-= 5、无旋流动是指( )的流动。 A .速度环量为零 B .迹线是直线 C .流线是直线 D .速度环量不为零 6、压强的量纲 []p 是( )。 A.[]2-MLt B.[]21--t ML C.[]11--t ML D.[]1 -MLt 7、已知不可压缩流体的流速场为 则流动不属于( )。 A .非均匀流 B .非稳定流动 C .稳定流动 D .三维流动 0 ),,() ,(?? ???===w t z x f z y f u υ

8、动量方程的适用条件是( ) 。 A .仅适用于理想流体作定常流动 B .仅适用于粘性流体作定常流动 C .适用于理想流体与粘性流体作定常或非定常流动 D .适用于理想流体与粘性流体作定常流动 9、在重力场中作稳定流动的系统,沿流动方向总水头线维持水平的条件是 ( ) 。 A .管道是水平放置的 B .流体为不可压缩流体 C .管道是等径管 D .流体为不可压缩理想流体 10、并联管道系统中,其各支管内单位质量流体的能量损失( )。 A .不相等 B .之和为总能量损失 C .相等 D .不确定 11、边界层的基本特征之一是( )。 A .边界层内流体的流动为层流 B .与物体的特征长度相比,边界层的厚度很小 C .边界层厚度沿流动方向逐渐减薄 D .边界层内流体的流动为湍流 12、指出下列论点中的错误论点:() A .平行流的等势线与流线相互平行 B .涡流的径向速度为零 C .无旋流动也称为有势流动 D .点源的圆周速度为零 13、关于涡流有以下的论点,指出其中的错误论点:( )。 A .以涡束诱导出的平面流动,称为涡流 B .点涡是涡流 C .涡流的流线是许多同心圆 D .在涡流区域速度与半径成正比 14、超音速气体在收缩管中流动时,气流速度()。 A .逐渐增大 B .不变 C .不确定 D .逐渐减小 15、为提高离心泵的允许安装高度,以下哪种措施是不当的?( ) A .提高流体的温度 B .增大离心泵吸入管的管径 C .缩短离心泵吸入管的管径 D .减少离心泵吸入管路上的管件 参考答案:1.A 2.B 3.C 4.D 5.A 6.B 7.C 8.D 9.D 10.C 11.B 12.A 13.D 14.D in out QV QV F )()(ρρ∑-∑=∑

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