流体特征描述、检测理论总结

流体特征描述、检测理论总结
流体特征描述、检测理论总结

流场特征描述、检测理论总结报告

1.绪论

特征定义为数据中不同成分间相关性的表现模式,具有两方面的含义:“(1)矢量场中有意义的形状、结构、变化和现象,如涡流、激波等;(2)从数据场中分离出来的用户感兴趣的区域。” 。目前流场特征的分析方法有多种,大致可以归结为三类:基于图像处理、基于拓扑分析(即基于矢量场分析)以及基于物理特征方法[1],但主要是基于拓扑分析方法。 原因分析:流场特征结构概念的提出最原始就是基于拓扑分析方法,因此每个流场特征结构一般具有严格的数学定义,而不是像一般图像处理中的模式识别方法针对的目标对象,如人脸、指纹等不存在严格定义。因此拓扑分析仍然是最有效的流场特征提取方法。 缺点:并不是所有的流场结构都有严格的数学定义,譬如涡旋结构,在2D 空间中,源点、汇点以及中心点等对应的流场周围都符合涡旋的特征。

2.基本概念

为更好的描述矢量场,首先介绍如下基本概念[1]。

2.1 梯度

三维空间中,标量p 有三个偏微分算子。标量场的梯度这三个偏微分算子表示:

{,,}p p p gradp p x y z

???=?=??? (1) 向量场v 的梯度可以通过应用梯度算子在其分量{u,v,w}上而计算。结果是 一个3*3矩阵,称作Jacobian 矩阵,或者一阶算子。

u u u x y z v v v v x y z w w w x y z ??

??? ???????

??????= ???????

????? ??????

? (2) 该矩阵可用来计算一些导数场,譬如散度(divergence ),旋度(curl),螺旋性(helicity),加速(acceleration),曲率(curvature)。速度场的旋度称作涡度(vorticity )。这些导数场暗示了流绕旋转轴旋转的强度。这些数量已被用于不同的特征抽取技术方面,将在下面介绍。

2.2 本征分析(Eigenanalysis)

另一种独立的数据技术是本征分析。一个3*3矩阵M 的特征值可以通过求解特征向量方程M x x λ= 求解得到。相应的x 称作特征向量。J 矩阵的特征向量和特征值暗示了流的正切曲线方向,被用来定义矢量拓扑,见下面定义。

2.3属性计算

作为特征抽取过程的一部分,特征属性需要计算。一种简单技术是计算一个椭圆体(ellipsoid fitting)。椭圆体给定了一个对象方向的一阶估计。轴可以被扩展来给定对象的尺寸或体积的精确描述。相关文献参见[1]。

另一种技术是中心线提取(center line extraction)。譬如,一个梗概,或者中轴变换,将对象缩减为一个单一中心线或图,同时保持了对象的原始拓扑关系。利用该图,可以构建圆柱或半球来近似表示原始拓扑对象的近似【1】。

3.向量场与动力系统

3.1 二维平面流场

略,参见文献[6]第二章。以及文献[7]相关章节。

总结:相对比较成熟、目前主要研究的是复杂流场的拓扑简化、拓扑扩张以及一些复杂不稳定现象如分岔等现象。

4. 三维流场[8,9]

拓扑方法是可视化2D向量场的标准方法。由于其能够通过有限数目的图形原语来表示复杂的流体行为,因此获得了广泛的应用。其基本思想将向量场分割为不同的流场行为区域,一般通过如分割线,主要是从临界点起始的流线,来进行抽取和可视化。一些相关参考文献见[9]中相关文献。

但对于3D向量场,在向量场的可视化简化表达需求、拓扑概念知识和作为可视分析工具之间的具有巨大的差距。

本文的目的在于研究应用拓扑方法的局限性所在,并提供在两方面扩展这些局限的方法。对于上限(即是说,如果数据太复杂,则拓扑方法会失败),存在许多技术与感知原因。这里我们论述了存在一个另外的理论原因,会强烈限制3D拓扑只能应用到相对简单的数据集(??)。原因在于不同流体行为分割区域数的迅速增长。我们证明了,相对于2D向量场,在最坏情况下不同流畅行为分割区域数目与现有特征成二次方关系增长。结果导致经典拓扑方法(焦点集中在抽取临界点与分割平面)与拓扑复杂的向量场并不相关。另外,我们证明了对于简化费那个发如鞍点连接子[],上限超出了当前考虑的拓扑复杂性。实际上,我们应用了拓扑方法的应用比目前可视化领域考虑的向量场在拓扑结构上更为复杂。

对于拓扑方法的下限(即是说,拓扑方法对于简单拓扑失败),一种简单而众所周之的解决方法是将拓扑复杂性上移到一个范围,在该范围内拓扑结构用可视化方法能有效表示。该方法一般通过移除流体大的周围环境部分。我们证明了这种方法能揭示一些类型流体的重要结构。

下面小节组织如下,首先介绍3D向量场及其可视化的拓扑概念。然后研究上限问题。接下来用一个实例证明拓扑方法如何应用到更为复杂的流场。再下来,给出并讨论解决一个具有非常低拓扑复杂度的数据集的解决方法。最后,给出结论。

4.1 3D向量场拓扑与可视化

3D向量场拓扑结构一直是可视化研究领域的重点之一[8-13]。本节中,我们收集了最重要的概念和属性,以及相关可视化方法。

4.1.1 临界点

考虑一个3D 向量场

(1 )

一个一阶临界点x0可以通过其偏导数矩阵特征分类。偏导数矩阵v J 的特征值,i λ的实数部

分代表了流的方向,正值表示从临界点流出,而负值则表示流向临界点,假设123R e()R e()R e()λλλ≤≤,则根据特征值的大小,3D 流场临界点可以分为以下四类:

源(Sources ): 1230R e ()R e ()R e

()λλλ<≤≤ 排斥马鞍点(Repelling saddles ): 123Re()0Re()Re()λλλ<<≤

吸引马鞍点(Attracting saddles): 123R e ()R e ()0R e

()λλλ≤<< 汇(Sinks ): 123R e ()R e ()R e ()0

λλλ≤≤< 因此,源和汇是一个完全的出流/入流,而鞍点则结合了两者。排斥马鞍点表示一个方向的入流行为(称作inflow direction)和一个平面上的出流行为(称作outflow plane )。于此类似,吸引马鞍点由一个outflow direction 和一个inflow plane 组成。

上述的四个分类中的每个根据其三个特征值的两个值的复数部分是否为0可以进一步划分为两个稳定的子类。(123,,λλλ没有按照顺序排列)

对于临界点,一般给定一个图标化的标识符来表示,因为向量场通常包含有限个临界点。相关文献中提到了不同的图标表示[12-18],这里遵循[18]中的表示方法:吸引部分(入流)用蓝色表示,而排斥部分(出流)用红色表示。另外,本文不考虑高阶临界点。

4.1.2 分隔符

分隔符是流线或流面,它将向量场分割成不同流行为的区域。可能有不同种类的分隔符:他们能从临界点后边界转换曲线(boundary switch curves )发出,或者是封闭的分隔符而没有任何一个特定的发出结构。然而,在本文中,我们只考虑从临界点出发的分隔符。

由于围绕源和汇的流的一致性,它们对分界符没有贡献。每个马鞍点创造两个分界符:考虑一个排斥马鞍Xr,其创建一个分割曲线(是一条流线,起始于Xr ,沿入流方向后向传播)和一个分割曲面(是一个流面,起始于出流平面前向传播);吸引马鞍情况类似。由于仅仅是分割曲面(而不是分割线)能将向量场分割为不同的流行为区域,因此在下面中我们仅仅考虑分割曲面。

These regions are separated by particular stream lines called separatrices. There exist three kinds of regions (Figure 1):

? Parabolic sectors: all stream lines either start or end in the critical point.

