硕士研究生入学考试大纲流体力学Word格式文档下载.docx

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六、流动量测与显示技术

1．压强、流速、流量的测量

2．流体力学实验设备

3．流动显示技术

七、粘性流体绕物体的流动1．不可压缩粘性流体的运动微分方程2．边界层基本概念及特征3．曲面边界层的分离现象4．物体的阻力，阻力系数，边界层的控制

八、机翼与叶栅理论基础1．机翼升力原理

2．机翼与翼型的几何参数

3．翼型的空气动力特性

4．有限翼展机翼简述

5．叶栅概述

6.叶栅的特征方程

IV.题型示例及参考答案

一、概念题＜要求用文字、数学、图示三种形式同时描述，5X7

=35分）

理想流体与实际流体、有旋流动与无旋流动、层流与湍流、文丘里

管与拉瓦尔管、

流线与涡线、流量与涡通量、边界层与层流底层。

二、基本理论题＜要求尽量用文字、数学、图示三种形式同时描述

5X7=35分）

1.实际流体总流的伯努利方程。

2.动量方程。

3.流体微团的运动分解。

4.连续性方程。

5.写出平面翼型的几何参数及定义并图示。

6.翼型的气动力特性及相应的曲线并图示。

7.简述圆柱有环量绕流由哪些基本流动组成，写出其复势函数，并画出其流动图像。

三、计算题及实验题＜5题中任选4题4X20=80分，本题需用计算器）

1.如图所示，水流经一水平弯管流动，已知：

di=600mmd2=

300mmQ=0.425m3/s，水的密度为p=1000kg/m3,测得大口径管段中的表压强为=14X104Pa,0=450。

试求为了固定弯管所需的

力。

RTCrpUDGiT

2.三角形量水堰的流量Q与堰上水头H及重力加速度g有关，试用量纲分析法确定的关系式。

3.用直径亠的虹吸管从水箱中引水，虹吸管最高点距水面

—，试求不产生空化的最大流量为多少？

＜水的饱和蒸汽压取

为2340Pa）。

5PCzVD7HxA

4.流动参数中流速的测量方法、原理、计算公式并图示＜不少于5

种）。

5.绘出一个雷诺实验装置示意图，简述实验方法、实验的观察结

果。

以及实验所得到的水头损失与速度的关系曲线并分析。

jLBHrnAlLg

参考答案

一、概念题＜5X7=35）

1理想流体、实际流体

理想流体：

卩=0,或。

实际＜粘性）流体：

卩工0。

在自然界中，真实的流体都具有粘性，但对一个具体的流动问题，粘性所起的作用不一定相同。

例对求解绕流物体的升力、表面波的运动等，粘性作用可以忽略，可按理想流体处理。

而对求解阻力、旋涡的扩散、以及热量的传递等，粘性则起主要作用，按粘性流体处理。

XHAQX74J0X

两者的主要区别是：

粘性切应力的存在和物体表面的粘附条件＜无滑

移条件）。

2.有旋流动、无旋流动

流体微团存在角速度，即•，称为有旋流动，若•则称为无

旋流动。

流体微团的转动角速度WJ，若流场中某处凹，就表明位于

该点处的流体微团会绕着通过该点的瞬时轴作旋转运动，称为有旋运动。

若S,则位于该点处的流体微团不会旋转，而只作平移运动和变形运动，称为无旋运动。

有旋运动不等同于圆周运动，无旋运动不

等同于直线运动。

LDAYtRyKfE

|KI1KI[X]

3.层流、湍流

为了观察管中水流的形态，将有色液体通过细管注入实验管段中。

当流速较小时，可以清楚地观察到管中的有色液体为一条直线，这说明水流以一种规律相同、互不混杂的形式作分层流动，称为层流。

Zzz6ZB2Ltk

流速逐渐增大，这时可以观察到有色液体线发生波动、弯曲，随着流速的增加，波动愈来愈烈，有色液体线断裂，变成许许多多大大小小的旋涡，此时有色液体和周围水体掺混，这种流态称为湍流。

