1．流体的连续介质模型：研究流体的宏观运动，在远远大于分子运动尺度的范围里考察流体运动，而不考虑个别分子的行为，因此我们可以把流体视为连续介质。
它有如下性质：
（1）流体是连续分布的物质，它可以无限分割为具有均布质量的宏观微元体。
（2）不发生化学反应和离解等非平衡热力学过程的运动流体中，微元体内流体状态服
从热力学关系
（3）除了特殊面外，流体的力学和热力学状态参数在时空中是连续分布的，并且通常
认为是无限可微的
2．应力：有限体的微元面积上单位面积的表面力称为表面力的局部强度，又称为应力，定义如下：=n T A
F A δδδlim 0→ 3．流体的界面性质：微元界面两侧的流体的速度和温度相等，应力向量的大小相等.方向相反或应力分量相等。
4．流体具有易流行和压缩性。
5．应力张量具有对称性。
6．欧拉描述法：在任意指定的时间逐点描绘当地的运动特征量（如速度、加速度）及其它的物理量的分布（如压力、密度等）。
7．拉格朗日描述法：从某个时刻开始跟踪质点的位置、速度、加速度和物理参数的变化，这种方法是离散质点的运动描述法称为拉格朗日描述法。
8.流线：速度场的向量线，该曲线上的任意一点的切向量与当地的的速度向量重合。 迹线：流体质点点的运动迹象。
差别：迹线是同一质点在不同时刻的位移曲线。
流线是同一时刻、不同质点连接起来的速度场向量线。 流线微分方程：ω
dz v dy u dx == 迹线微分方程：t
x U i i ??= 9．质点加速度：质点速度向量随时间的变化率。 U U t U a )(??+??=
质点加速度=速度的局部导数+速度的迁移导数。
物理量的质点导数=物理量的局部导数+物理量的对流导数。
??
????-++=→→t t x Q t t x x Q Dt DQ t x δδδδδ),(),(lim 0,0 利用泰勒展开 +??+??=-++Q x t Q t x Q t t x x Q x δδδ)(
),(),(O ),,(22t t t t δδδδ (3
32211x U x U x U t U t Dt D ??+??+??+??=??+??=)
Q U t Q Dt DQ ??+??= 10．微团的运动：平动、转动、变形。
变形有：体变形、角变形、线变形。 变形张量：x u S xx ??= ; y
v S yy ??= ; z w S ZZ ??= )(21x v y u S S yx xy ??+??== ；)(21y
w z v S S zy yz ??+??=== ；)(21z u x w S S xz zx ??+??== 0=Ω=Ω=Ωzz yy xx )(21x v y u yx xy ??-??=
Ω-=Ω；)(21y w z v zy yz ??-??=Ω-=Ω；)(21z u x w xz zx ??-??=Ω-=Ω 线变形率：
角变形率：
体积变形率：
刚体的角速度公式：
当微团不可压缩是，体积增长率等于零，也就是该点的速度场散度等于零。
11．速度场的旋度速度场的旋度U ??称为涡量，用ω表示。
涡量的散度等于零。00
)(=??=????ωU
12.质量体：流场中封闭流体面∑)(*t 所包含的流体称为质量体。
控制体：相对于某参照坐标系不随时间变化的封闭曲线中所包含的流体称为控制体。
13.局部导数：控制体内某物理量总和随时间的增长率称为局部导数。
随体导数：质量体内某物理量总和对时间的增长率称为随体导数。
13．兰姆型方程和理想流体运动的几个微分（计算）
14．平面流动：流体质量在平行平面上运动，且每一个平面上都流动相同的流场。
轴对称流：流体质点在通过固定轴线的子午面上运动，并且所有的子午面上运动都相同的流场。
15.流函数 ?-=)(vdx udy ψ 和速度的关系是 x v y u ??-=??=
ψψ, 流函数的意义和性质：
（1）.流函数的等值线是流线。（沿流线流函数是常数）
（2）子午面上两流线间流函数值之差等于通过相应选转面流面间的体积流量除以2π.
（3）流函数等值线和势函数等值线正交。
**16.声音的传播方程和马赫数（重点）
声速：RT c γ= 声音只是温度的函数，在非均匀流场中，不同时刻，不同点上声速的大小和当时当地的温度有关，温度越高，声速越大。
马赫数(定义)：流体速度u 与当地声速c 之比，Ma=u/c
物理意义：（1）是单位质量流体的惯性力于压强的质量
（2）是气体质点单位质量的动能于内能的量级之比。
Ma <1 亚声速流动 Ma ≈1 跨声速流动 Ma >1 超声速流动 Ma ≥1 高超声速流动
17.本构方程的原则：（1）可表性原则 ；（2）客观性原则
原理：本构方程属于物性方程，应当具有普适性，根据理性力学原理。 导出方法：（1）基于分子运动的统计力学方法；（2）理性力学和实验结合的方法。
18.牛顿流体：粘性应力张量P 和变形率张量S 间具有线性各向同性函数关系的流体。（P279）
19.相似定律：
（1）几何相似：对应的长度成比例，对应的角度相等的两平面几何形状称为几何相似。
（2）流体的力学相似：在时空中几何相似的对应的点上的物理量成比例的两个流场称~。 流体相似的前提是几何相似，除了实物和模型相似外，流场的其他边界条件也必须是相似的
特征参量：相似流动中某一指定状态的物理量称为~~。
无量纲量：物理量与其特征参量之比是无量纲纯数称为~~。
相似流场中，几何相似点上无量纲相等。
20.流动相似的充要条件（斯特老劳哈尔数，雷诺数，弗劳德数，欧拉数）
P289：（1）相似的判定,主要看几个相似准则能否同时成立
（2）全部完全相似准则相等的几何相似流场称为完全相似流场。
（3）相似理论的意义：指导实验
21.从层流到湍流发展的基本过程：
（1）层流：它是符合纳斯-斯托克斯方程在给定初边值条件下地确定性解；
（2）过度过程的初始阶段：出现时间上（在空间、或同时在空间和时间上）的周期性扰动；（3）过度过程的发展：出现多种周期性的窄带扰动，规则性流动逐步破坏。
（4）湍流：含有宽频连续谱扰动的完全不规则流动。
22.湍流的统计理论-----系统法
脉动速度平方的统计量之半定义为流体质点单位的湍动能K.