? Elliptic sectors: all stream lines start and end in the point.

? Hyperbolic sectors: all stream lines pass by the critical point except for the separatrices themselves.

Given a 3D vector field , a point x0 is a critical point if v(x0) = (0,0,0)T , and

for any other point in a certain neighborhood of x0. Although there exist profound mathematical studies of the behavior of higher order critical points in 3D ([Tak74, BD86, DI98]), up to now the Visualization and Computer Graphics community only considered the index of such a critical point ([MR02]). In the following we introduce a partition approach for 3D critical points.

A 3D critical point can be classified into sectors of different flow behavior. As in the 2D case, there are parabolic, elliptic and hyperbolic sectors which are separated by separation surfaces. Consider a small sphere s around a 3D critical point x0:We describe the different sectors of x0 as certain regions on s. This way an inflow surface of x0 can be described by a closed curve cin on s with the property that a stream line starting from any point of c in ends in x0 by forward integration. Similarly, an outflow surface is described by a closed curve c out with stream lines ending in x0 by backward integration. Figure 2 illustrates inflow and outflow surfaces of a critical point. Note that they may collapse to a line: this happens when c in or c out collapse to a point.

Consider one inflow and one outflow surface of x0 defined by cin and cout on s. Keeping in mind that s covers a very small neighborhood of x0, cin and cout must not intersect. They divide s into three different regions: the region inside cin, the region inside cout , and the region between them (Figure 3). The region inside cin is an inflow sector: all stream lines starting there end in x0 by forward integration. Similarly, the region inside cout is an outflow sector. As in the 2D case, both inflow and outflow sectors are parabolic sectors. The region between cin and cout may be either a hyperbolic sector or an elliptic sector. In case of a hyperbolic sector, all

stream lines pass by x0, for an elliptic sector all stream line start and end in x0. Figure 3 illustrates the different sectors.

4.特征提取方法

4.1 漩涡检测方法:

可以分为两类[19]:基于点的方法和基于集合的方法;详细请参见文献19(流场特征目录下)。

4.1.1 基于点的方法

1) Pressure Magnitude

One can use an area of low pressure to define a vortex region, so the vortex covers the region

where p ≤pthreshold (1)

The rationale behind this is that a pressure gradient with a minimum of pressure at the center of the vortex produces the centripetal force of a rotating motion. An arbitrary threshold is required for this method, and viscous forces acting on the field are neglected.

2) Helicity

High helicity can be used to define a vortex as the region in which v ·ω

|v|·|ω| ≥hthreshold (2)

where, ω = ?×v is the vorticity. This method fails in some simple situations. Since helicities are all zero in 2D flows and this method does not apply to them. Another counter example is that shear flow along a curved boundary has high helicity due to shear effects, but

vortices may not exist in it.

3) Vorticity Magnitude

This commonly used method uses vorticity as the definition of rotating motion and defines a vortex as a region of high vorticity. According to this method, a vortex is a region where the vorticity is greater than or equal to some threshold ω:

|?×v| ≥ωthreshold (3)

Like the previous methods, this method demands some arbitrary value for ωthreshold. In addition, the absence of vorticity does not necessarily guarantee that there is no vortex, as can be shown in the case of a potential vortex [20].

4) Conjugate Pair Eigenvalues

Chong et al. [2] used eigenvalues of the velocity gradient tensor ?v to classify the local streamline pattern around any point in a flow in a reference frame moving with the velocity of that point. They proposed that a vortex core is a region with complex eigenvalues of the velocity gradient tensor ?v. Complex eigenvalues imply that the local streamline pattern is closed or spiral in a reference frame moving with that point. Complex eigenvalues are essentially the necessary

condition of swirling flows in the vortex area. The eigenvalues, λ, of the tensor ?v satisfy the characteristic equation:

where P ≡vi,i = 0 (for incompressible flow), Q ≡1 2 (v2i ,i ?vi, jvj,i) = ?12 vi, jvj,i and R = Det(vi, j) are the three invariants of ?v, and the summation notation is used for repeated indices. Complex eigenvalues will occur when the discriminant (?) is positive, i.e.,

This definition, derived from ?v, is the Galilean invariant [8].

5) Negative Eigenvalue λ2

The λ2 method proposed by Jeong and Hussain [8] is a widely used vortex detection method. First, the local Jacobian J = ?v is decomposed into symmetric and antisymmetric parts S and Ω:

Next, the eigenvalues of the matrix S2 +Ω2 are determined. All three eigenvalues are real because of the symmetric nature of this matrix. The λ2 criterion then defines a vortex as the region where at least two of the three values are negative, which is identical to the condition that the second largest eigenvalue is negative λ2 < 0.

6) Positive Second Invariant of Jacobian

This is based on the second invariant of a 3D matrix. A vortex is the region where Q is positive [8]. Another vortex definition proposed [6], required that the second invariant Q of the Jacobian J is positive and that local pressure is smaller than the surrounding pressure. Jeong and Hussain [8] have observed that the second condition is always true if the first one is, thus reducing the condition to only demanding a positive second invariant Q > 0.

7)总结:

The point-based methods have been used in many applications. As long as the vortices have strong rotation speed around vortex cores and different vortices are sufficiently isolated from each other, point-based methods can be used and fairly good results will be achieved. But none of these point-based methods is able to reliably detect all vortices in large-scale real ocean flows. Here are some typical problems: In some cases, although stronger vortices which have high angular velocity are usually found, weaker vortices with low angular velocity remain undetected by point based methods. In other cases, some flows with seemingly swirling properties are detected. However, they are not necessarily vortices. They could be shear flows near the coastlines. Thus, false positives are introduced in the results. Moreover, if two vortical structures are close together, they will often be lumped together by point-based techniques, even if they for example have opposite direction of rotation. In fact, a vortex structure has only one vortex core. If detection methods indicate that two vortices merge into one, it should be further examined whether this is actually the case of two vortices simply moving too close to each other to be clearly distinguished, but still having two different vortex cores.

Last but not least, arbitrary thresholds may need to be used in point-based techniques. Thresholds are based on field values, which make thresholds hard to be determined. In different cases, threshold values need to vary in order to get good results. Thus, user interaction is required, and the whole process is not fully automated. In a nutshell, a vortex is essentially a macroscopic or regional phenomenon, yet the point values underlying the point-based criteria do not always translate into regional characteristics. A review of point-based methods can be found in Portela [14] and Roth[19].

4.1.2 基于集合的方法:

参考文献:

[1] F. H. Post, B. V rolijk, H. Hauser, R. S. Laramee and H. Doleisch. The state of the art in flow visualization:

feature extraction and tracking. Computer Graphics Forum, 22(4):775–792, 2003.

[2]Helman J L, Hesselink L. Visualizing V ector Field Topology in Fluid Flows[J]. IEEE Computer Graphics and

Applications. 1991, 11(3): 36-46.

[3]Filip Sadlo, Ronald Peikert and Etienne Parkinson. V orticity Based Flow Analysis and Visualization for

Pelton Turbine Design Optimization[C] // Proceedings of IEEE V isualization, Austin, 2004: 179-186.

[4] F. Reinders. Feature-Based V isualization of Time-Dependent Data. PhD thesis, Delft University of

Technology, The Netherlands, 2001.

[5]32. F. Reinders, M. E. D. Jacobson, and F. H. Post. Skeleton graph generation for feature shape description. In

Data V isualization 2000. Proc. V isSym’00, pages 73– 82, 2000.

[6]G Scheuermann, X Tricoche. Topological Methods for Flow V isualization. 2004

[7]Xavier Tricoche, PhP thesis: V ector and Tensor Field Topology Simplification, Tracking, and V isualization.

2004.