dvzfvkwMIl

对圆管：

4.文丘里管、拉瓦尔管

文丘里管是用在工业管路、实验管路上测量流量的装置。

它由收缩段、喉部和扩散段三部分组成。

两端通过法兰和管路连接rqyn14ZNXI

收缩段从管径收缩至喉部直径，收缩角一I，喉部长度约等于，扩散段则将管径由扩至，扩散角约为。

在文丘里管入口前直管段上截面1和喉管截面2两处测量静压

差，由此静压差和截面面积可求出流量，计算公式如下：

EmxvxOtOco

实际流量应乘以一修正系数：

丨

因由实验标定。

文丘里管一般用于液体流量的测量。

如果用于可压缩气流的测量，则文丘里管就是拉伐尔管。

5.流线、涡线

流线是流场中某一瞬时的一条光滑曲线，曲线上每一点的速度矢量总是在该点与曲线相切。

流线的微分方程：

[乂[

涡线：

在某一时刻，旋涡场中的一条曲线，在此曲线上任一点的切线方向与流体微团在该点的旋转轴线重合<

即与的方向重合）。

涡

线的微分方程：

SixE2yXPq5

一般来说，涡线不与流线重合，而与流线相交。

涡线的形状可能随时间而变，在定常流动中，涡线不随时间而变。

6.流量、涡通量

流量：

将装在水管上的阀门开启，如果在1秒内放满了一桶的水，我们就称这一水管的＜体积）流量为亠。

定义：

单位时间内流过流断面的流体量，称为流量。

涡通量＜旋涡强度）：

流体微团旋转角速度的两倍称为涡量，记为。

在微元涡管中，涡通量为角速度与垂直于微元涡管横截

面积乘积的两倍，即：

6ewMyirQFL

涡通量就是截面上的旋涡强度，对涡管的某个断面，则称为涡管强度。

7.边界层、层流底层

粘性流体在大Re下绕某一物体时，在紧靠物体的薄层中，流速由物体表面的零迅速地增加到与来流速度同数量级的大小。

这种在大

雷诺数下紧靠物体表面流速由零流速增加到与来流速度同数量级的

薄层称为边界层。

kavU42VRUs

基本特征为：

1）与物体长度相比，边界层的厚度很小；

2）边界层内沿厚度的

速度梯度很大，即使粘性很小的流体，表现出的粘性力也较大，不能忽略。

＜而在边界层外，速度梯度很小，即使粘性较大的流体，粘性力

也很小，可现作理想流体。

）3）边界层沿流动方向逐渐增厚。

4）由

于边界层很厚，可近似认为：

边界层中各截面的压强相等，且等于同一截面上边界层外边界上的压强。

5）边界层内粘性力和惯性力是

同一数量级的。

6）边界层内流体的流动也可以有层流和紊流两种流态。

全部边界层内都是层流的，称层流边界层，仅在起始部分是层流，而在其它部分是紊流的，称为混合边界层。

在层流和紊流之间有一个过渡区，在紊流边界层内，紧靠平板处，存在粘性底层。

y6v3ALoS89

二、基本理论题＜5X7=35分）

这个方程便是实际流体总流的伯努利方程。

方程表示了：

断面1单位重量流体的机械能断面2单位重量流

体的机械能断面•之间单位重量流体的机械能损失。

M2ub6vSTnP

:

单位重量流体所具有的位置势能，_:

单位重量流体所具有

的压强势能，.：

单位重量流体所具有的动能。

：

位置水头，

压强水头，I:

速度水头。

OYujCfmUCw

2.动量方程

对于一元流动，•，则上式为：

动量方程的投影形式:

总流动量方程的应用条件，基本上与总流伯努利方程的应用条件相同，即不可压缩流体、定常流动，两段面选择在缓变流断面上，中间容许存在急变流。

eUts8ZQVRd

方程中是外界对流体的力，而不是流体对固体的作用力。

分析作用力时注意不要遗漏，同时考虑可以忽略的力

以-P代入方程

3.流体微团运动的分解：

一般情况下，流体微团的运动总可以分解成整体的平移运动、旋转运动、线变形及角变形运动，与之相应的是平移速度、旋转角速度、线变形速率和剪切变形速率。

sQsAEJkW5T

二元微团的亥姆霍兹速度分解定理

运动形式

DC

厂一-一q

卯C'

AB

s<

直线变形）

<

转动

_工I<

角变形）

4.连续性方程

对于三元定常流动，方程：

对于不可压缩流体，r，方程:

对于二维流动，则方程就成为二元流动的连续性方程，如不可压缩流体：

对一维、定常、不可压缩流体连续性方程

＜5分）

1＞翼弦：

联结翼型前后缘点间的直线段，称为几何翼弦，简称翼弦。

翼弦的长度称为弦长，以表示。

2＞翼型厚度：

垂直于翼弦，位于上下弧间的直线段长度，称为翼型厚度，通常以厚度中的最大值作为厚度的代表，以表示。

常用相

对值：

GMslasNXkA

□S

3＞翼型中线：

翼型厚度中心的连线，严格地说是：

翼型轮廓线的内切圆圆心的连线，称为翼型中线。

4＞翼型弯度：

翼型中线到翼弦的拱高，称为翼型弯度，以最大值表示，符号。

常用相对值：

5＞前后缘半径和后缘角：

翼型前、后缘的曲率半径，分别以，

匚表示。

aa

如尾部非圆形而是尖的，以上下弧在尾缘的切线交角表示，叫后缘角。

以上是表示翼型几何特性的几个主要参数，它们决定了翼型剖面的几何特性。

在空气动力学中，常引进无量纲的空气动力学系数：

升力系数，

阻力系数，力矩系数，它们的定义分别为：

30Q

1）升力系数与攻角关系曲线I二：

K曲线在实用范围内，近似成一直线，在较大攻角时，略向下弯曲，当达到最大值后，则突然下降。

飞机如在飞行时遇到这种情况，则有坠毁的危险，这一

2）阻力系数与攻角关系曲线—I:

—I曲线与抛物线相

近，在F附近阻力最小，随着攻角的增加，阻力增加很快，在达到临界攻角以后增加更快。

7EqZcWLZNX

3）升力系数与阻力系数关系曲线I•亠：

这一曲线亦称极曲线，以为横坐标，为纵坐标，对应每一个攻角，有一对、

I"

在图上可画一点，同时标上相应角度，连接所有点，即成极曲

线。

lzq7IGfO2E

由合力对前缘点耳形成一气动力矩丨，定义使翼型抬头力矩为正。

L关系曲线称为力矩系数曲线。

7.简述圆柱有环量绕流由哪些基本流动组成，试写出其复势函数，并画出其流动图像。

圆柱有环量绕流二均匀流+偶极子流+点涡

1=I[NI[K■

二、计算题及实验题＜5题中任选4题4X20=80分）

1.如图所示，水流经一水平弯管流动，已知：

300mmQ=0.425m3/s，水的密度为p=1000kg/m3,测得大口径管段中的表压强为=14Xl04Pa,0=450。

试求水流对弯管的作用力。

zvpgeqJihk

解:

由伯努利方程:

2.三角形量水堰的流量Q与堰上水头H及重力加速度g有关，试

用量纲分析法确定I的关系式

用基本量纲表示

1j

J

对L:

=1

对T:

L^l

解得：

—，

2d<

于是:

口=

3.用直径亠的虹吸管从水箱中引水，虹吸管最高点距水面二1，试求不产生空化的最大流量为多少？

＜水的饱和蒸汽

压取为2340Pa。

NrpoJac3v1

解：

不计水头损失，列水面和虹吸管最高点的伯努利方程

[X[取W3

解得:

流量

4.流动显示的方法、原理并图示

1）风向风速表：

测定风向风速；

2）毕托管将静压管和总压管组合

称为毕托管＜动压管、速度探针）

速＜LDA）;

5）粒子图像测速仪PIV;

6）三维粒子动态分析仪1nowfTG4KI

5.绘出一个雷诺实验装置示意图，简述实验方法、实验的观察结果。

fjnFLDa5Zo

雷诺实验装置，由稳压水箱、实验管段、测压管以及有色液体注入管组成。

水箱内装有溢流挡板，使水位保持恒定，实验管段后端装有调节流量的阀门。

显然，两测压管的高差此管段的沿程损失。

为

了观察管中水流的形态，将有色液体通过细管注入实验管段中。

tfnNhnE6e5

当水箱中水稳定后，即在定常流条件下，打开阀门，使流速由小变大，流速较小时，可以清楚地观察到管中的有色液体为一条直线，这说明水流以一种规律相同、互不混杂的形式作分层流动，称为层流。

HbmVN777sL

继续开大阀门，流速逐渐增大，这时可以观察到有色液体线发生波动、弯曲，此时有色液体和周围水体掺混，这种流态称为湍流。

对圆管：

V7l4jRB8Hs

圆管中沿程水头损失和流速的关系，在玻璃管的1、2两个截面处

装测压管。

5

/恁

1

2

、L才

对1、2两个截面列伯努利方程可得：

］廿|。

对于管道中的某一

平均流速，测出管段的沿程损失，并将测量数据标示在对数坐标纸

上，得到二的对数曲线。

83lcPA59W9

［一■

申明：

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