湍流度e：脉动速度的均方根于当地平均速度的绝对值之比称为~~。
湍流脉动从平均切变场（大尺度）中得到能量而在校尺度脉动中耗散。
高等计算流体力学讲义（2） 第二章 可压缩流动的数值方法 §1. Euler 方程的基本理论 0 概述 在计算流体力学中，传统上，针对可压缩Navier －Stokes 方程的无粘部分和粘性部分分别构造数值方法。其中最为困难和复杂的是无粘部分的离散方法；而粘性项的离散相对简单，一般采用中心差分离散。所以，本章主要研究无粘的Euler 方程的解法。在推广到Navier －Stokes 方程时，只需在Euler 方程的基础上，加上粘性项的离散即可。Euler 方程是一种典型的非线性守恒系统。下面我们将讨论一般的非线性守恒系统以及Euler 方程的一些数学理论，作为研究数值方法的基础。 1非线性守恒系统和Euler 方程 一维一阶非线性守恒系统(守恒律)可写为下列一般形式 =??+??x F t U ，0,>∈t R x （1） 其中U 称为守恒变量，是有m 个分量的列向量，即T m u u u U ),...,(21=。T m f f f F ),...,(21=称为通量函数，是U 的充分光滑的函数，且满足归零条件，即： 0)(lim =→U F U 即通量是对守恒变量的输运，守恒变量为零时，通量也为零。 守恒律的物理意义 设U 的初始值为：0(,0)(),U x U x x =∈R 。如果0()U x 在x ∈R 中有紧支集（即0U 在有限区域以外恒为零），则0(,)()U x t dx U x dx =??R R 。即此时虽然(,)U x t 的分布可以随时 间变化，但其总量保持守恒。 多维守恒律可以写为 )(=++??+??k H j G i F t U （2） 守恒律的空间导数项可以写为散度形式。 守恒系统（1）可以展开成所谓拟线性形式
1.流体是一种在任何微小（剪切）力作用时，能产生（连续变形）的物质。 2.作用于流体上的力按其性质可以分为（表面力）力和（质量力力）。 3.缓变流任意过流截面静压强分布规律是：C g p z =+ρ。 4.局部损失的计算公式为：g v h j 22ξ=；沿程损失的计算公式为：g v d l h f 22 λ=。 5.连续性方程反映的是（质量）守恒。 6.对于呈驼峰或马鞍形性能曲线的风机，为避免启动过程中工况点通过不稳定区，应使风门处于（半开或全开）启动。 7.两泵相似，其中一泵的比转数是120，则另一泵的比转数是 120 。 8.泵在运行过程中，为保证其状态的正常、合理，必须满足：稳定工作条件 c H H ≥0)95.0~9.0(；经济工作条件max )9.0~85.0(ηη≥M ；不发生汽蚀的条 件实际装置汽蚀余量大于泵的允许汽蚀余量。 9.离心泵的轴向推力的常用平衡方法有：开平衡孔 采用平衡叶片 采用双吸叶轮 对称布置叶轮 平衡鼓 平衡盘，等。 二、简答 1．写出粘性流体总流伯努利方程，并说明其使用条件。 答： 质量力只有重力，两截面为缓变流截面，流体为不可压缩流体，做定常流动。 2．简述液体与气体的粘性随温度的变化规律，并说明为什么？ 答：温度升高液体粘性减小，气体粘性增大。因为液体粘度是由于分子内聚力造成的，温度升高升高内聚力减小，粘性也随之减小；气体粘度是由于分子无规则热运动造成的，温度升高热运动加剧，粘性随之增大。 3．泵与风机运行过程中会产生哪些能量损失？并说明全效率、容积效率、机械效率、水力效率的意义和它们之间的关系。 答：泵与风机内的能量损失有机械损失、容积损失、水力损失。全效率表示了泵与风机的能量有效利用程度。容积效率、机械效率、水力效率分别表示了容积 损失、机械损失、水力损失的程度。m h v ηηηη＝ 4.写出图2中1、2、3、4部件的名称及作用。 部件1—叶轮：把原动机的机械能转换成流体的机械能。 部件2—涡壳：将叶轮出口的气体汇集起来。 部件3—集流器：保证气流均匀充满叶轮进口，减小流动损失和降低进口涡流噪声。 部件4—轴向导流器：控制进气大小或叶轮进口气流方向，以满足调节要求。 部件5-主轴：支撑连接作用。 8.连续介质假说： 质点是组成宏观流体的最小基元，质点与质点之间没有间隙，这就是… w h g v p z g v p z +++=++2222 22 22 111 1αγαγ
1、作出标有字母的平面压强分布图并注明各点相对压强的大小（3分） 2、作出下面的曲面上压力体图并标明垂直方向分力的方向（4分） h1 A B h2 γ γ1=2γ h1 h2 A B γ
3、请定性作出下图总水头线与测压管水头线（两段均为缓坡）（4分） 28．试定性画出图示等直径管路的总水头线和测压管水头线。 4、转速n=1500r/min 的离心风机，叶轮内径D 1=480mm 。叶片进口处空气相对速度ω1=25m/s， 与圆 周速度的夹角为 β1=60°，试绘制空气在叶片进口处的速度三角形。 题13图
5、画出两台性能相同的离心泵并联工作时的性能曲线，并指出并联工作时每台泵的工作点。 答案：两台性能相同的离心泵并联工作时的性能曲线如图所示，图中B点为并联工作时每台泵的工作点，A点为总的工作点。 1.绘出如图球体的压力体并标出力的方向。 2.试绘制图示AB壁面上的相对压强分布图，并注明大小。 28．试定性画出图示等直径管路的总水头线和测压管水头线。
试定性分析图中棱柱形长渠道中产生的水面曲线。假设流量、粗糙系数沿程不变。 28.有断面形状、尺寸相同的两段棱柱形渠道如图示，各段均足够长，且i1>i c，i2 h''，试绘出水面 01 曲线示意图，并标出曲线类型。 1．试做出下图中的AB壁面上的压强分布图。 1．画出如图示曲面ABC上的水平压强分布图与压力体图。
2．画出如图短管上的总水头线与测压管水头线。 3．有三段不同底坡的棱柱体渠道首尾相连，每段都很长，且断面形状、尺度及糙率均相同。试定性画出各段渠道中水面曲线可能的连接形式。 0≠上V 0≠下V i 1=i c i 2i c K K
