流体力学简答题

2024-11-18 04:56:01

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回答1：

流体是一种受任何微小的剪切力作用时，都会产生连续变形的物质。
连续介质假说：连续介质假设将流体区域看成由流体质点连续组成，占满空间而没有间隙，其物理特性和运动要素在空间是连续分布的。从而使微观运动的不均匀性、离散性、无规律性与宏观运动的均匀性、连续性、规律性达到了和谐的统一。
连续介质假说的目的：将微观不连续的流体当作连续介质处理后，其物理量在流场中就是连续分布的，这样，不仅理论分析中可以运用数学这一强有力的工具，也为试验研究提供了可能.
水的密度：1000 kg/m3 水银的密度:13600kg/m3
粘性受温度影响明显：温度升高时，液体粘性降低，气体粘性升高。因为，液体的粘性主要是液体分子内聚力引起的，温度升高，内聚力减弱，故粘性降低；气体粘性在于气体分子的热运动，温度升高，热运动加剧，粘性升高。
实际流体都具有粘性，称为粘性流体；理想流体就是完全没有粘性（ =0）的流体。
流体的静压力的特征：特性一：静止流体的应力只有法向分量（流体质点之间没有相对运动不存在切应力），且沿内法线方向。特性二：在静止流体中任意一点静压强的大小与作用的方位无关，其值均相等。
等压面具有以下两个重要特性：特性一：在平衡的流体中，通过任意一点的等压面，必与该点所受的质量力互相垂直。特性二：当两种互不相混的液体处于平衡时，它们的分界面必为等压面。
确定等压面的原则：在在重力场中，静止、同种、连续的流体中，水平面是等压面。
绝对压强：以完全真空为零点，记为 p；相对压强：以当地大气压 pa 为零点，记为 pg。两者的关系为: p=pg+ pa；真空度：相对压强为负值时其绝对值称为真空压强。
静止液体对壁面的作用力结论：1.平面上静水压强的平均值为作用面（平面图形）形心处的压强。总压力大小等于作用面形心 C 处的压强 pC 乘上作用面的面积 A . 2.平面上均匀分布力的合力作用点将是其形心，而静压强分布是不均匀的，浸没在液面下越深，压强越大，所以总压力作用点位于作用面形心以下。3.在计算中压强取相对压强。
研究流体运动的方法：拉格朗日法和欧拉法。拉格朗日法是着眼于流体质点；欧拉法着眼于流场中的空间点。
流场中各点的流动参数与时间无关的流动称为定常流动。
流场中各点的流动参数随时间变化的流动称为非定常流动。
流线是同一时刻流场中连续各点的速度方向线。
流线两个特点：1）非定常流动时，流线的形状随时间改变；定常流动时，不随时间改变此时，流线与迹线重合。2）流线是一条光滑的曲线，流线之间不能相交，如果相交，交点速度比为零。
迹线就是流体质点运动的轨迹。
流线具有以下两个特点：①非定常流动时，流线的形状随时间改变；定常流动时，其形状不随时间改变。此时，流线与迹线重合，流体质点沿流线运动。②流线是一条光滑曲线。流线之间不能相交。如果相交，交点的速度必为零。否则，同一时刻在交点上将出现两个速度，这显然是不可能的。
湿周：总流的过流断面上，流体与固体接触的长度，用χ表示。
水力半径：总流过流断面的面积A与湿周χ之比，用R表示。
水利直径：水力半径的4倍称为水力直径。di=4A/χ=4R。
系统：众多流体质点的集合称为系统。系统一经确定，它所包含的流体质点都将确定。系统的大小、位置和形状是可以变化的。
控制体：控制体是指流场中某一确定的空间。这一空间的边界称为控制面。控制体一经选定，它在某坐标系中的大小、位置和形状都不再变化。
总流连续性方程的物理意义：流过任意两个总流过流断面上的质量流量相等，列式表示。
伯诺里方程具有以下物理意义及几何意义：
物理意义—在符合限定条件下，单位重量流体的机械能(位能、压力能和动能)可以互相转化，但总和不变。
几何意义—在符合限定条件下，沿同一流线的总水头是个常数。
总机械能不变，并不是各部分能量都保持不变。三种形式的能量可以各有消长，相互转换，但总量不会增减。欧拉观点：在理想流体的恒定流动中，位于同一条流线上任意两个流体质点的单位总机械能相等。拉格朗日观点：在理想流体的恒定流动中，同一流体质点的单位总机械能保持不变。
水头线：将各项水头沿程变化的情况用几何的方法表示出来。理想流体恒定元流的总水头线是水平的。
当流线的曲率半径很大或流体之间的夹角很小时，流线近似为平行直线，这样的流动称为缓变流，否则称为急变流。
缓变流特性：缓变流任意过流截面上流体静压力的分布规律与平衡流体中的相同，z+p/ρg＝常数。
动量方程应用条件：①流动定常。②流体不可压。
沿程损失原因:由于流体与壁面的摩擦而产生的.
局部损失的原因:因流体与壁面的冲击和流体的质点之间的碰撞而形成的
流态判别准则——雷诺数