[8]吴克勤, 复杂时变流场中不稳定结构的检出及可视化——极限环的抽取及向量场拓扑简化研究, 中国

海洋大学硕士学位论文, 20040701.

[9]T. Weinkauf, H. Theisel, H.-C. Hege1 and H.-P. Seidel. Topological Construction and V isualization of

Higher Order 3D V ector Fields, EUROGRAPHICS 2004, V olume 23 (2004), Number 3.

[10]Holger Theisel1, Tino Weinkauf2, Hans-Christian Hege3, Hans-Peter Seidel4. On the Applicability of

Topological Methods for Complex Flow Data, 2004.

[11]D. Asimov. Notes on the topology of vector fields and flows. Technical report, NASA Ames Research Center,

1993. RNR-93-003.

[12]M. S. Chong, A. E. Perry, and B. J. Cantwell. A general classification of threedimensional flow fields. Physics

of Fluids A, 2(5):765–777, 1990.

[13]J. Helman and L. Hesselink. V isualizing vector field topology in fluid flows. IEEE Computer Graphics and

Applications, 11:36–46, May 1991.

[14]G. Scheuermann, T. Bobach, H. Hagen K. Mahrous, B. Hamann, K. Joy, and W. Kollmann. A

tetrahedra-based stream surface algorithm. In Proc. Visual-ization 01, pages 151 – 158, 2001.

[15]A. Globus, C. Levit, and T. Lasinski. A tool for visualizing the topology of three-dimensional vector fields. In

Proc. IEEE V isualization ’91, pages 33–40, 1991.

[16]H. Hauser and E. Gr¨oller. Thorough insights by enhanced visualization of flow topology. In 9th

international symposium on flow visualization, 2000.

[17]H. L¨offelmann, H. Doleisch, and E. Gr¨oller. V isualizing dynamical systems near critical points. In Spring

Conference on Computer Graphics and its Applications, pages 175–184, Budmerice, Slovakia, 1998.

[18]H. Theisel, T. Weinkauf, H.-C. Hege, and H.-P. Seidel. Saddle connectors – an approach to visualizing the

topological skeleton of complex 3D vector fields. In Proc. IEEE Visualization 2003, pages 225–232, 2003. [19]T. Weinkauf, H. Theisel, H.-C. Hege, and H.-P. Seidel. Boundary switch connectors for topological

visualization of complex 3D vector fields. In Data V isualization 2004. Proc. V isSym 04, pages 183–192, 2004.

[20]Da Guo Constantinos Evangelinos Nicholas M. Patrikalakis. Flow Feature Extraction in Oceanographic

V isualization. Pro ceedings of the Computer Graphics International (CGI’04).

[21]

第1章-流体力学的基本概念

第1章 流体力学的基本概念 流体力学是研究流体的运动规律及其与物体相互作用的机理的一门专门学科。本章叙述在以后章节中经常用到的一些基础知识,对于其它基础内容在本科的流体力学或水力学中已作介绍,这里不再叙述。 1.1 连续介质与流体物理量 1.1.1 连续介质 流体和任何物质一样,都是由分子组成的,分子与分子之间是不连续而有空隙的。例如,常温下每立方厘米水中约含有3×1022 个水分子,相邻分子间距离约为3×10-8 厘米。因而,从微观结构上说,流体是有空隙的、不连续的介质。 但是,详细研究分子的微观运动不是流体力学的任务,我们所关心的不是个别分子的微观运动,而是大量分子“集体”所显示的特性,也就是所谓的宏观特性或宏观量,这是因为分子间的孔隙与实际所研究的流体尺度相比是极其微小的。因此,可以设想把所讨论的流体分割成为无数无限小的基元个体,相当于微小的分子集团,称之为流体的“质点”。从而认为,流体就是由这样的一个紧挨着一个的连续的质点所组成的,没有任何空隙的连续体,即所谓的“连续介质”。同时认为,流体的物理力学性质,例如密度、速度、压强和能量等,具有随同位置而连续变化的特性,即视为空间坐标和时间的连续函数。因此,不再从那些永远运动的分子出发,而是在宏观上从质点出发来研究流体的运动规律,从而可以利用连续函数的分析方法。长期的实践和科学实验证明,利用连续介质假定所得出的有关流体运动规律的基本理论与客观实际是符合的。 所谓流体质点,是指微小体积内所有流体分子的总体,而该微小体积是几何尺寸很小(但远大于分子平均自由行程)但包含足够多分子的特征体积,其宏观特性就是大量分子的统计平均特性,且具有确定性。 1.1.2 流体物理量 根据流体连续介质模型,任一时刻流体所在空间的每一点都为相应的流体质点所占据。流体的物理量是指反映流体宏观特性的物理量,如密度、速度、压强、温度和能量等。对于流体物理量,如流体质点的密度,可以地定义为微小特征体积内大量数目分子的统计质量除以该特征体积所得的平均值,即 V M V V ??=?→?'lim ρ (1-1) 式中,M ?表示体积V ?中所含流体的质量。 按数学的定义,空间一点的流体密度为 V M V ??=→?0 lim ρ (1-2)

流体力学知识点大全-吐血整理讲解学习

流体力学知识点大全- 吐血整理

1. 从力学角度看,流体区别于固体的特点是:易变形性,可压缩性,粘滞性和表面张 力。 2. 牛顿流体: 在受力后极易变形,且切应力与变形速率成正比的流体。即τ=μ*du/dy 。 当n<1时,属假塑性体。当n=1时,流动属于牛顿型。当n>1时,属胀塑性体。 3. 流场: 流体运动所占据的空间。 流动分类 时间变化特性: 稳态与非稳态 空间变化特性: 一维,二维和三维 流体内部流动结构: 层流和湍流 流体的性质: 黏性流体流动和理想流体流动;可压缩和不可压缩 流体运动特征: 有旋和无旋; 引发流动的力学因素: 压差流动,重力流动,剪切流动 4. 描述流动的两种方法:拉格朗日法和欧拉法 拉格朗日法着眼追踪流体质点的流动,欧拉法着眼在确定的空间点上考察流体的流动 5. 迹线:流体质点的运动轨迹曲线 流线:任意时刻流场中存在的一条曲线,该曲线上各流体质点的速度方向与 该曲线的速度方向一致 性质 a.除速度为零或无穷大的点以外,经过空间一点只有一条流线 b.流场中每一点都有流线通过,所有流线形成流线谱 c .流线的形状和位置随时间而变化,稳态流动时不变 迹线和流线的区别:流线是同一时刻不同质点构成的一条流体线; 迹线是同一质点在不同时刻经过的空间点构成的轨迹 线。 稳态流动下,流线与迹线是重合的。 6. 流管:流场中作一条不与流线重合的任意封闭曲线,通过此曲线的所有流线 构成的管状曲面。 性质:①流管表面流体不能穿过。②流管形状和位 置是否变化与流动状态有关。 7.涡量是一个描写旋涡运动常用的物理量。流体速度的旋度▽xV 为流场的涡 量。 有旋流动:流体微团与固定于其上的坐标系有相对旋转运动。无旋运动:流 场中速度旋度或涡量处处为零。 涡线是这样一条曲线,曲线上任意一点的切线方向与在该点的流体的涡量方 向一致。 8. 静止流体:对选定的坐标系无相对运动的流体。 不可压缩静止流体质量力满足 ▽x f=0 9. 匀速旋转容器中的压强分布p=ρ(gz -22r2 ω)+c 10. 系统:就是确定不变的物质集合。特点 质量不变而边界形状不断变化 控制体:是根据需要所选择的具有确定位置和体积形状的流场空间。其表 面称为控制面。特点 边界形状不变而内部质量可变 运输公式:系统的物理量随时间的变化率转换成与控制体相关的表达式。