一．名词解释（共10小题，每题3分，共30分） 粘滞性；量纲和谐；质量力；微元控制体；稳态流动；动量损失厚度；水力当量直径；逆压力梯度；连续介质假说；淹深 二．选择题（共10小题，每题2分，共20分） A1．液体粘度随温度的升高而___，气体粘度随温度的升高而___( )。 A.减小，增大； B.增大，减小； C.减小，不变； D.减小，减小 B2．等角速度ω旋转容器，半径为R，盛有密度为ρ的液体，则旋转前后容器底压强分布( )； A.相同； B.不相同； 底部所受总压力( ) 。 A.相等； B.不相等。 3．某点的真空度为65000 Pa，当地大气压为0.1MPa，该点的绝对压强为：A. 65000Pa； B. 55000Pa； C. 35000Pa； D. 165000Pa。 4．静止流体中任意形状平面壁上压力值等于___ 处静水压强与受压面积的乘积（）。 A.受压面的中心; B.受压面的重心; C.受压面的形心; D.受压面的垂心; 5．粘性流体静压水头线的沿流程变化的规律是( )。 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。 6．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。 7．动力粘滞系数的单位是( )。 A N·s/m B. N·s/m2 C. m2/s D. m/s 8．雷诺实验中，由层流向紊流过渡的临界流速v cr'和由紊流向层流过渡的临界流速v cr之间的关系是( )。 A. v cr'＜v cr； B. v cr'＞v cr； C. v cr'＝v cr； D. 不确定 9．在如图所示的密闭容器上装有U形水银测压计,其中1、2、3点位于同一水平面上，其压强关系为： A. p1=p2=p3； B. p1>p2>p3； C. p1 D D y S x e P gh2 gh1 h2 h1 b L y C C D D y x P hc 第一章 绪论 单位质量力： m F f B m = 密度值： 3 m kg 1000=水ρ， 3 m kg 13600=水银ρ， 3 m kg 29.1=空气ρ 牛顿内摩擦定律：剪切力： dy du μ τ=， 内摩擦力：dy du A T μ= 动力粘度： ρυ μ= 完全气体状态方程：RT P =ρ 压缩系数： dp d 1dp dV 1ρρκ= -=V （N m 2 ） 膨胀系数：T T V V V d d 1d d 1ρρα - == (1/C ?或1/K) 第二章 流体静力学+ 流体平衡微分方程： 01;01;01=??-=??-=??- z p z y p Y x p X ρρρ 液体平衡全微分方程：)(zdz ydy xdx dp ++=ρ 液体静力学基本方程：C =+ +=g p z gh p p 0ρρ或 绝对压强、相对压强与真空度：a abs P P P +=；v a abs P P P P -=-= 压强单位换算：水银柱水柱mm 73610/9800012 ===m m N at 2/101325 1m N atm = 注： h g P P →→ρ ； P N at →→2m /98000乘以 2/98000m N P a = 平面上的静水总压力：（1）图算法 Sb P = 作用点e h y D +=α sin 1 ) () 2(32121h h h h L e ++= ρ 若01 =h ，则压强为三角形分布，3 2L e y D == ρ 注：①图算法适合于矩形平面；②计算静水压力首先绘制压强分布图， α 且用相对压强绘制。 （2）解析法 A gh A p P c c ρ== 作用点A y I y y C xc C D + = 矩形12 3 bL I xc = 圆形 64 4 d I xc π= 曲面上的静水总压力： x c x c x A gh A p P ρ==；gV P z ρ= 总压力z x P P P += 与水平面的夹角 x z P P arct an =θ 潜体和浮体的总压力： 0=x P 排浮gV F P z ρ== 第三章 流体动力学基础 质点加速度的表达式??? ? ? ? ??? ??+??+??+??=??+??+??+??=??+??+??+??=z u u y u u x u u t u a z u u y u u x u u t u a z u u y u u x u u t u a z z z y z x z z y z y y y x y y x z x y x x x x A Q V Q Q Q Q Q G A = === ? 断面平均流速重量流量质量流量体积流量g udA m ρρ 流体的运动微分方程： t z t y t x d du z p z d du y p Y d du x p X = ??-=??-=??- ρρρ1;1;1 不可压缩流体的连续性微分方程 ： 0z u y u x u z y x =??+??+?? 恒定元流的连续性方程： dQ A A ==2211d u d u 恒定总流的连续性方程：Q A A ==2211νν 无粘性流体元流伯努利方程：g 2u g p z g 2u g p z 2 2 222 111++=++ρρ 粘性流体元流伯努利方程： w 2 2222111'h g 2u g p z g 2u g p z +++=++ρρ 1. 质量力：质量力是作用于每一流体质点（或微团）上的力，与体积或质量成正比。 2. 表面力：表面力是作用在所考虑的流体表面上的力，且与流体的表面积大小成正比。外 界通过接触传递，与表面积成正比的力。 3. 当不计温度效应，压强的变化引起流体体积和密度的变化，称为流体的压缩性。当流体 受热时，体积膨胀，密度减小的性质，称为流体的热胀性。 4. 单位压强所引起的体积变化率（压缩系数dp dV V p 1- =α）。↑p α越容易压缩。 ↓↑?=-==E d dp dV dp V E P P αρ ρα,。 5. 单位温度所引起的体积变化率（体积热胀系数dT dV V V 1= α）。 6. 黏性是流体抵抗剪切变形的一种属性。当流体内部的质点间或流层间发生相对运动时， 产生切向阻力（摩擦力）抵抗其相对运动的特性，称作流体的黏性。流体的黏性是流体产生流动阻力的根源。 7. dy du A F μ= 其中F ——内摩擦力，N ；dy du ——法向速度梯度，即在与流体方向相互垂直的y 方向流体速度的变化率，1/s ；μ——比例系数，称为流体的黏度或动力黏度， s Pa ?。 8. dy du μ τ= 表明流体层间的内摩擦力或切应力与法向速度梯度成正比。 9. 液体的黏度随温度升高而减小，气体的黏度则随温度升高而增大。液体主要是内聚力， 气体主要是热运动。温度↑： 液体的分子间距↑ 内聚力↓； 气体的分子热运动↑ 分子间距↓ 内聚力↑。 10. 三大模型：1）连续介质模型；2）不可压缩流体模型；3）理想流体模型。 11. 当把流体看作是连续介质后，表征流体性质的密度、速度、压强和温度等物理量在流体 中也应该是连续分布的。优点：可将流体的各物理量看作是空间坐标和时间的连续函数，从而可以引用连续函数的解析方法等数学工具来研究流体的平衡和运动规律。 12. 流体静压强的特性：1）流体静压强的方向垂直指向受压面或沿作用面的内法线方向；2） 平衡流体中任意一点流体静压强的大小与作用面的方位无关，只与点的空间位置有关。 中北大学 《流体力学》 期末题 目录 第四模块期末试题 (3) 中北大学2013—2014学年第1学期期末考试 (3) 流体力学考试试题（A） (3) 流体力学考试试题（A）参考答案 (6) 中北大学2012—2013学年第1学期期末考试 (8) 流体力学考试试题（A） (8) 流体力学考试试题（A）参考答案 (11) 第四模块 期末试题 中北大学2013—2014学年第1学期期末考试 流体力学考试试题（A ） 所有答案必须做在答案题纸上，做在试题纸上无效！ 一、 单项选择题（本大题共15小题，每小题1分，共15分）在每小题列出的四个备选项中只有一个是符 合题目要求的，请将其代码填写在题后的括号内。错选、多选或未选均无分。 1．交通土建工程施工中的新拌建筑砂浆属于（ ） A 、牛顿流体 B 、非牛顿流体 C 、理想流体 D 、无黏流体 2．牛顿内摩擦定律y u d d μ τ =中的 y u d d 为运动流体的（ ） A 、拉伸变形 B 、压缩变形 C 、剪切变形 D 、剪切变形速率 3．平衡流体的等压面方程为（ ） A 、0=--z y x f f f B 、0=++z y x f f f C 、 0d d d =--z f y f x f z y x D 、0d d d =++z f y f x f z y x 4．金属测压计的读数为（ ） A 、绝对压强 p ' B 、相对压强p C 、真空压强v p D 、当地大气压a p 5．水力最优梯形断面渠道的水力半径=R （ ） A 、4/h B 、3/h C 、2/h D 、h 6．圆柱形外管嘴的正常工作条件是（ ） A 、m 9,)4~3(0>=H d l B 、m 9,)4~3(0<=H d l C 、m 9,)4~3(0>>H d l D 、m 9,)4~3(0< 1、相对压强可以大于、等于或小于零。（√） 2、水流总是从单位机械能大的断面流向单位机械能小的断面。( √ ) 3、相对静止液体中的等压面可以是倾斜平面或曲面。（√） 4、重力与其它质量力同时作用时，等压面为水平面。（╳） 5、平面上静水总压力的大小等于压力中心点的压强与受压面面积的乘积。（╳） 6、泵与风机在管路系统中工作时，必须满足能量的供求平衡。（√） 7、静止液体的等压面一定是水平面。（√） 8、物体的浮力就是作用在该物体上的静水总压力的水平分力。（╳） 9、水力学的真空现象是指该处没有任何物质。（╳） 10、当管流过流断面流速符合对数规律分布时，管中水流为层流。 ( × ) 11、曲面上静水总压力的水平分力等于曲面的铅垂投影面上所受静水总压力。（√） 12、物体的浮力就是作用在该物体上的静水总压力的垂直分力。（√） 13、当液体发生真空时，其相对压强必小于零。（√） 14、均质、连通的静止液体内任何一点的测压管水头等于常数。（√） 15、某点相对压强为-5千帕、真空度为4.9千帕是可能的。（╳） 16、作用在任意平面上的静水总压力的作用点与平面的形心重合。（╳） 18、任意受压面上的平均压强等于受压面形心点的压强。（╳） 19、静止液面下的矩形平板的总压力作用中心与闸板形心重合。（╳） 20、圆柱曲面上静水总压力的作用点就是曲面的中心。（╳） 21、等压面与质量力垂直。（√） 22、相对静止液体的等压面一定是水平面。（╳） 23、绝对压强可以为正值也可以为负值。（╳） 24、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。（√） 25、曲面静水压力的铅直分力的大小和方向均与压力体中液体受到的重力相同。（╳） 26、曲面上静水总压力的铅直分力的大小等于压力体的体积。（╳） 27、等角速度旋转容器中液体的等压面为旋转抛物面。（√） 28、某点存在真空，是指该点的绝对压强小于大气压强。（√） 29、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。( ╳ ) 30、二向曲面上静水总压力的作用点就是静水总压力的水平分力和垂直分力的交点。（√） 31、同一种液体的同一水平面都是等压面。（╳） 32、真空压强可以为正值也可以为负值。（╳） 33、浮力P z等于物体的重量G时，物体下沉。（╳） 34、曲面上静水总压力的铅直分力等于曲面的水平投影面上所受的静水总压力。（╳） 35、由于静水压力具有大小和方向，所以静水压强是液体空间坐标和方向的矢量函数。