水力光滑管与水力粗糙管：在紊流中存在层流底层，当层流底层厚度δl＞5Δ时，粗糙高度几乎全被层流底层淹没，管壁对紊流区流体的影响很小，这与流体在完全光滑的管道中流动类似，这种情况的管子叫做水力光滑管。当层流底层厚度δl＜0.3Δ时，管壁上几乎所有的凸峰都暴露在紊流中，紊流去的流体质点与凸峰相互碰撞，阻力增加，此时的管子叫做水利粗糙管。
尼古拉茨实验: Ⅰ区—层流区，只与雷诺数有关。Ⅱ区—第一过渡区，无明显规律。Ⅲ区—水力光滑区，只与雷诺数有关。Ⅳ区—第二过渡区，与相对粗超度和雷诺数有关。Ⅴ区—水利粗糙区，与雷诺数无关。
将局部装置的损失折算成长度为le的直管的沿程损失，则长度le 便是该局部装置的当量管长。
长管：局部损失在总损失中占的比例较小的管路，如＜5%，这时常忽略局部损失。
短管：沿程损失、局部损失大小相当，均需计及的管路。
简单管路方程, 串联管路的特点是：各条管路中的流量相等，等于总流量；各管的水头损失之和等于管路的总损失。
并联管路的特点是：各条管路中的流量之和，等于总流量；各管的水头损失之相等，等于管路的总损失。
相似条件: 几何相似、运动相似和动力相似。在上述相似条件中，几何相似是必要的前提，动力相似是决定性条件，运动相似是几何相似和动力相似的必然结果。
物理量单位的属性称为量纲;量纲又分为基本量纲和导出量纲；基本量纲具有独立性，比如与温度无关的动力学问题可选取长度[L]、时间[T]和质量[M]为基本量纲。
物理方程的量纲和谐性——任何一个正确的物理方程中，各项的量纲必定相同。
泵的特性参数
（1）流量Q—单位时间内通过泵的液体体积叫泵的流量，又称排量，单位为m3／min。
（2）扬程H—单位重量的液体在泵内所获得的总能量叫泵的扬程，单位为m。
（3）转速n—泵叶轮每分钟旋转周数叫转速，单位为r／min。
（4）功率—泵功率有轴功率和有效功率之分。
①轴功率N，原动机传给泵轴上的功率，单位为W或kw。
②有效功率Na，单位时间内液体自泵所获得的实际能量叫泵的有效功率，单位为W或kw。
（5）效率η—泵的有效功率与轴功率之比称为效率。
（6）允许吸上真空度—这个参数表示泵的吸液能力，单位为m。
风机的特性参数
（1）流量Q—单位时间内通过风机的气体体积叫风机的流量，又称风量，单位为m3/min。
（2）压力P—压力有全压和静压。单位体积的气体在通风机内所获得的总能量叫通风机全压P，单位为Pa；风机的全压减风机出口的动压称为风机的静压Pst，单位为Pa 。
（3）转速n—风机叶轮每分钟旋转周数叫转速，单位为r／min。
（4）功率—通风机功率有：轴功率和有效功率。
①轴功率N—原动机传给通风机轴上的功率，单位为W或KW。
②有效功率Na—单位时间内气体自风机所获得的实际能量，单位为W或kw。
（5）效率—风机的有效功率与轴功率之比称为风机的效率。
理论流量：不考虑泄漏时的流量。
叶片无限多时的理论压头基本方程结论：
①单位重量流体所获得的能量，仅与流体在叶片进口及出口处的速度有关，而与流动过程无关。②单位重量流体所获得的能量与被输送流体的种类无关。也就是说，无论是被输送的流体是液体还是气体，只要叶片进口和出口处的速度三角形相同，都可以得到相同的压头。③单位重量流体所获得的能量与叶轮外缘圆周速度u2成正比，而u2=πnD2/60。所以，当其他条件相同时，叶轮外径D2越大，转速n越高，压头就越高。
大小相同，转速相同，前弯叶片叶轮获得的理论压头最大，径向叶片叶轮其次，而后弯叶片叶轮获得的压头最小.
离心式泵或风机工作时有各种损失。按其产生原因不同可分为水力损失、容积损失和机械损失三种。
汽蚀：由于压力的变化而导致的液流内的汽泡的产生、发展和溃灭引起的材料破坏，称为汽蚀。汽蚀危害：（1）材料破坏（2）噪声和振动（3）性能下降
泵的正常、合理工作条件:
一稳定工作条件二工况点位于工业利用区三实际装置的汽蚀余量大于泵的允许汽蚀余量。
水泵工况点的调节：一、节流调节二、减少时轮数目三、削短时轮直径
泵的启动：1、对泵进行检查，各部件连接牢固，泵轴转动灵活、吸水滤网无堵塞、然后盘车，务使其转动灵活无卡住现象。2、向泵腔和吸水管注满水，排出泵腔内的空气，关闭排水管上的截止阀，即可开动电机。3、当泵的转速达到正常速的同时电流表的读书回落后，逐渐开启截止阀，并固定在适当的开度，进入正常工作。
扩散器的作用：回收部分动压，以提高风机装置的静压。
喘震：当具有驼峰或马鞍状风压特性曲线的风机在具有大容器的网路工作时，就可能使风机的流量发生忽大忽小的剧烈变化，从而引起强烈的机械振动，这种现象叫做喘震。
如何选择启动工况应从两方面考虑：启动工况点的功率最小；启动过程中避免出现不稳定的现象。因此，对风压特性曲线单调下降的离心风机应管壁风门启动，这样启动功率最小。对呈驼峰或马鞍形特性曲线的风机，为避免启动过程中工况点通过不稳定区，应半开或全开风门启动。
通风机的调节方法有两种，一是改变网路特性,如风门调节，二是改变风机特性调节，如变转速调节、前导器调节、改变叶轮级数调节、改变叶片数调节。

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