流体力学简答题.docx
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流体力学简答题
流体力学简答题
第一章
1.在连续介质的概念中，何为质点？
流体质点是指体积小的可以看作一个几何点，但它又包含有大量的分子，且具有诸如速度、密度及压强等物理量的流体微团。
2|什么是理想流体？
正压流体？
当流体物质的粘度较小，同时期内部运动的相对速度也不大，所产生的粘性应力比起其他类型的力来说可以忽略不计时，可把流体近似看作是无粘性的，这样无粘性的流体称为理想流体。
内部任一点的压力只是密度的函数的流体，称为正压流体。
3.什么是不可压缩流体？
流体的体积或密度的相对变化量很小时，一般可以看成是不可压缩的，这种流体就被称为不可压缩流体。
4.什么是定常场；均匀场。
如果一个场不随空间的变化而变化，即场中不显含空间坐标变量r，则这个场就被称为均匀场。
如果一个场不随时间的变化而变化，则这个场就被称为定常场。
5.简述迹线的定义并用张量下标的形式标的。
迹线时流体质点在空间运动过程中描绘出来的曲线。
张量下表形式为兽=5*门
dt
6.概述流线的定义及与迹线的不同。
流线是流场中的一条曲线，曲线上每一点的速度矢量方向和曲线在该点的切线方向相同。
与迹线的不同，流线在同一时刻和不同流体质点的速度矢量相切。
7.脉线的定义，在定常流动与非定常流动中迹
线、流线、脉线分别怎样。
脉线是把相继经过流场中同一空间点的流体质点在某瞬时顺序连接起来得到的一条线。
在非定常流动中，迹线、流线、脉线一般来说是不相重合的。
但在定常流动中迹线、流线、脉线三线合而为一。
8.叙述有旋流动和无旋流动的定义，依据什么划分的。
若在整个流场中处处■'-0,则称此流动为无旋流动，否则称有旋流动。
划分依据为涡量是否为
^零。
9.涡线定义及其微分方程。
涡线是一条曲线，该曲线上每一点的切线方向与该点的涡线矢量方向相同。
涡线是由同一时刻不同流体质点组成的，涡线上各流体质点都围绕涡线的切线方向旋转。
微分方程10•写出雷诺运输公式两种形式。
Dd
Dtt
第二章
1、连续性方程的实质？
答：
连续性方程是基于物质守恒定律，流场中任取一流体系统，其大小、形状、密度等发生连续变化但物质总质量保持不变所列出的守恒方程。
2、可压缩流体和不可压缩流体该如何判定？
答：
通常液体和低速流动气体可看作不可压缩流体，但在某些非定常流动条件下，液体也需当作可压缩流体处理（密度变化不可忽略）如：
水下爆炸、管路阀门突然启闭等。
3、请写出纳维-斯托克斯方程的依据、适用流体,及其矢量形式。
答：
纳维-斯托克斯方程由动量定理推出，适用
于任何一种流体。
简称N-S方程
矢量形式：
唱7wLu）七①“
4、列举一些在非惯性系中处理流动问题更方便
的场合？
答：
如研究大气流动时常选用随地球一起转动的坐标系，研究叶轮式流体机械内部叶轮见的流动时常选用随叶轮一起转动的坐标系等，这些都是非惯性系。
5、试写出角速度矢量在惯性系与非惯性系中的物质导数之间的关系
答：
角速度矢量在惯性系和非惯性系中的物质导
数相同。
6、在拉格朗日参考系中，将一流体单元看作一热力系统时，热力学第一定律的阐述是？
答：
处于流动中的一个流体系统的总能量的变化率等于外力对该系统的做工功率与外界对该系统的传热功率之和。
7、流体流动过程中的表面力做功与质量力做功对流体总能量有何作用？
答：
流体流动过程中（无形变时）表面力与质量力做功只使流体动能增加，而对内能变化并无贡献。
&内能方程的实质？
答：
内能方程表示单位流体内能的变化率等于流体变形时表面力的做功功率和向流体的传热功率之和。
