工程流体力学 第一章 绪论
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(完整版)工程流体力学习题及答案-CAL-FENGHAI-(2020YEAR-YICAI)_JINGBIAN第1章 绪论选择题【1.1】 按连续介质的概念,流体质点是指:(a )流体的分子;(b )流体内的固体颗粒;(c )几何的点;(d )几何尺寸同流动空间相比是极小量,又含有大量分子的微元体。
解:流体质点是指体积小到可以看作一个几何点,但它又含有大量的分子,且具有诸如速度、密度及压强等物理量的流体微团。
(d )【1.2】 与牛顿内摩擦定律直接相关的因素是:(a )切应力和压强;(b )切应力和剪切变形速度;(c )切应力和剪切变形;(d )切应力和流速。
解:牛顿内摩擦定律是d d v y τμ=,而且速度梯度d d v y 是流体微团的剪切变形速度d d t γ,故d d t γτμ=。
(b )【1.3】流体运动黏度υ的国际单位是:(a )m 2/s ;(b )N/m 2;(c )kg/m ;(d )N·s/m 2。
解:流体的运动黏度υ的国际单位是/s m 2。
(a )【1.4】理想流体的特征是:(a )黏度是常数;(b )不可压缩;(c )无黏性;(d )符合RTp=ρ。
解:不考虑黏性的流体称为理想流体。
(c )【1.5】当水的压强增加一个大气压时,水的密度增大约为:(a )1/20 000;(b )1/1 000;(c )1/4 000;(d )1/2 000。
解:当水的压强增加一个大气压时,其密度增大约95d 1d 0.51011020 000k p ρρ-==⨯⨯⨯=。
(a )【1.6】 从力学的角度分析,一般流体和固体的区别在于流体:(a )能承受拉力,平衡时不能承受切应力;(b )不能承受拉力,平衡时能承受切应力;(c )不能承受拉力,平衡时不能承受切应力;(d )能承受拉力,平衡时也能承受切应力。
解:流体的特性是既不能承受拉力,同时具有很大的流动性,即平衡时不能承受切应力。
300MW压水堆核电站培训系列教材课程代号:2104A工程流体力学秦山核电公司培训中心2019年12月目录第一章绪论 (3)1.学习课程的目的和任务 (3)2.流体力学、泵与风机的发展概况 (3)第二章流体的基本物理性质 (5)1.流体的概念 (5)2.惯性和万有引力特性 (6)3.压缩性和膨胀性 (8)4.流体的粘滞性 (10)第三章液体静力学 (19)1.作用在流体上的力 (19)2.流体静压力及其特性 (20)3.液体静力学基本方程式 (23)4.绝对压力、相对压力及真空 (27)5.液体静力学基本方程式的应用 (28)6.液体的相对平衡 (37)7.作用在壁面上的液体总压力 (40)第四章液体动力学 (50)1.概述 (50)2.连续方程式 (58)3.能量方程式 (60)4.能量方程式的意义和应用举例 (65)5.动量方程式及动量矩方程式 (78)第五章流动阻力及管道水力计算 (89)1.流体运动的两种状态 (90)2.均匀流基本方程式 (95)3.圆管中的层流运动 (97)4.圆管中的紊流运动 (100)5.局部损失计算 (108)6.总能量损失的计算 (114)7.管道水力计算 (117)8.管道特性曲线 (127)9.水击 (131)第六章气体动力学基础 (140)1.音速及马赫数 (140)2.气体流动的基本方程式 (144)3.涡线、涡束及涡强 (146)4.速度环量及环流 (148)5.汤姆逊旋涡定理 (152)6.流体通过叶栅的流动 (153)7.附面层 (159)8.弱扰动在气流中的传播 (163)9.超音速气流绕过外凸、内凹壁面的流动 (165)10.激波绝热过程及波阻的概念 (169)第一章绪论1. 学习课程的目的和任务本课程的内容分为两大部分。
第一部分是工程流体力学,第二部分是泵和风机。
工程流体力学是研究流体平衡和运动的规律,以及流体与固体之间相互作用的一门科学。
流体力学 研究流体平衡和运动的力学规律、流体与固体间的相互作用。
第1章 绪论流体——静力平衡时,不能承受剪切力的物质(液体、气体) 流体的主要物理性质:①易流动性;②抗压不抗拉;③边界影响,流体特性影响;表面力:又称面积力,是毗邻流体或其它物体,作用在隔离体表面上的直接施加的接触力。