工程流体力学简答题

工程流体力学简答题

1. 什么是黏性当温度变化时, 黏性如何变化为什么当流体内部存在相对运动时,流体内产生内摩擦力阻碍相对运动的属性。 气体的粘性随温度的升高而升高;液体的粘性随温度的升高而降低。 分子间的引力是形成液体粘性的主要原因。温度的升高,分子间距离增大,引力减小。 分子作混乱运动时不同流层间动量交换是形成气体粘性的主要原因。温度的升高,混乱运动强烈,动量交换频繁,气体粘度越大 2. 解释:牛顿流体、理想流体 牛顿流体:切应力与速度梯度成正比的流体 理想流体:没有粘性的流体 3.流体静压强的两的特性是什么 流体静压强的方向是作用面内法线方向,即垂直指向作用面。 流体静压强的大小与作用面方位无关,是点坐标的函数 4、画出下列曲面对应的压力体。(4分)★

5. 分别画出下图中曲面A 、B 、C 对应的压力体(6分) 6.写出不可压缩粘性流体总流的能量方程式,并说明各项的物理意义和应用条件。 w h z g p a z g p a +++=++22222112112g v 2g v ρρ 2g v 2 a 单位重量流体的动能 g p ρ单位重量流体的压 能 z 单位重量流体的位能 w h 单位重量流体的两

断面间流动损失 不可压缩粘性流体在重力场中定常流动,沿流向任两缓变流过流断面 7. 什么是流线它有那些基本特性 流场中某一瞬时一系列流体质点的流动方向线。一般流线是一条光滑曲线、不能相交和转折 定常流动中,流线与迹线重合。 8.解释:定常流动、层流流动、二元流动。 定常流动:运动要素不随时间改变 层流流动:流体分层流动,层与层之间互不混合。二元流动:运动要素是两个坐标的函数。 9.解释:流线、迹线 流线:流场中某一瞬时,一系列流体质点的平均流动方向线。曲线上任意一点的切线方向与该点速度方向一致。 迹线:流场中一时间段内某流体质点的运动轨迹。 10. 描述流动运动有哪两种方法,它们的区别是什么欧拉法,以流体空间点为研究对象

流体流动 习题及答案

一、单选题 1.单位体积流体所具有的()称为流体的密度。 A A 质量; B 粘度; C 位能; D 动能。 2.单位体积流体所具有的质量称为流体的()。 A A 密度; B 粘度; C 位能; D 动能。 3.层流与湍流的本质区别是()。 D A 湍流流速>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<湍流的雷诺数; D 层流无径向脉动,而湍流有径向脉动。 4.气体是()的流体。 B A 可移动; B 可压缩; C 可流动; D 可测量。 5.在静止的流体内,单位面积上所受的压力称为流体的()。 C A 绝对压力; B 表压力; C 静压力; D 真空度。 6.以绝对零压作起点计算的压力,称为()。 A A 绝对压力; B 表压力; C 静压力; D 真空度。 7.当被测流体的()大于外界大气压力时,所用的测压仪表称为压力表。 D A 真空度; B 表压力; C 相对压力; D 绝对压力。 8.当被测流体的绝对压力()外界大气压力时,所用的测压仪表称为压力表。 A A 大于; B 小于; C 等于; D 近似于。 9.()上的读数表示被测流体的绝对压力比大气压力高出的数值,称为表压力。 A A 压力表; B 真空表; C 高度表; D 速度表。 10.被测流体的()小于外界大气压力时,所用测压仪表称为真空表。 D A 大气压; B 表压力; C 相对压力; D 绝对压力。 11. 流体在园管内流动时,管中心流速最大,若为湍流时,平均流速与管中心的最大流速的关系为()。B A. Um=1/2Umax; B. Um=0.8Umax; C. Um=3/2Umax。 12. 从流体静力学基本方程了解到U型管压力计测量其压强差是( )。 A A. 与指示液密度、液面高度有关,与U形管粗细无关; B. 与指示液密度、液面高度无关,与U形管粗细有关; C. 与指示液密度、液面高度无关,与U形管粗细无关。 13.层流底层越薄( )。 C A. 近壁面速度梯度越小; B. 流动阻力越小; C. 流动阻力越大; D. 流体湍动程度越小。 14.双液体U形差压计要求指示液的密度差( ) C A. 大; B. 中等; C. 小; D. 越大越好。 15.转子流量计的主要特点是( )。 C A. 恒截面、恒压差; B. 变截面、变压差; C. 恒流速、恒压差; D. 变流速、恒压差。 16.层流与湍流的本质区别是:( )。 D A. 湍流流速>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<湍流的雷诺数; D. 层流无径向脉动,而湍流有径向脉动。 17.圆直管内流动流体,湍流时雷诺准数是()。B A. Re ≤ 2000; B. Re ≥ 4000; C. Re = 2000~4000。 18.某离心泵入口处真空表的读数为200mmHg ,当地大气压为101kPa, 则泵入口处的绝对压强为()。 A A. 74.3kPa; B. 101kPa; C. 127.6kPa。 19.在稳定流动系统中,水由粗管连续地流入细管,若粗管直径是细管的2倍,则细管流速是粗管的()倍。 C A. 2; B. 8; C. 4。 20.流体流动时产生摩擦阻力的根本原因是()。 C

流体力学名词解释

流体力学概念总结 1.连续介质模型:在流体力学的研究中,将实际由分子组成的结构用流体微元代替。流体 微元有足够数量的分子,连续充满它所占据的空间,这就是连续介质模型。 2.质量力:处于某种力场中的流体,所有质点均受有与质量成正比的力,这个力称为质量 力。 3.表面力:指作用在所研究流体外表面上与表面积大小成正比的力。 4.流体的相对密度:某均质流体的质量与4℃同体积纯水的质量的比称为该流体的相对密 度。 5.体胀系数:当压强不变而流体温度变化1K时,其体积的相对变化率,以α表示。 6.压缩率:当流体保持温度不变,所受压强改变时,其体积的相对变化率。 7.粘性:当流体在外力作用下,流体微元间出现相对运动时,随之产生阻碍流体层间相对 运动的内摩擦力,流体产生内摩擦力的这种性质称为粘性。 8.动力粘度:单位速度梯度时内摩擦力的大小μ=τ∕(dv∕dh) 9.运动粘度:动力粘度和流体密度的比值。υ=μ/ρ 10.恩氏粘度:被测液体与水粘度的比较值。 11.理想流体:一种假想的没有粘性的流体。 12.牛顿流体:在流体力学的研究中,凡切应力与速度梯度成线性关系,即服从牛顿内摩擦 定律的流体,称为牛顿流体。 13.表面张力:引起液体自由表面欲成球形的收缩趋势的力称为表面张力。 14.静压强:当流体处于绝对静止或相对静止状态时,流体中的压强称为流体静压强。 15.有势质量力:质量力所做的功只与起点和终点的位置有关,这样的质量力称为有势质量 力。 16.力的势函数:某函数对相应坐标的偏导数,等于单位质量力在相应坐标轴上的投影,该 函数称为力的势函数。 17.等压面:在充满平衡流体的空间,连接压强相等的各点所组成的面称等压面。 18.压力体:由所研究的曲面,通过曲面周界所作的垂直柱面和流体的自由表面(或其延伸 面)所围成的封闭体积叫做压力体。 19.实压力体:当所讨论的流体作用面为压力体的内表面时,称该压力体为实压力体。 20.虚压力体:当所讨论的流体作用面为压力体的外表面时,称该压力体为虚压力体。 21.浮力:液体对潜入其中的物体的作用力称为浮力。 22.时变加速度(当地加速度):位于所观察空间的流体质点的速度随时间的变化率。 23.位变加速度(迁移加速度):流体质点所在空间位置的变化所引起的速度变化率。 24.全加速度(质点导数或随体导数):时变加速度与位变加速度的和称为全加速度。 25.恒定流动(定常流动):流场中每一空间点上的运动参数不随时间变化,这样的流动称 为恒定流动。 26.非恒定流动(非定常流动):流场中运动参数不但随位置改变而改变,而且也随时间变 化,这种流动称为非恒定流动。 27.迹线:流体质点的运动的轨迹称为迹线。 28.流线:某瞬时在流场中作一条空间曲线,该瞬时位于曲线上各点的流体质点的速度在该 点与曲线相切。 29.流管:在流场中任取一封闭曲线l(非流线),过曲线上各点作流线,所有这些流线构成一 管状曲面,称为流管。 30.流束:若在流场中取一非流面的曲面S,则过曲面上各点所作流线的总合,称为流束。 31.总流:在实际工程中,把管内流动和渠道中的流动看成是总的流束,它由无限多微小流