（╳） 36、某轻质油（牛顿液体）处于静止状态，则液体内各点的 g p zρ + 为常数。（╳） 37、在重力作用下平衡的液体中，各点的单位势能相等。（╳） 38、静水压强仅仅是空间坐标的函数。（√） 39、沉在静止水底物体，其重心和浮心必重合。（╳） 40、重力和其他质量力同时作用时，相对静止液体中的任一点的压强可用公式 gh p p+ = 0表示。（╳） 41、静水压强的大小与受压面的方位无关。（√） 42、静止液体中受压面的形心可以是静水总压力的作用点。（√） 43、静水压强的方向指向受压面，因而静水压强是矢量。（╳） 44、静水压强的方向与受压面平行。（╳） 45、当液体中某点的绝对压强小于当地大气压强时必定存在真空。（√） 46、等压面必为等势面，等压面与质量力正交。（√） 47、静水压强的方向一定垂直指向受压面。（√） 48、作用于两种不同液体接触面上的压力是质量力。（╳） 49、不论平面在静止液体中如何放置，其静水总压力的作用点永远在平面形心之下。（╳） 50、静水压强仅是由质量力引起的。（√） 51．管道突然扩大的局部水头损失系数ζ的公式是在没有任何假设的情况下导出的。（×）52．渐变流过水断面上动水压强随水深的变化呈线性关系。( √ ) 53．在作用水头相同的条件下，孔口的流量系数比等直径的管嘴流量系数大。( × ) 54．管道突然扩大的局部水头损失系数ζ的公式是在没有任何假设的情况下导出的。（×）55．渐变流过水断面上动水压强随水深的变化呈线性关系。( √ ) 56、有压长管道是认为水头全部消耗在沿程水头损失上。（√） 57、水泵的扬程就是指水泵的提水高度。（×） A卷 B卷 开卷闭卷 其他 ， 222 7.7kN()4 z H O H O D P V L πγγ=?=? ?=↑ 7.7kN()z P P ==↑过圆柱中心 2. 图示水泵给水系统，输水流量Q =100l/s ，水塔距与水池液面高差H=20m 水管长度l1=200m ，管径d1=250mm ，压力管长度l2=600m ，管径d2=200mm 空度为7.5m,吸水管与压力管沿程阻力系数分别为λ1=0.025，λ2=0.02，分别为： EMBED Equation.DSMT4 1 2.5ξ=, 20.5ξ= 2 f h g p z g p z ++ + =+ + 222 2 2 22 1 1 1υγ υγ 18 .908.96 .1902++=+ p p 2=9.8kN/m 2 （1分） 控制体，受力分析如图： （2分）615.06.194 2.04 2 12 1=??= = ππp d P kN 308.08.94 2.04 2 22 2=??= = ππp d P kN （5分） 列x 动量方程： ) 185.3185.3(1.01308.0615.0) (1221--??=-+--=-+=∑R Q R P P F x υυρ R=1.56kN 4. 已知：u x =-kx ， u y =ky ，求：1）加速度；2）流函数；3）问该流动是有 涡流还是无涡流，若为无涡流求其势函数。（15分） 解： 加速度 （4分） 22x y a k x a k y == 流函数ψ （4分） c kxy kydx dy kx dx u dy u y x +-=--=-=??ψ （4分） 000)( 5.0=-=??- ??=y u x u x y z ω 是无旋流 （3分） C ky kx kydy xdx k dy u dx u y x ++-=+-=+=??2 2 5.05.0? 5．一梯形断面明渠均匀流动，已知：粗糙系数n=0.025，边坡系数m=1，渠底宽为b=10m ，水深h=2m ，渠底过流能力76.12=Q m 3/s 。求渠道的底坡i 。（10分） 1.简述流体力学有哪些研究方法和优缺点? 实验方法就是运用模型实验理论设计试验装置和流程，直接观察流动现象，测量流体的流动参数并加以分析和处理，然后从中得到流动规律。实验研究方法的优点：能够直接解决工程实际中较为复杂的流动问题，能够根据观察到的流动现象，发现新问题和新的原理，所得的结果可以作为检验其他方法的正确性和准确性。实验研究方法的缺点主要是对于不同的流动需要进行不同的实验，实验结果的普遍性稍差。 理论方法就是根据流动的物理模型和物理定律建立描写流体运动规律的封闭方程组以及相应初始条件和边界条件，运 用数学方法准确或近似地求解流场，揭示流动规律。理论方法的优点是：所得到的流动方程的解是精确解，可以明确地给出各个流动参数之间的函数关系。解析方法的缺点是：数学上的困难比较大，只能对少数比较简单的流动给出解析解，所能得到的解析解的数目是非常有限的。 数值方法要将流场按照一定的规则离散成若干个计算点，即网格节点；然后，将流动方程转化为关于各个节点上流动 参数的代数方程；最后，求解出各个节点上的流动参数。数值方法的优点是：可以求解解析方法无能为力的复杂流动。数值方法的缺点是：对于复杂而又缺乏完整数学模型的流动仍然无能为力，其结果仍然需要与实验研究结果进行对比和验证。 2.写出静止流体中的应力张量,解释其中非0项的意义. 无粘流体或静止流场中，由于不存在切向应力，即p ij =0（i ≠j ），此时有 P =00000 0xx yy zz p p p ??????????=000000p p p -????-????-??=-p 00000011????1?????? = -p I 式中I 为单位张量，p 为流体静压力。 流体力学中，常将应力张量表示为 p =-+P I T （2-9） 式中p 为静压力或平均压力，由于其作用方向与应力定义的方向相反，所以取负值；T 称为偏应力张量，即 T =xx xy xz yx yy yz zx zy zz τττττττττ?????????? （2-10） 偏应力张量的分量与应力张量各分量的关系为：i ＝j 时，p ij 为法向应力，τii = p ij - p ；当i ≠j 时p ij 为粘性剪切应力，τij =p ij 。