它的大小与作用面积成比例。
(剪力、拉力、压力)质量力:是指作用于隔离体内每一流体质点上的力,它的大小与质量成正比。
(重力、惯性力)流体的平衡或机械运动取决于: 1.流体本身的物理性质(内因) 2.作用在流体上的力(外因)理想流体——假想的没有粘性的流体。
µ = 0,τ= 0 实际流体——事实上具有粘性的流体。
(流体质点)a.宏观尺寸足够小;b.微观尺寸足够大;c.具有一定的宏观物理量;d.形状可以任意分割;牛顿通过著名的平板实验,说明了流体的粘滞性,提出了牛顿内摩擦定律。
τ=μ(du/dy)τ只与流体的性质有关,与接触面上的压力无关。
动力粘度μ:反映流体粘滞性大小的系数,单位:N•s/m 2 运动粘度ν:ν=μ/ρ第2章 流体静力学流体静压强——作用在流体内部单位面积上的力【方向性】总是沿着作用面的内法线方向,即垂直于作用面,并指向作用面。
【大小性】与其作用面的方位无关,只能由该点的坐标位置决定,即同一点上各方向的静压强大小均相等。
流体平衡微分方程⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎨⎧=∂∂=∂∂=∂∂01-Z 01-Y 01-X z pypx p平衡流体任一点压强(c=p 0-ρW)P=pW+c=p 0+ρ(W-W 0)静力学基本方程: P=Po+pgh等压面:压强相等的空间点构成的面。
(1)等压面必为等势面;(2)等压面必然与质量力正交; 绝对压强:以无气体分子存在的完全真空为基准起算的压强 P abs 相对压强:以当地大气压为基准起算的压强 P P=P abs —P a (当地大气压)真空度:绝对压强不足当地大气压的差值,即相对压强的负值 P v P v =P a -P abs = -P测压管水头:是单位重量液体具有的总势能c gp=+ρz 【比位能(位置水头)+比压能(压强水头)=比势能】 (1)p 1=p 2时,z 1=z 2,即等压面为水平面;(2)z 2>z 1时,p 1>p 2,即位置较低处压强大于位置较高处;基本问题:(γ=ρg )1、求流体内某点的压强值:p = p 0 +γh ;2、求压强差:p – p 0 = γh ;3、求液位高:h = (p - p 0)/γ平面上的净水总压力:潜没于液体中的任意形状平面的总静水压力P ,大小等于受压面面积A 与其形心点的静压强p c 之积。
流体⼒学讲义第⼀章绪论第⼀章绪论本章主要阐述了流体⼒学的概念与发展简史;流体⼒学的概述与应⽤;流体⼒学课程的性质、⽬的、基本要求;流体⼒学的研究⽅法及流体的主要物理性质。
流体的连续介质模型是流体⼒学的基础,在此假设的基础上引出了理想流体与实际流体、可压缩流体与不可压缩流体、⽜顿流体与⾮⽜顿流体概念。
第⼀节流体⼒学的概念与发展简史⼀、流体⼒学概念流体⼒学是⼒学的⼀个独⽴分⽀,是⼀门研究流体的平衡和流体机械运动规律及其实际应⽤的技术科学。
流体⼒学所研究的基本规律,有两⼤组成部分。
⼀是关于流体平衡的规律,它研究流体处于静⽌(或相对平衡)状态时,作⽤于流体上的各种⼒之间的关系,这⼀部分称为流体静⼒学;⼆是关于流体运动的规律,它研究流体在运动状态时,作⽤于流体上的⼒与运动要素之间的关系,以及流体的运动特征与能量转换等,这⼀部分称为流体动⼒学。
流体⼒学在研究流体平衡和机械运动规律时,要应⽤物理学及理论⼒学中有关物理平衡及运动规律的原理,如⼒系平衡定理、动量定理、动能定理,等等。
因为流体在平衡或运动状态下,也同样遵循这些普遍的原理。
所以物理学和理论⼒学的知识是学习流体⼒学课程必要的基础。
⽬前,根据流体⼒学在各个⼯程领域的应⽤,流体⼒学可分为以下⼏类:能源动⼒类:⽔利类流体⼒学:⾯向⽔⼯、⽔动、海洋等;机械类流体⼒学:⾯向机械、冶⾦、化⼯、⽔机等;⼟⽊类流体⼒学:⾯向市政、⼯民建、道桥、城市防洪等。
⼆、流体⼒学的发展历史流体⼒学的萌芽,是⾃距今约2200年以前,西西⾥岛的希腊学者阿基⽶德写的“论浮体”⼀⽂开始的。
他对静⽌时的液体⼒学性质作了第⼀次科学总结。
流体⼒学的主要发展是从⽜顿时代开始的,1687年⽜顿在名著《⾃然哲学的数学原理》中讨论了流体的阻⼒、波浪运动,等内容,使流体⼒学开始成为⼒学中的⼀个独⽴分⽀。