《流体力学》复习参考答案(年整理)

流体力学 习题解答

选择题: 1、恒定流是: (a) 流动随时间按一定规律变化;(b)流场中任意空间点上的运动要素不随时间变化;(c) 各过流断面的速度分布相同。(b) 2、粘性流体总水头线沿程的变化是:(a) 沿程下降 (a) 沿程下降;(b) 沿程上升;(c) 保持水平;(d) 前三种情况都可能; 3、均匀流是:(b)迁移加速度(位变)为零; (a) 当地加速度(时变)为零;(b)迁移加速度(位变)为零; (c)向心加速度为零;(d)合速度为零处; 4、一元流动是:(c) 运动参数是一个空间坐标和时间变量的函数; (a) 均匀流;(b) 速度分布按直线变化;(c) 运动参数是一个空间坐标和时间变量的函数; 5、伯努利方程中各项水头表示:(a) 单位重量液体具有的机械能; (a) 单位重量液体具有的机械能;(b)单位质量液体具有的机械能; (c)单位体积液体具有的机械;(d)通过过流断面流体的总机械能。 6、圆管层流,实测管轴线上流速为4m/s,则断面平均流速为::(c)2m;(a) 4m;(b)3.2m;(c)2m; 7、半圆形明渠,半径r=4m,其水力半径为:(a) 4m;(b)3m;(c) 2m;(d) 1m。 8、静止液体中存在:(a) 压应力;(b)压应力和拉应力;(c) 压应力和剪应力;(d) 压应力、拉应力和剪应力。 (1)在水力学中,单位质量力是指(c、) a、单位面积液体受到的质量力; b、单位体积液体受到的质量力; c、单位质量液体受到的质量力; d、单位重量液体受到的质量力。 答案:c (2)在平衡液体中,质量力与等压面() a、重合; b、平行 c、斜交; d、正交。

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()t x u dx i i ,dt i = 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=? ?μ,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。

(完整版)第一章流体流动答案

第一章流体流动 一、单项选择题(每小题1分) 1.在SI单位制中,通用气体常数R的单位为( )B A. atm·cm / mol·K B. Pa·m /mol·K C. Kf·m / mol·K D. Ibf·ft / Ibmol·K 2.系统处于稳态指的是( )C A. 系统操作参数不随时间改变 B. 系统操作参数不随位置改变 C. 系统操作参数随位置改变,但不随时间改变 D. 系统操作参数随时间改变,但不随位置改变 3.下列流体中,认为密度随压力变化的是( )A A.甲烷 B.辛烷 C.甲苯 D. 水 4. 下列关于压力的表述中,正确的是( )B A. 绝对压强= 大气压强+ 真空度 B. 绝对压强= 大气压强- 真空度 C. 绝对压强= 大气压- 表压强 D. 绝对压强= 表压强+ 真空度 5.某系统的绝对压力为0.06MPa,若当地大气压为0.1MPa,则该系统的真空度为( )C A. 0.1MPa B. 0.14MPa C. 0.04MPa D. 0.06MPa 6. 容器中装有某种液体,任取两点A,B,A点高度大于B点高度,则( )B A. p A > p B B. p A < p B C. p A = p B D. 当液面上方的压强改变时,液体内部压强不发生改变 7.在一水平变径管路中,在小管截面A和大管截面B连接一U型压差计,当流体流过该管时,压差计读数R值反映( )。A A.A、B两截面间的压强差;B.A、B两截面间的流动阻力; C.A、B两截面间动压头变化;D.突然扩大或缩小的局部阻力。 8. 使用U型管压差计测量较小压差时,为了准确读数,下列方法中正确的做法是()C A. 选择较大密度的指示液 B. 选择较小密度的指示液 C. 使用与被测流体密度相近的指示液 D. 加大指示液与被测流体密度的差别 9.用一U型管压差计测定正辛烷在管中两点间的压强差,若两点间的压差较小,为了提高读数精度,你认为较好的指示剂为( )D A. 乙醇 B. 水 C. 汞 D. 甲苯 10.所谓理想流体,指的是()A A. 分子间作用力为零的流体 B. 牛顿流体 C. 稳定的胶体 D. 气体 11.牛顿粘性定律适用于牛顿型流体,且流体应呈( )。C A.过渡型流动;B.湍流流动;C.层流流动;D.静止状态。12.有两种关于粘性的说法:( )A (1) 无论是静止的流体还是运动的流体都具有粘性。 (2) 粘性只有在流体运动时才会表现出来。

流体力学简答题

流体力学 1流体的粘滞性 (1)流体粘性概念的表述 ①运动流体具有抵抗剪切变形的能力,就是粘滞性,这种抵抗体现在剪切变形的快慢(速率)上。 ②发生相对运动的流体质点(或流层)之间所呈现的内摩擦力以抵抗剪切变形(发生相对运动)的物理特 性称为流体的黏性或黏滞性。 ③黏性是指发生相对运动时流体内部呈现的内摩擦力特性。在剪切变形中,流体内部出现成对的切应力 , 称为内摩擦应力,来抵抗相邻两层流体之间的相对运动。 ④粘性是流体的固有属性。但理想流体分子间无引力,故没有黏性;静止的流体因为没有相对运动而不表 现出黏性。 2毛细管现象 ①将直径很小两端开口的细管竖直插入液体中,由于表面张力的作用,管中的液面会发生上升或下降的现 象,称为毛细管现象。 ②毛细管现象中液面究竟上升还是下降,取决于液体与管壁分子间的吸引力(附着力)与液体分子间的吸 引力(内聚力)之间大小的比较:附着力>内聚力,液面上升;附着力<内聚力,液面下降。 ③由液体重量与表面张力的铅垂分量相平衡,确定毛细管中液面升降高度h, ④为减小毛细管现象引起误差,测压用的玻璃管内径应不小于10mm。 3流体静压强的两个基本特性 ①静压强作用的垂向性:静止流体的应力只有内法向分量—静压强(静止流体内的压应力)。 ②静压强的各向等值性:静压强的大小与作用面的方位无关—静压强是标量函数。 4平衡微分方程的物理意义 (1)静压强场的梯度 p 的三个分量是压强在三个坐标轴方向的方向导数,它反映了标量场p在空间上的不均匀性(inhomogeneity)。 (2)流体的平衡微分方程实质上反映了静止(平衡)流体中质量力和压差力之间的平衡。 (3)静压强对流体受力的影响是通过压差来体现的 5测压原理 (1)用测压管测量 测压管的一端接大气,可得到测压管水头,再利用液体的平衡规律,可知连通的静止液体区域中任何一点 的压强,包括测点处的压强。如果连通的静止液体区域包括多种液体,则须在它们的分界面处作过渡 6拉格朗日法:着眼于流体质点,跟踪质点描述其运动历程。 ①以研究单个流体质点运动过程作为基础,综合所有质点的运动,构成整个流体的运动。