τii =0的流体称为非弹性流体或纯粘流体，τii ≠0的流体称为粘弹性流体。 3.分析可压缩(不可压缩)流体和可压缩(不可压缩)流动的关系. 当气体速度流动较小（马赫数小于0.3)时，其密度变化不大，或者说对气流速度的变化不十分敏感，气体的压缩性没有表现出来。因此，在处理工程实际问题时，可以把低速气流看成是不可压缩流动，把气体可以看作是不可压缩流体。而当气体以较大的速度流动时，其密度要发生明显的变化，则此时气体的流动必须看成是可压缩流动。 流场任一点处的流速v 与该点（当地)气体的声速c 的比值，叫做该点处气流的马赫数，用符号Ma 表示： Ma /v c v == （4－20） 当气流速度小于当地声速时，即Ma<1时，这种气流叫做亚声速气流；当气流速度大于当地声速时，即Ma>l 时，这种气流称为超声速气流；当气流速度等于当地声速时，即Ma=l 时，这种气流称为声速气流。以后将会看到，超声速气流和亚声速气流所遵循的规律有着本质的不同。 马赫数与气流的压缩性有着直接的联系。由式(4－11)可得 所以有 222Ma d ρv dv dv ρc v v =-=-。 （4－21） 当Ma≤0.3时，dρ/ρ≤0.09dv /v 。由此可见，当速度变化一倍时，气体的密度仅仅改变9%以下，一般可以不考虑密度的变化，即认为气流是不可压缩的。反之，当Ma>0.3时，气流必须看成是可压缩的。 4.试解释为什么有时候飞机飞过我们头顶之后才能听见飞机的声音. 5.试分析绝能等熵条件下截面积变化对气流参数(v ,p ,ρ,T )的影响. 第一章 1、流体的定义： 流体是一种受任何微小剪切力作用都能连续变形的物质，只要这种力继续作用，流体就将继续变形，直到外力停止作用为止。 2、流体的连续介质假设 流体是由无数连续分布的流体质点组成的连续介质。 表征流体特性的物理量可由流体质点的物理量代表，且在空间连续分布。 3、不可压缩流体—流体的膨胀系数和压缩系数全为零的流体 4、流体的粘性 是指当流体质点/ 微团间发生相对滑移时产生切向应力的性质，是流体在运动状态下具有抵抗剪切变形的能力。 5、牛顿内摩擦定律 作用在流层上的切向应力与速度梯度成正比，其比例系数为流体的动力粘度。即 μ—动力粘性系数、动力粘度、粘度, Array Pa?s或kg/(m?s)或(N?s)/m2。 6、粘性的影响因素 （1）、流体的种类 （2）、流体所处的状态（温度、压强） 压强通常对流体粘度影响很小：只有在高压下，气体和液体的粘度随压强升高而增大。 温度对流体粘度影响很大：对液体，粘度随温度上升而减小； 对气体，粘度随温度上升而增大。 粘性产生的原因 液体：分子内聚力T增大，μ降低 气体：流层间的动量交换T增大，μ增大 1、欧拉法 速度： 加速度： 2、流场 —— 充满运动流体的空间称为流场 流线—— 流线是同一时刻流场中连续各点的速度方向线。 流线方程 流管—— 由流线所组成的管状曲面称为流管。 流束—— 流管内所充满的流体称为流束。 流量—— 单位时间内通过有效断面的流体量 以体积表示称为体积流量 Q （m 3/s ） 以质量表示称为质量流量 Q m （kg/s ） 3、当量直径De 4、亥姆霍兹(Helmholtz)速度分解定理 旋转 线变形 角变形 w dt dz v dt dy u dt dx == =dt dz z u dt dy y u dt dx x u t u Dt Du a x ??+ ??+??+??== )()(0y z z y x u u z y zx xy xx δωδωδεδεδε-++++=) ()(0z x x z y v v x z xy yz yy δωδωδεδεδε-++++=)()(0x y y x z w w y x yz xz zz δωδωδεδεδε-++++= 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 第一章 一、名词解释 1.理想流体：没有粘性的流体 2.惯性：是物体所具有的反抗改变原有运动状态的物理性质。 3.牛顿内摩擦力定律：流体内摩擦力T 的大小与液体性质有关，并与流速梯度和接触面A 成正比而与接触面上的压力无关。 4.膨胀性：在压力不变条件下，流体温度升高时，其体积增大的性质。 5.收缩性：在温度不变条件下，流体在压强作用下，体积缩小的性质。 6.牛顿流体：遵循牛顿粘性定律得流体。 二、填空题 1.流体的动力粘性系数，将随流体的（温度）改变而变化，但随流体的（压力）变化则不大。 2.动力粘度μ的国际单位是（s p a ?或帕·秒）物理单位是（达因·秒/厘米2或2 /cm s dyn ?）。 3.运动粘度的国际单位是（米2/秒、s m /2 ），物理单位是（沱 ）。 4.流体就是各个（质点）之间具有很大的（流动性）的连续介质。 5.理想流体是一种设想的没有（粘性）的流体，在流动时各层之间没有相互作用的（切应力）， 即没有（摩擦力） 三、单选题 1. 不考虑流体粘性的流体称（ ）流体。 A A 理想 B 牛顿 C 非牛顿 D 实际 2．温度升高时，空气的粘性（ ） B A ．变小 B ．变大 C ．不变 D ．不能确定 3．运动粘度的单位是（ ） B A ．s/m 2 B ．m 2/s C ．N ?m 2/s D ．N ?s/m 2 4．与牛顿内摩擦定律直接有关的因素是（ ） C A ．切应力与速度 B ．切应力与剪切变形 C ．切应力与剪切变形速度 D ．切应力与压强 5．200℃体积为2.5m 3的水，当温度升至800℃时，其体积变化率为（ ） C 200℃时：1ρ=998.23kg/m 3; 800℃时: 2ρ=971.83kg/m 3 A ．2.16% B ．1.28% C ．2.64% D ．3.08% 6．温度升高时，水的粘性（ ）。 A A ．变小 B ．变大 C ．不变 D ．不能确定 2．