此后,流体⼒学的发展主要经历了三个阶段:1.伯努利所提出的液体运动的能量估计及欧拉所提出的液体运动的解析⽅法,为研究液体运动的规律奠定了理论基础,从⽽在此基础上形成了⼀门属于数学的古典“⽔动⼒学”(或古典“流体⼒学”)。
工程流体力学(水力学)第一章 绪论学习重点:流体的粘性及牛顿内摩擦定律。
尤其是牛顿内摩擦定律应熟练掌握。
了解工程的发展及在工程中的应用。
§1—1 工程流体力学简介1. 工程流体力学——是利用实验和理论分析的方法研究流体的平衡和运动规律及其在工程中的应用的一门学科。
2. 自然界中物质的存在形式有:(1)固体 ← 相应的研究学科有材料力学、弹性力学 等。
(2)液体(3)气体← 统称流体 。
相应的研究学科即流体力学。
3.流体与固体的比较:(1)从微观上说,流体分子之间的距离相对较大,分子运动丰富(振动、转动、移动)。
(2)从宏观上说,流体没有固定的形状,易流动、变形,静止的流体不能承受剪力及拉力。
4.发展史(随着生产的发展,继固体力学之后发展起来的一门学科):论浮体 (建立在实验、直观基础上)古典水力学(纯理论分析、理论模型) 计算流体力学5.意义:流体力学已经发展成一门涉及多专业的基础性学科。
工程流体力学在工程中的应用也越来越广泛。
例如:给排水、农田灌溉、道路、桥涵、港口设计等等。
§1—2 连续介质假设 流体的主要物理性质 一. 连续介质假设1. 流体的组成:由大量不断运动的分子组成,分子之间有间隙,不连续。
2. 假设:假设将流体看作是由无数质点组成的连续的介质。
因为我们研究的是流体的宏观机械运动而不是微观运动,这样的假设可以满足工程需要。
3. 连续介质:假定流体在充满一个体积空间时,不留任何空隙,整个空间均被流体质点所占据。
4. 质点——宏观体积足够小(可以忽略线性尺寸),但又包含大量分子的集合体。
5. 注:流体的分子运动是客观存在的,在一般的工程计算中可以把流体看成连续的介质,但在特殊情况下还是应加以考虑的。
二. 流体的主要物理性质1.易流动性——是指流体在静止时不能承受切力及不能抵抗剪切变形的性质。
一般的,固体可承受一定的拉力、压力及剪力;而静止的流体只能承受一定的压力。
流体力学第一章第一部分流体力学第一章绪论【目的要求】通过本章课程的学习,掌握流体的主要物理性质,流体的分类及力学模型。
【重点】流体的重度、体积模量、粘滞性及牛顿内摩擦定律,连续介质模型。
【难点】牛顿内摩擦定律的理解和应用。
【本章课程的引入】流体力学是力学的一个独立分支,是一门研究流体的平衡和流体机械运动规律及其实际应用的技术科学。
【本章课程的内容】§1-1 流体力学的任务1.1 流体力学流体力学是力学的一个独立分支,是一门研究流体的平衡和流体机械运动规律及其实际应用的技术科学。
流体力学所研究的基本规律,有两大组成部分。
一是关于流体平衡的规律,它研究流体处于静止(或相对平衡)状态时,作用于流体上的各种力之间的关系,这一部分称为流体静力学;二是关于流体运动的规律,它研究流体在运动状态时,作用于流体上的力与运动要素之间的关系,以及流体的运动特征与能量转换等,这一部分称为流体动力学。
流体力学在研究流体平衡和机械运动规律时,要应用物理学及理论力学中有关物理平衡及运动规律的原理,如力系平衡定理、动量定理、动能定理,等等。
因为流体在平衡或运动状态下,也同样遵循这些普遍的原理。
所以物理学和理论力学的知识是学习流体力学课程必要的基础。
目前,根据流体力学在各个工程领域的应用,流体力学可分为以下三类:水利类流体力学:面向水工、水动、海洋等;机械类流体力学:面向机械、冶金、化工、水机等;土木类流体力学:面向市政、工民建、道桥、城市防洪等1.2物质的三态 ---流体与固体的区别在地球上,物质存在的主要形式有:固体、液体和气体。
流体和固体的区别:从力学分析的意义上看,在于它们对外力抵抗的能力不同。
固体:既能承受压力,也能承受拉力与抵抗拉伸变形。
流体:只能承受压力,一般不能承受拉力与抵抗拉伸变形。
液体和气体的区别:(1)气体易于压缩;而液体难于压缩;(2)液体有一定的体积,存在一个自由液面;气体能充满任意形状的容器,无一定的体积,不存在自由液面。