工程流体力学复习知识总结

一、 二、 三、是非题。 1.流体静止或相对静止状态的等压面一定是水平面。(错误) 2.平面无旋流动既存在流函数又存在势函数。(正 确) 3.附面层分离只能发生在增压减速区。 (正确) 4.等温管流摩阻随管长增加而增加,速度和压力都减少。(错误) 5.相对静止状态的等压面一定也是水平面。(错 误) 6.平面流只存在流函数,无旋流动存在势函数。(正 确) 7.流体的静压是指流体的点静压。 (正确) 8.流线和等势线一定正交。 (正确) 9.附面层内的流体流动是粘性有旋流动。(正 确) 10.亚音速绝热管流摩阻随管长增加而增加,速度增加,压力减小。(正确) 11.相对静止状态的等压面可以是斜面或曲面。(正 确) 12.超音速绝热管流摩阻随管长增加而增加,速度减小,压力增加。(正确) 13.壁面静压力的压力中心总是低于受压壁面的形心。(正确) 14.相邻两流线的函数值之差,是此两流线间的单宽流量。(正确) 15.附面层外的流体流动时理想无旋流动。(正 确) 16.处于静止或相对平衡液体的水平面是等压面。(错 误) 17.流体的粘滞性随温度变化而变化,温度升高粘滞性减少;温度降低粘滞性增大。(错误 ) 18流体流动时切应力与流体的粘性有关,与其他无关。(错误) 四、填空题。 1、1mmH2O= 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惯性力 与粘性力的对比关系。 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,总阻抗S为。串联后总管路的流量Q 为,总阻抗S为。

流体力学总结

流体力学总结 [题型]:简答题 流体静压强实验的操作步骤, 答案:(1)搞清仪器组成及其用法;(2)检查仪器是否密封,将阀门关闭,加压后检查测管液面高程是否恒定,若下降,表明漏气,应查明原因并加以处理;(3)量测点静压强(各点压强用厘米水柱高表示);(4)打开排气阀,记录水箱液面标高?0和各测压管液面标高?H (?H =0);(5) 关闭排气阀,用加压器缓慢加压,U形管出现压差?h。在加压的同时,观察左侧? A1、A2、B1、B2管的液柱上升情况,由于水箱内部的压强向各个方向传递,在左侧的测压管中,可以看到由于A、B两点在水箱内的淹没深度h不同,在压强向各点传递时,先到A点后到B点。在测压管中反应出的是A1管的液柱先上升,而B1管的液柱滞后一点也在上升,当停止加压时,A1、B1两点在同一水平面上, A2、B2两点与水箱内液面在同一水平面上,测记?0及各?H(此过程反复进行3 次;(6)打开排气阀,使液面恢复到同一水平面上。关闭排气阀,打开密闭容器底部的水门,放出一部分水,造成容器内压力下降,观察U形管中液柱的变化情况,测记?0及各?H(此过程反复进行3次)。 难度:1 分数:100 所属知识点: 知识体系/建筑系/土木专业/《流体力学》/流体动力学 [题型]:简答题 雷诺方程演示实验的操作步骤, 答案:(1)测记本实验的有关常数;(2)观察两种流态;(3)打开开关3使水箱充水至溢流水位,经稳定后,微微开启调节阀9,并注入颜色水于实验管内,使颜色水

流成一直线。通过颜色水质点的运动观察管内水流的层流流态,然后逐步开大调节阀,通过颜色水直线的变化观察层流转变到紊流的水力特征,待管中出现完全紊流后,再逐步关小调节阀,观察由紊流转变为层流的水力特征;(4)测定下临界雷诺数;(5) 将调节阀打开,使管中呈完全紊流,再逐步关小调节阀使流量减小。当流量调节到使颜色水在全管刚呈现出一稳定直线时,即为下临界状态;(6)待管中出现临界状态时,用体积法或重量法测定流量;(7)根据所测流量计算下临界雷诺数,并与公认值(2320)比较,偏离过大,需重测;(8)重新打开调节阀,使其形成完全紊流,按照上述步骤重复测量不少于三次;(9)同时用水箱中的温度计测记水温,从而求得水的运动粘度。难度:1 分数:100 所属知识点: 知识体系/建筑系/土木专业/《流体力学》/流体动力学 [题型]:简答题 流体力学综合实验的操作步骤, 答案:(1)测记本实验的有关常数;(2)打开电子调速器开关,使恒压水箱充水,排除实验管道中的滞留气体,待水箱溢流后,检查泄水阀全关时,各测压管液面是否齐平,若不平,则需排气调平;(3)打开泄水阀至最大开度,待流量稳定后,测记测压管读数,同时用体积法测记流量;(4)改变泄水阀开度3,4次,分别测记测压管读数及流量;(5) 实验完成后关闭泄水阀,检查测压管液面齐平后再关闭进水阀。 难度:2 分数:100 所属知识点: 知识体系/建筑系/土木专业/《流体力学》/流体动力学 [题型]:简答题 能量方程演示实验的操作步骤,

流体流动习题答案

流体流动习题 1. 雷诺准数的表达式为_________。当密度ρ=1000kg/m3,粘度μ=1厘泊的水,在内径为d=100mm,以流速为1m/s 在管中流动时,其雷诺准数等于__________,其流动类型为______. 答案:Re=d uρ/μ ; 105; 湍流 2. 某流体在圆管中呈层流流动,今用皮托管测得管中心的最大流速为2m/s,此时管内的平均流速为_________. 答案: 1m/s 3. 圆管中有常温下的水流动,管内径d=100mm,测得其中的质量流量为s/,其体积流量为______.平均流速为_______.答案:s ;s 4. 管出口的局部阻力系数等于,管入口的局部阻力系数等于. 5. 流体在园直管内流动,当Re≥4000时的流型称为___, 其平均速度与最大流速的关系为___,而Re≤2000的流型称为___,平均速度与最大流速的关系为___。 答案:湍流; ≈; 层流; = umax 6. 某设备上,真空度的读数为80mmHg ,其绝压=____mH2O= _____Pa. (该地区的大气压为720mmHg) 答案: ; ×104pa 7. 应用柏努利方程所选取的截面所必须具备的条件是______________。 8.流体静压强P 的作用方向为( B ) A .指向受压面 B .垂直指向受压面 C .垂直受压面 D .平行受压面 9. 层流与湍流的本质区别是 ( D ) A. 湍流流速>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<湍流的雷诺数; D. 层流无径向脉动,而湍流有径向脉动。 10. 在稳定流动系统中,水由粗管连续地流入细管,若粗管直径是细管的2倍,则细管流速是粗管的( C )倍 A. 2 B. 8 C. 4 11. 某液体在一等径直管中作稳态流动,若体积流量不变,管内径减小为原来的一半,假定管内的相对粗糙度不变,则层流时,流动阻力变为原来的( C ) 2 22322642d lu u d l du u d l h f ρμμ ρλ= ??=??=

流体力学-基本概念

**流函数:由连续性方程导出的、其值沿流线保持不变的标量函数。**粘性:在运动状态下,流体内部质点间或流层间因相对运动而产生内摩擦力以抵抗剪切变形,这种性质叫做粘性。粘性的大小用黏度表示,是用来表征液体性质相关的阻力因子。粘度又分为动力黏度.运动黏度和条件粘度。 **内摩擦力:流体内部不同流速层之间的黏性力。 **牛顿流体:剪切变形率与切应力成线性关系的流体(水,空气)。**非牛顿流体:黏度系数在剪切速率变化时不能保持为常数的流体(油漆,高分子溶液)。 **表面张力:1.表面张力作用于液体的自由表面上。2.气体不存在表面张力。3.表面张力是液体分子间吸引力的宏观表现。4.表面张力沿表面切向并与界线垂直。5.液体表面上单位长度所受的张力。6.用σ 表示,单位为N/m。 **流线:表示某瞬时流动方向的曲线,曲线上各质点的流速矢量皆与该曲线相切。性质:a、同一时刻的不同流线,不能相交。b、流线不能是折线,而是一条光滑的曲线。c、流线簇的疏密反映了速度的大小。 **过流断面:与元流或总流的流向相垂直的横断面称为过流断面。(元流:在微小流管内所有流体质点所形成的流动称为元流。总流:若流管的壁面是流动区域的周界,将流管内所有流体质点所形成的流动称为总流。)