[动力]粘度μ与运动粘度υ的关系为（ ）。 B A ．υμρ= B ．μυρ= C ．ρυμ = D ．μυ=P 《高等流体力学》考试大纲 一、考试性质 《高等流体力学》是我校相关专业博士入学专业基础课考试科目。 二、考试形式与试卷结构 1、答卷方式：闭卷，笔试 2、答题时间；180分钟 3、题型比例 概念20% 计算与应用80% 4、参考书目 《高等流体力学》高学平，天津大学出版社，2005. 《高等工程流体力学》张鸣远等，西安交通大学出版社，2006. 三、考试要点 1、流体力学的基本概念 连续介质、欧拉法质点加速度、质点随体导数、体积分的随体导数、变形率张量、旋转角速度、判断有旋流与无旋流、涡量与速度环量的关系、应力张量的概念（包括切应力的特性、压应力的特性）、牛顿流体的本构方程（本构方程的概念、切应力和法向应力与变形的关系）。 2、流体运动的基本方程 微分形式的连续方程的表达形式、不可压缩流体的确切定义、理解其含义。N-S方程的各种表示形式、流体的能量包括哪几种形式， 并对各种形式进行解释，写出单位质量流体能量的表达式、流体运动微分形式的基本方程组有哪些方程组成，通常有几个未知量，方程组是否封闭、对于不可压缩流体，如何求解速度场、压强场以及温度场，说明其求解步骤。 3、势流运动 势流运动控制方程及求解步骤；势流求解常用的方法有哪些。速度势函数与流函数；复势与复速度；恒定平面势流的解析方法有哪几种途径；保角变换法的思路。 4、粘性流体运动 基本方程及求解途径；黏性流体运动的基本性质；黏性流体运动的解析解（如两平行板间的层流、普阿塞流的流速分布的推导）、小雷诺数流动近似解的思路；边界层的概念；边界层厚度（名义厚度、位移厚度）；边界层方程的相似性解的概念；边界层的分离现象。5、紊流运动 紊流的特征及分类；壁面剪切紊流的发生过程及紊流结构；时间平均法和系综平均法的概念。紊流运动方程—雷诺方程的推导思路，雷诺方程的形式及与N-S方程的区别，雷诺应力项的意义。紊流模型的用途，紊流模型通常有哪几类（零方程模型、一方程模型、二方程模型、其他模型）；紊流动能k、能量耗散率ε。 6、涡旋运动 涡旋的运动学性质、涡旋运动的基本方程；涡旋的形成。 1、作用在流体的质量力包括 （ D ） Ａ压力Ｂ摩擦力Ｃ表面张力Ｄ 惯性力 2、层流与紊流的本质区别是： （ D ） A. 紊流流速>层流流速； B. 流道截面大的为湍流，截面小 的为层流； C. 层流的雷诺数<紊流的雷诺数； D. 层流无径向脉动，而紊流 有径向脉动 3、已知水流的沿程水力摩擦系数 只与边界粗糙度有关，可判断 该水流属于（ D ） A 层流区； B 紊流光滑区； C 紊流过渡粗糙区； D 紊流粗糙区。 4、一个工程大气压等于( B )Pa; ( C )Kgf.cm-2。 A 1.013×105 B 9.8×104 C 1 D 1.5 5、长管的总水头线与测压管水头线 （ A ） A相重合； B相平行，呈直线； C相平行，呈阶梯状； D以上答案都不对。 6、绝对压强p abs、相对压强p 、真空值p v、当地大气压强p a之间的 关系是（ C ） Ａ p abs=p+p v Ｂ p=p abs+p a Ｃ p v=p a-p abs Ｄ p = p a b s - p V 7、将管路上的阀门关小时,其阻力系数（ C ） A. 变小 B. 变大 C. 不变 8、如果忽略流体的重力效应，则不需要考虑哪一个相似性参数？( B ) A弗劳德数 B 雷诺数 C.欧拉数 D马赫数 9、水泵的扬程是指 （ C ） A 水泵提水高度； B 水泵提水高度+吸水管的水头损失； C 水泵提水高度 + 吸水管与压水管的水头损失。 10、紊流粗糙区的水头损失与流速成（ B ） A 一次方关系； B 二次方关系； C 1.75～2.0次方关系。 11、雷诺数是判别下列哪种流态的重要的无量纲数( C ) A 急流和缓流； B 均匀流和非均匀流； C 层流和紊流； D 恒定流和非恒定流。 12、离心泵的性能曲线中的H－Q线是在( B )情况下测定的。 A. 效率一定； B. 功率一定； C. 转速一定； D. 管路（ｌ＋∑ｌe）一定。 《高等流体力学》复习题 一、基本概念 1． 什么是流体，什么是流体质点？ 2． 什么是流体粘性，静止的流体是否具有粘性，在一定压强条件下，水和空气的粘性随着温度的升高 是如何变化的？ 3． 什么是连续介质模型？在流体力学中为什么要建立连续介质这一理论模型？ 4． 给出流体压缩性系数和膨胀性系数的定义及表达式。 5． 简述系统与控制体的主要区别。 6． 流体静压强的特性是什么？绝对压强s p 、计示压强（压力表表压）p 、真空v p 及环境压强（一般 为大气压）a p 之间有什么关系？ 7． 什么是理想流体，正压流体，不可压缩流体？ 8． 什么是定常场，均匀场，并用数学形式表达。 9． 分别用数学表达式给出拉格朗日法和欧拉法的流体加速度表达式。 10． 流线和迹线有何区别，在什么条件下流场中的流线和迹线相重合？ 11． 理想流体运动时有无切应力？粘性流体静止时有无切应力？静止时无切应力是否无粘性？为什么？ 12． 试述伯努利方程()2 2p V Z C g g ψρ+ +=中各项的物理意义，并说明该方程的适用条件。 13． 流体有势运动指的是什么？什么是速度势函数？无旋运动与有势运动有何关系？ 14． 什么是流函数？存在流函数的流体具有什么特性？（什么样的流体具有流函数？） 15． 平面流动中用复变位势描述的流体具有哪些条件（性质）？ 16． 伯努利方程2 2p V Z Const g g ρ+ +=对于全流场均成立需要基于那些基本假设？ 17． 什么是第一粘性系数和第二粘性系数？在什么条件下可以不考虑第二粘性系数？stokes 假设的基本 事实依据是什么？ 18． 为推出牛顿流体的本构方程，Skokes 提出了3条基本假设，分为是什么？ 19． 作用在流体微团上的力分为那两种？表面应力ij τ的两个下标分别表示？