9、什么是耗损函数？
答：
耗损函数是流体变形时粘性力的做功功率，这部分机械能不可逆地转化成为热能，因此在一切流体和一切流动中总是大于零。
10、边界条件有哪几种，分别是什么？
答：
1）液液分界面边界条件
2）固壁边界条件
3）液气分界边界条件
4）无穷远条件
5）界面法向速度
第三章
1、何谓开尔文定理？
答：
对于正压，体积力有势的理想流体流动，沿任意封面的物质周线上的速度环量和通过任一物质面的涡通量在运动过程中守恒，这就是开尔文定理，也称汤普逊定理。
2、试写出开尔文定理成立的几大假设？
答：
正压、理想流体、质量力有势。
放松其任一条件开尔文定理则不成立。
3、试写出引起速度环量和涡通量发生变化的几大因素？
答：
粘性、非正压流体、非保守力。
4、开尔文定理的直接推论？
答：
正压、理想流体在质量力有势的情况下，如果某时刻部分流体内无旋，贝I」在此以前和以后的任意时刻这部分流体皆为无旋。
若某时刻部分流体有旋，则在此以前和以后的任意时刻这部分流体皆为有旋。
5、伯努利方程成立的条件是什么？
答：
忽略流体粘性影响、质量力有势、正压流体、定常流动、方程沿同一条流线成立。
6、势流伯努利方程的成立条件？
答：
忽略流体粘性影响，正压流体，质量力有势,无旋流动。
7、在理想、正压和质量力有势的条件下，通过
涡管横截面的涡通量，即涡管强度在运动过程中恒定不变，这一原理被称为。
亥姆霍兹第二原理
8在运动过程中涡管会发生变形，当涡管被拉伸时，涡量会。
增大
9、同一涡管任一截面的涡通量均相等，即在空间上守恒。
涡管强度
10、当满足开尔文定理时，涡管强度同事具有时
间和空间上的守恒性，即涡管强度。
不随时间而变化
11、在一定条件下，动量方程可以积分得
到，其在工程上有广泛应用。
伯努利方程
12、欧拉方程左侧的速度矢量导数可以分解为当
地导数与之和。
对流导数
第四章
1.指这样一种流动状态，即流场中
各流体质点的速度都平行于某一个固定平面，并且各物理量在此平面的垂直方向上没有变化。
平面流动
2.平面势流流动的速度分量既可以用速度势函
数也可以用来表达。
流函数
3.用复位势来描述势流流动时，一个重要的物
理量是。
F（z）对z的导数
4.复位势F（z）可以相差一任意常数而不影
响。
其所代表的流场
5.复速度沿封闭曲线I的积分，实部等
于，虚部等于—
绕该圭寸闭曲线的环量穿过该圭寸闭曲
线流出的流体体积流量
6.均匀流的流线和等势线都是直线，并且互
相—
垂直
7.点源流动的等势线是，流线
只=常数的同心圆族自原点出发的径向
射线族
8•点涡的等势线是,流线
从原点出发的射线族同心圆族R=#
数
9.一对强度相同的源和汇在平面上无限靠近，
而源汇强度与源汇间的距离的乘积有去想一个有限值，这一对源和汇组成一个。
偶极子
10.对于理想不可压缩流体的势流动，无滑移动边界条件不再适用，此时固体壁面是一条流线，这一条件可以通过实现。
第五章
1、何谓空间势流？
答：
空间势流是指发生在三维空间的势流，与平面势流在流动现象方面并无本质区别，但在三维空间内，复变函数方法不再适用必须直接求解偏微分方程以得到空间势流运动的解。
2、何谓斯托克斯流函数？
答：
平面流动的流函数自动满足连续方程。
在一般的三维流动中无法找到一个标量函数能够满足连续方程，但对于轴对称运动，这样的流函数是存在的，即为斯托克斯流函数。
3、斯托克斯流函数的性质
答1）=常数是流面
2）子午面内的曲线AB绕对称轴旋转形成曲面，通过此曲面的流体体积流量Q等于B点和A点流函数的差值乘以2。
4、写出勒让德方程的表达式