**流量:单位时间内通过某一过流断面的流体体积称为该过流断面的体积流量,简称流量。 **控制体:被流体所流过的,相对于某个坐标系来说,固定不变的任何体积称之为控制体。控制体的边界面,称之为控制面。控制面总是封闭表面。占据控制体的诸流体质点随着时间而改变。 **边界层:水和空气等黏度很小的流体,在大雷诺数下绕物体流动时,黏性对流动的影响仅限于紧贴物体壁面的薄层中,而在这一薄层外黏性影响很小,完全可以忽略不计,这一薄层称为边界层。 **边界层厚度:边界层内、外区域并没有明显的分界面,一般将壁面流速为零与流速达到来流速度的99%处之间的距离定义为边界层厚度。 **边界层的基本特征:(1) 与物体的特征长度相比,边界层的厚度很小。(2) 边界层内沿厚度方向,存在很大的速度梯度。(3) 边界层厚度沿流体流动方向是增加的,由于边界层内流体质点受到黏性力的作用,流动速度降低,所以要达到外部势流速度,边界层厚度必然逐渐增加。(4) 由于边界层很薄,可以近似认为边界层中各截面上的压强等于同一截面上边界层外边界上的压强值。 (5) 在边界层内,黏性力与惯性力同一数量级。 (6) 边界层内的流态,也有层流和紊流两种流态。 **滞止参数:设想某断面的流速以等熵过程减小到零,此断面的参数称为滞止参数。

工程流体力学名词解释和简答题-大全

一、 名词解释 1.理想流体:实际的流体都是有粘性的,没有粘性的假想流体称为理想流体。 2.水力光滑与水力粗糙管:流体在管内作紊流流动时(1分),用符号△表示管壁绝对粗糙度,δ0表示粘性底层的厚度,则当δ0>△时,叫此时的管路为水力光滑管;(2分)当δ0<△时,叫此时的管路为水力粗糙管。(2分) 3.边界层厚度:物体壁面附近存在大的速度梯度的薄层称为边界层;(2分)通常,取壁面到沿壁面外法线上速度达到势流区速度的99%处的距离作为边界层的厚度,以δ表示。(3分) 1、雷诺数:是反应流体流动状态的数,雷诺数的大小反应了流体流动时,流体质点惯性力和粘性力的对比关系。 2、流线:流场中,在某一时刻,给点的切线方向与通过该点的流体质点的刘速方向重合的空间曲线称为流线。 3、压力体:压力体是指三个面所封闭的流体体积,即底面是受压曲面,顶面是受压曲面边界线封闭的面积在自由面或者其延长面上的投影面,中间是通过受压曲面边界线所作的铅直投影面。 4、牛顿流体:把在作剪切运动时满足牛顿内摩擦定律的流体称为牛顿流体。 5、欧拉法:研究流体力学的一种方法,是指通过描述物理量在空间的分布来研究流体运动的方法。 6、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称为拉格朗日法。 7、湿周:过流断面上流体与固体壁面接触的周界称为湿周。 8、恒定流动:流场中,流体流速及由流速决定的压强、粘性力、惯性力等也不随时间变化的流动。 10、卡门涡街:当流体经绕流物体时,在绕流物后面发生附面层分离,形成旋涡,并交替释放出来,这种交替排列、有规则的旋涡组合称为卡门涡街。 1、自由紊流射流:当气体自孔口、管嘴或条缝以紊流的形式向自由空间喷射时,形成的流动即为自由紊流射流。 12、流场:充满流体的空间。 3、无旋流动:流动微团的旋转角速度为零的流动。 15、有旋流动:运动流体微团的旋转角速度不全为零的流动。 6、自由射流:气体自孔口或条缝向无限空间喷射所形成的流动。 17、浓差或温差射流:射流介质本身浓度或温度与周围气体浓度或温度有差异所引起的射流。 19、稳定流动:流体流动过程与时间无关的流动。 20、不可压缩流体:流体密度不随温度与流动过程而变化的液体。 23连续介质模型 在流体力学的研究中,将实际由分子组成的结构用流体微元代替。流体微元有足够数量的分子,连续充满它所占据的空间,这就是连续介质模型。 24流体动力粘度和运动粘度动力粘度:单位速度梯度时内摩擦力的大小dz dv /τ μ=

最新流体流动习题答案

流体流动习题 1. 雷诺准数的表达式为 _________ 。当密度p = 1000kg/m3,粘度卩=1厘泊的水,在内径为 d=100mm以流速为1m/s在管中流动时,其雷诺准数等于 ________________ ,其流动类型为_____ . 答案:Re=d u p /卩;105 ; 湍流 2. 某流体在圆管中呈层流流动,今用皮托管测得管中心的最大流速为2m/s,此时管内的平 均流速为 _________ .答案:1m/s 3. 圆管中有常温下的水流动,管内径d=100mm测得其中的质量流量为11.8kg/s/,其体积 流量为 ______ .平均流速为________ .答案:0.0118m3/s ; 1.5m/s 4. 管出口的局部阻力系数等于_1.0—,管入口的局部阻力系数等于__0.5__. 5. 流体在园直管内流动,当Re>4000时的流型称为______ , 其平均速度与最大流速的 关系为 _____ ,而Re< 2000的流型称为_______ ,平均速度与最大流速的关系为_______ 。 答案:湍流; ~ 0.8umax; 层流; =0.5 umax 6. 某设备上,真空度的读数为80mmHg其绝压= ____ m H2O= ____ Pa.(该地区的大气压 为720mmHg)答案:8.7mH2O ; 8.53 x 104pa 7. 应用柏努利方程所选取的截面所必须具备的条件是____________________ 。 &流体静压强P的作用方向为(B ) A. 指向受压面 B.垂直指向受压面 C.垂直受压面 D.平行受压面 9. 层流与湍流的本质区别是(D ) A. 湍流流速>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<湍流的雷诺数; D. 层流无径向脉动,而湍流有径向脉动。 10. 在稳定流动系统中,水由粗管连续地流入细管,若粗管直径是细管的2倍,则细管流速是粗管的(C )倍 A. 2 B. 8 C. 4 11. 某液体在一等径直管中作稳态流动,若体积流量不变,管内径减小为原来的一半,假定管内的相对粗糙度不变,则层流时,流动阻力变为原来的( C ) l_ u264 l_ ul 一32% h f d 2 业 d 2 ;?d2