ij τ的正负如何规定？ 20． 从分子运动学观点看流体与固体比较有什么不同？ 21． 试述流体运动的Helmhottz 速度分解定律并给出其表达式。 22． 流体微团有哪些运动形式？它们的数学表达式是什么？ 23． 描述流体运动的基本方法有哪两种？分别写出其描述流体运动的速度、加速度的表达式。 扩散：指流体在没有对流混合情况下，流体由分子的随机运动引起的质量传递的一种性质。 本构方程：是反应物体的外部效应与内部结构之间关系的方程。对动力的粘性流体而言，外部黏性应力与内部变形速度之间的关系成为本构方程。 变形速度张量：[]? ???? ?????=zz zy zx yz yy yx xz xy xx s εεεεεεεεε,,,,,,,其中，z y v x zz yy xx ??= ??=??=ω εεμε,,， ???? ????+??==x v y yx xy μεε21，??? ????+??==z x zx xz μωεε21，??? ? ????+??==y z v zy yz ωεε21 雷诺应力：在不可压缩流体的雷诺方程中，j i -μμρ称为雷诺应力（i ，j>1,2,3）当i=j 时为法相雷诺应力，不等时称为均向雷诺应力。 镜像法：是确定干扰后流场的方法之一，是一种特别的奇点法。 粘性：流体微团发生相对滑移时产生切向阻力的性质。 不可压缩流体： 0=Dt D ρ 的流体称为不可压缩流体。不可压缩均质流体：C =ρ 可压缩流体：密度随温度和压强变化的流体称为可压缩流体。 紊流：是一种随机的三维非定常有旋流动。紊流的基本特征：1，不规则流动状态；2，参数随时间空间随机变化；3，空间分布大小形状各不相同漩涡；4，具有瞬息万变的流动特征；5，流动参数符合概率规律；6，相邻参数有关联。 流体：通常说能流动的物质为流体，液体和气体易流动，我们把液体和气体称之为流体。严格地说：在任何微小剪切力的持续作用下，能够连续不断变形的物质称为流体，流体显然不能保持一定的形状，即具有流动性。 耗散函数：i i ij x p ??μ' 称为耗散函数Γ，Γ表示单位时间内单位体积流体由机械能耗散成热能 i i ij ij i i ij x v div x p ????????+??? ??-=??=Γμμεδμμμ232'' 应力张量：[]??? ? ??????=zz zy zx yz yy yx xz xy xx p p p p p p p p p p ,,,,,,称为应力张量，它是描述运动黏性流体内任一点应力 状态的物理量。 1.粘滞性：流体内部质点间或流层间因相对运动而产生内摩擦力以反抗相对运动的性质。 牛顿内摩擦定律：流体的内摩擦力大小与流体性质有关，与流体速度变化梯度和接触面积成正比。非牛顿流体。 2.液体的动力粘滞系数随温度升高而减小，气体的动力粘滞系数随温度升高而增大。通常 的压强对流体的动力粘滞系数影响不大，高压下流体的动力粘滞系数随压强的升高而增大。 3.连续介质：将流体认为是充满其所占据空间无任何空隙的质点所组成的连续体。无黏性 流体：不考虑黏性作用的流体。不可压缩流体：不计压缩性和热膨胀性对流体物理性质简化。 4.理想流体：不考虑黏性作用的流体。 5.实际流体：考虑黏性流体作用的实际流体。 6.流体在静止时不能承受拉力和切力，所以流体静压强的方向必然是沿着作用面的内法 线。 7.由于深度相等的点，压强也相同，这些深度相同的点所组成的平面是一个水平面，可见 水平面是压强处处相等的面，即水平面必是等压面。 8.在同一种液体中,如果各处的压强均相等由各压强相等的点组成的面称为等压面。满足等 压面的三个条件是同种液体连续液体静止液体。 9.阿基米德原理：无论是潜体或浮体的压力体均为物体的体积，也就是物体排开液体的体 积。 10.重力大于浮力，物体下沉至底。重力等于浮力，物体在任一水深维持平衡。重力小于浮 力，物体浮出液体表面，直至液体下部分所排开的液体重量等于物体重量为止。 11.（1）等压面是绕铅直轴旋转的抛物面簇；（2）在同一水平面上的轴心压强最低，边缘 压强最高。 12.绝对压强：以毫无一点气体存在的绝对真空为零点起算的压强。相对压强：当地同高 程的大气压强ap为零点起算的压强。压力表的度数是相对压强，通常说的也是相对压强。1atm=101325pa=10.33mH2O=760mmHg. 13.和大气相通的表面叫自由表面。 14.流线是某一瞬时在流场中画出的一条空间曲线，此瞬时在曲线上任一点的切线方向与该 点的速度方向重合，这条曲线叫流线。区别：迹线是流场中流体质点在一段时间过程中所走过的轨迹线。流线是由无究多个质点组成的，它是表示这无究多个流体质点在某一固定瞬间运动方向的曲线。而迹线则是在时间过程中表示同一流体质点运动的曲线。 15.我们把流体流动占据的空间称为流场，流体力学的主要任务就是研究流场中的流动。 16.欧拉法：通过描述物理量在空间的分布来研究流体运动的方法。拉格朗日法：通过描述 每一质点的运动达到了解流体运动的方法。 17.动平衡的流动，各点流速不随时间变化，由流速决定的压强、粘性力也不随时间变化， 这种流动称之为恒定流动反之为非恒定流动。 18.因为建立恒定总流的伯努利方程时，把（z+P/pg）作为常熟提到积分号外面，只有渐变 流断面或均匀流断面的（Z+P/pg）=C。 19.可以，因为渐变流断面或均匀流断面上（Z+P/pg）=C。 20.动能修正系数：总流有效断面上的实际动能对按平均流速算出假象动能的比值，流速分 布越不均匀，值越大。动量修正系数：实际动量和按照平均流速计算的动量的比值，流速分布越不均匀，值越大。 21.在沿程不变的管段上，流动阻力沿程也基本不变，称这类阻力为沿程阻力，克服沿程阻 力引起的能量损失为沿程损失。在边壁急剧变化的区域，阻力主要地集中在该区域中及流体力学复习要点(计算公式)
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