A-J-JT
而匚伽‘启）l（l1）T=°
5、巴特勒球定理成立的条件？
答：
1）在r=a处=常数，即球面为流面。
2）=°在r>a的区域中应有相同的奇点，即引入圆球后在球外区不添加奇点。
3）在无穷远处与具有相同的流动状态。
4）表示的流动仍然是势流流动。
6、什么是巴特勒定理？
答：
设无界不可压缩流体轴对称势流流动的流函数为（▽）并且在r远小于a的区域内没有奇点，
0（0,刃=0如将一个r=a的求放入流场中，则球外区域中流函数为：
2
U,力二o（r,力0（r,"=o（r^）-Lo（—
ar
7、球面为流面的必要条件？
答：
无流体流入流出球面
&为什么说一个给定物体的虚拟质量只与该物体的形状和方位有关而与其运动速度、角速度、加速度无关？
答：
对于任意形状的物体，其扰动速度势函数取决于该物体的形状和运动方向。
第六章
1.几种典型的漩涡运动？
答：
涡丝，涡环、涡列、涡街和涡层
2.涡丝概念？
答：
有时涡量可能集中在很细的一根涡管中，此时可近似将此涡管看成几何上的一条线，称之为涡丝
3.切向速度间断面概念？
答：
一个尖尾缘翼型在流体中作变速或变攻角运动，当雷诺数很大时。
流体绕过上、下翼面将以不同的速度在后缘处重新汇合，形成一个切向速度剧烈变化的薄层，称为切向速度间断面。
4.亥姆霍兹第一定理
答：
当涡管截面非常小趋于零时，涡管可以看作涡线，于是也可以说涡线始终由同一些质点所组成，这就是亥姆霍斯兹第一定理
5.涡层概念？
答：
涡量局限在很薄的一层曲面中，而在曲面外很小的邻域内，其值迅速下降到零，则称此曲面为涡层。
6.涡层局部特征量？
=叫-称为涡层强度，它是涡层的局部特
征量。
7.涡形成的原因?
答：
间断面的变形、破裂是涡形成的原印之一。
8.平面流场？
答：
无限长的直涡丝的诱导速度场是平面流场
第七章
1.讨论斯托克斯方程精确解的意义？
1如果实际流动与精确解的流动情况相近，可用摄动法求解流动问题，精确解构成这种方法的基础
2用来检验数值计算的结果
3校核测试仪器的精确度
2.什么是库埃特流动？
使两板中的一板沿板面方向等速运动的流动
3.什么是泊肃叶流动？
等截面直通道中的定常粘性流动
4.泊桑方程对哪些特殊形状截面通道有解？
圆形截面通道，椭圆形截面通道，正方形截面
5.非定常的平行剪切流动有哪几种？
突然加速无界平板附近的流动，无界振动平板附近的流动，平行壁面间的振荡流动
6.什么是突然加速无界平板附近的流动，也叫斯托克斯第一问题？
一无限大平板，其上部存在流体，初始时刻平板与流体都处于静止状态。
某瞬时，平板突然加速，在自身平面内以速度U等速运动，从而带动其上部流体运动。
7.什么是无界振动平板附近的流动，也叫斯托克斯第二问题？
平板不作等速直线运动，而是随时间作简谐振动。
8.什么时候筒间的流动可以看作平面流动？
圆筒的轴长度与直径相比很大时。
9.为什么滞止区域流动问题很重要？
绕流问题总存在流动的滞止区域
10.滞止流动分类
滞止流动可以是三维.轴对称或平面流动，也可以是定常或非定常流动
第八章
1.什么是小雷诺数流动？
流动的惯性力与粘性力相比可以忽略不
计，或只占次要地位。
2.严格来讲在什么情况下斯托克斯方程才成立？
当雷诺数趋近零时才成立
3.什么是斯托克斯流动？
满足斯托克斯方程和连续方程的流体运动
4.什么是斯托克斯佯缪？
斯托克斯方程虽然对圆球绕流有解而对圆柱绕流无解
5.什么是怀特赫德佯缪？
假设真实流动的解等于这个解加上一个小扰动，代回N-S方程用摄动方法来求解扰动，发现对圆球因无法同时满足全部条件而失败。
6.孔隙率的定义？
任取一宏观上足够小但又包含大量孔隙的体积A,其中孔隙所占体积为Aa,则孔隙率定义为Aa/A
7.斯托克斯阻力公式使用条件？
雷诺数小于1时适用，当雷诺数大于1时误差越来越大.不再适用
第九章
28.简述边界层的定义
答：
由于在物面上要满足无滑移动边界条件，流
体速度在很小的距离内由外流的速度值降至物面处的零值，因此存在很强的粘性影响，这一薄层就是边界层，或称为内流，
29.简述尾迹的形成
答：
边界层向物体尾部流动时会遇到逆压梯度，即沿流动方向压强增大，这会引起流体从物面分离并在物体下游形成所谓的尾迹（或尾流）。
30边界层有那几个厚度
答：
这些厚度中用的最多是名义边界层厚度，简称边界层厚度；另一类厚度称为位移厚度或排挤厚度，记作「第三个常用的厚度是动量损失厚度或简称为动量厚度，记作：
31请写出拉布修斯方程最后表达式
2
32.请写出当地雷诺数表达式
（X）=2f''（0）
1:
：
u2、Re
2
33求边界层方程的相似解的步骤
一；选择和-的值
2（U©2）（2a-B）
二；利用方程dx确定U（X）和（X）.
呼巴=检
dx
三；确定函数f（）满足福克纳-斯坎方程及其定
解条件四；由函数f（）U（x）（x）得边界层流动的流
函数，速度分布以及其他流动细节
34.动量积分方程求边界层近似解的基本思路答：
将边界层方程沿y方向积分，得到的方程表示在任一x位置的平均惯性力和粘性力的平衡，由这种近似方法得到的结果，在大多数情况下都是足够精确的。
35.边界层流动满足的条件
答：
在边界层内边界上，必须满足无滑移条件，在边界层外边界上必须满足速度相等且应力相等。
36.用公式表示自然边界条件
U（x,O）=O;u（x,）=U,
37.概括钝形物体绕流出现压差阻力的原因
答：
尾流区的漩涡造成能量损失，该区压强较理想流体流动为低。
38.举例分离会给工程带来哪些危害？
答：
比如流体分离可能造成机翼表面失速，阻力剧增；在叶轮机械或扩压器中，分离不仅带来大
的机械能损失，还可能引起剧烈的喘振和旋转失速，甚至造成结构破坏。
39.简述层流稳定性理论的主要内容
答：
主要内容是寻找在各种流动情况下层流对小扰动失去抑制能力时的雷诺数，也就是临界雷诺数Recr
40.对于平板边界层流动，满足什么条件层流边界层将转换为紊流边界层？
答：
当流动雷诺数大于520时，层流边界层将转换为紊流边界层。
第十章
1.写出紊流的概念：
流体运动的一种不规则情形，各物理量随时间和空间坐标呈随机变化，其具有明确的统计平均值。
2.写出紊流的统计平均方法及适用范围：
（1）时间平均法只适用于定常紊流场
（2）空间平均法只适用于均匀紊流场
（3）统计平均法对于非定常、非均匀的流场
3.写出连续方程时均化:
时均运动的连续性方程：
龙=0，脉动运动的连续
4.写出不可压缩流体的紊流时均运动微分方程
2
/Ui:
UjUj1；p:
Uj:
UjUj
cXjPcXi级玫jcXj
5.写出雷诺应力的表示
-pU72
-Puv'
-Puw
11
=一PUjUj=
-Puv'
-Pv'2
11
-Pvw
1
11
一Puw
11
-Pvw
-Pw'2
6■什么是混合长度普朗特假设在紊流运动中，流体微团也是在运动某一距离后才和周围其他的流体微团相互掺混，失去原有的流体特征，而在运动过程中流体微团保持其原有流动特征不变。
流体微团运动的这个距离称为混合长度
第十一章
1.写出小扰动传播的特征线和黎曼不变量:
由—-常数x-a。
=常数）；—常数x'a。
=常数）
ao〔°7aoIo
直线X—a。
=常数和Xa。
=常数称特征线，而上一和—
7a。
P。
a。
Po
称为黎曼不变量
2.
写出一维不定常运动的连续方程、动量方程和能量方程：
2•什么是马赫数和临界参数？
马赫数定义为流体速度与当地音速的比值，即
当M=1时的状态称为临界状态，临界状态下的气体状态参数称为临界参数
4.写出运动正激波的运动速度u
第十二章
1小扰动理论的适用场合?
答：
小扰动理论既适用于亚音速流动，也适用于超音速流动，但只限于细长物体绕流的场
合。
2什么是马赫锥？
如何区分受扰区和未扰动
区？
答：
由于超音速气流u>a在不同时刻产生的球面波都将局限于以该点源为顶点的圆锥形区域内，该圆锥面称为马赫锥。
马赫锥以内的区域为受扰区，马赫锥以外为未扰动区。
3什么是波阻？
答：
在超音速流动中，壁面压强分布与壁面波形的相位差为90°,压强分布对于波峰或波谷不对称，因此在X方向上产生压差阻力。
称为波阻。
4什么是斜激波？
答：
超音速气流流经经过一个楔形体，如果尖楔的顶角足够小。
在其头顶部就会形成附体激波，气流和激波斜交，穿过激波后气流向激波方向转折一个角度，然后沿着与固壁平行的方向流动。
称这种与气流方向不垂直的平面激波为斜激波。
5在给定来流马赫数的条件下如何区分斜激
波？
答：
在给定来流马赫数的条件下，正激波两侧的压强比和密度比最大，据此可以把斜激波划分为强激波和弱激波。
当激波倾角接近90°时为强激波，当激波倾角接近马赫角时称为弱激波。
6什么是脱体激波？
答：
在超音速气流中存在一楔形体。
当楔顶半角小于最大气流偏转角时，在楔的顶部会形成附体斜激波，激波后仍未超音速流动。
当楔顶半角大于最大气流偏转角时。
激波就不再可能附着在楔尖，而是在离楔尖一定距离处形成一条曲线激波，称脱体激波。
7、什么是普朗特-迈耶流动？
答：
马赫数为M的超音速流体先平行于水平面流动。
遇到凸角后，为满足边界条件，速度矢量会偏转与凸角同样的角度，然后再与倾斜面平行流动。
实际的膨胀过程是连续的，以一系列的弱膨胀波来表示，称膨胀扇。
这种流动称为普朗特-迈耶流动。
&影响超音速绕流的机翼升力系数的因素有哪些？
答：
超音速绕流的机翼升力系数只取决于来流马赫角和攻角，与机翼的厚度和弯度无关。
9脱体激波前的均匀来流是无旋流动，激波后是否仍为无旋流场呢？
答：
脱体激波前的均匀来流是无旋的，流动也必然是等熵的。
气流通过激波的过程是熵增过程，熵增量与来流和激波面的夹角，即与激波强度有关。
正激波是等强度激波，通过激波平面各处的熵增是相同的，因此，激波后的流动仍然是均熵的，流动仍然保持无旋。
脱体激波是非等强度激波，沿激波各处的熵增也不相同，因此波后流动不再保持均熵，波后流场一定是有旋的。
但如果激波强度不大，则波后流畅的涡量也不大。
10判断脱体激波是否为等强度激波并解释原因。
答：
在脱体激波中心流线上是正激波，在中心流线及其附近的流线上，波后为亚音速流动：
再向外，脱体激波强度逐渐变弱，激波线的倾角逐渐变小，直至趋紧于马赫角。
故脱体激波是非等强度激波。
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