流体力学概念总结

第一章绪论 1.工程流体力学的研究对象:工程流体力学以流体(包括液体和气体)为研究对象,研究流体宏观 的平衡和运动的规律,流体与固体壁面之间的相互作用规律,以及这些规律在工程实际中的应用。 第二章流体的主要物理性质 1.★流体的概念:凡是没有固定的形状,易于流动的物质就叫流体。 2.★流体质点:包含有大量流体分子,并能保持其宏观力学性能的微小单元体。 3.★连续介质的概念:在流体力学中,把流体质点作为最小的研究对象,从而把流体看成是: 1)由无数连续分布、彼此无间隙地; 2)占有整个流体空间的流体质点所组成的介质。 4.密度:单位体积的流体所具有的质量称为密度,以ρ表示。 5.重度:单位体积的流体所受的重力称为重度,以γ表示。 6.比体积:密度的倒数称为比体积,以υ表示。它表示单位质量流体所占有的体积。 7.流体的相对密度:是指流体的重度与标准大气压下4℃纯水的重度的比值,用d表示。 8.★流体的热膨胀性:在一定压强下,流体体积随温度升高而增大的性质称为流体的热膨胀性。 9.★流体的压缩性:在一定温度下,流体体积随压强升高而减少的性质称为流体的压缩性。 10.可压缩流体:ρ随T 和p变化量很大,不可视为常量。 11.不可压缩流体:ρ随T 和p变化量很小,可视为常量。 12.★流体的粘性:流体流动时,在流体内部产生阻碍运动的摩擦力的性质叫流体的粘性。 13.牛顿内摩擦定律:牛顿经实验研究发现,流体运动产生的内摩擦力与沿接触面法线方向的速度变 化(即速度梯度)成正比,与接触面的面积成正比,与流体的物理性质有关,而与接触面上的压强无关。这个关系式称为牛顿内摩擦定律。 14.非牛顿流体:通常把满足牛顿内摩擦定律的流体称为牛顿流体,此时不随dυ/d n而变化,否则称 为非牛顿流体。 15.动力粘度μ:动力粘度表示单位速度梯度下流体内摩擦应力的大小,它直接反映了流体粘性的 大小。 16.运动粘度ν:在流体力学中,动力粘度与流体密度的比值称为运动粘度,以ν表示。 17.实际流体:具有粘性的流体叫实际流体(也叫粘性流体), 18.理想流体:就是假想的没有粘性(μ= 0)的流体 第三章流体静力学 1.★流体的平衡:(或者说静止)是指流体宏观质点之间没有相对运动,达到了相对的平衡。 2.★绝对静止:流体对地球无相对运动,也称为重力场中的流体平衡。 3.★相对平衡:流体整体对地球有相对运动,但流体对运动容器无相对运动,流体质点之间也无相 对运动,这种静止或叫流体的相对静止★:体积力:作用于流体的每一个流体质点上,其大小与流体所具有的质量成正比的力。在均质流体中,质量力与受作用流体的体积成正比,因此又叫。 4.★表面力:表面力是作用于被研究流体的外表面上,其大小与表面积成正比的力。 5.★压强:在静止或相对静止的流体中,单位面积上的内法向表面力称为压强。 6.等压面:在静止流体中,由压强相等的点所组成的面。 7.★位置水头(位置高度):流体质点距某一水平基准面的高度。 8.压强水头(压强高度):由流体静力学基本方程中的p/(ρg)得到的液柱高度。 9.★静力水头:位置水头z和压强水头p/(ρg)之和。 10.压强势能:流体静力学基本方程中的p/ρ项为单位质量流体的压强势能。

流体力学-总结+复习 4-5章

A16轮机3,流体力学复习资料,4&5章 第四章相似原理和量纲分析 1. 流动的力学相似 1)几何相似:两流场中对应长度成同一比例。 2)运动相似:两流场中对应点上速度成同一比例,方向相同。 3)动力相似:两流场中对应点上各同名力同一比例,方向相同。 4)上述三种相似之间的关系。 基本概念(量纲、基本量纲、导出量纲) 量纲:物理参数度量单位的类别称为量纲或因次。 基本量纲:基本单位的量纲称为基本量纲,基本量纲是彼此独立的,例如用,LMT来表示长度,质量和时间等,基本量纲的个数与流动问题中所包含的物理参数有关,对于不可压缩流体流动一般只需三个即,LMT(长度,质量和时间),其余物理量均可由基本量纲导出。 导出量纲:导出单位的量纲称为导出量纲。 一些常用物理量的导出量纲。 2. 动力相似准则 牛顿数?表达式? 弗劳德数?表达式,意义? 雷诺数?表达式,意义? 欧拉数?柯西数?韦伯数?斯特劳哈尔数? 判断基本模型实验通常要满足的相似准则数。 掌握量纲分析法(瑞利法和π定理)。

第五章黏性流体的一维流动 1. 黏性总流的伯努利方程 应用:黏性不可压缩的重力流体定常流动总流的两个缓变流截面。 该方程的具体形式?几何意义? 2. 黏性流体管内流动的两种损失 沿程损失:产生的原因?影响该损失的因素? 沿程损失的计算公式?达西公式? 局部损失:产生原因? 局部损失计算公式? 3. 黏性流体的两种流动状态 层流和紊流 上临界速度,上临界雷诺数? 下临界速度,下临界雷诺数? 工程实际中,圆管中流动状态判别的雷诺数?2000 4. 管口进口段中黏性流体的流动 边界层的概念? 紊流边界层 层流边界层 层流进口段长度计算经验公式 5. 圆管中的层流流动 速度分布? 切应力分布?

工程流体力学名词解释和简答题_大全

工程流体力学名词解释和简 答题_大全 本页仅作为文档页封面,使用时可以删除 This document is for reference only-rar21year.March

一、名词解释 1.理想流体:实际的流体都是有粘性的,没有粘性的假想流体称为理想流体。2.水力光滑与水力粗糙管:流体在管内作紊流流动时(1分),用符号△表示管壁绝对粗糙度,δ0表示粘性底层的厚度,则当δ0>△时,叫此时的管路为水力光滑管;(2分)当δ0<△时,叫此时的管路为水力粗糙管。(2分)3.边界层厚度:物体壁面附近存在大的速度梯度的薄层称为边界层;(2分)通常,取壁面到沿壁面外法线上速度达到势流区速度的99%处的距离作为边界层的厚度,以δ表示。(3分) 1、雷诺数:是反应流体流动状态的数,雷诺数的大小反应了流体流动时,流体质点惯性力和粘性力的对比关系。 2、流线:流场中,在某一时刻,给点的切线方向与通过该点的流体质点的刘速方向重合的空间曲线称为流线。 3、压力体:压力体是指三个面所封闭的流体体积,即底面是受压曲面,顶面是受压曲面边界线封闭的面积在自由面或者其延长面上的投影面,中间是通过受压曲面边界线所作的铅直投影面。 4、牛顿流体:把在作剪切运动时满足牛顿内摩擦定律的流体称为牛顿流体。 5、欧拉法:研究流体力学的一种方法,是指通过描述物理量在空间的分布来研究流体运动的方法。 6、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称为拉格朗日法。 7、湿周:过流断面上流体与固体壁面接触的周界称为湿周。 8、恒定流动:流场中,流体流速及由流速决定的压强、粘性力、惯性力等也不随时间变化的流动。 10、卡门涡街:当流体经绕流物体时,在绕流物后面发生附面层分离,形成旋涡,并交替释放出来,这种交替排列、有规则的旋涡组合称为卡门涡街。 1、自由紊流射流:当气体自孔口、管嘴或条缝以紊流的形式向自由空间喷射时,形成的流动即为自由紊流射流。 12、流场:充满流体的空间。 3、无旋流动:流动微团的旋转角速度为零的流动。 15、有旋流动:运动流体微团的旋转角速度不全为零的流动。 6、自由射流:气体自孔口或条缝向无限空间喷射所形成的流动。 17、浓差或温差射流:射流介质本身浓度或温度与周围气体浓度或温度有差异所引起的射流。 19、稳定流动:流体流动过程与时间无关的流动。 20、不可压缩流体:流体密度不随温度与流动过程而变化的液体。 23连续介质模型

第一章.流体流动习题及答案

一、单选题 1.单位体积流体所具有的( A )称为流体的密度。 A 质量; B 粘度; C 位能; D 动能。 2.单位体积流体所具有的质量称为流体的( A )。 A 密度; B 粘度; C 位能; D 动能。 3.层流与湍流的本质区别是( D )。 A 湍流流速>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<湍流的雷诺数; D 层流无径向脉动,而湍流有径向脉动。 4.气体是( B )的流体。 A 可移动; B 可压缩; C 可流动; D 可测量。 5.在静止的流体内,单位面积上所受的压力称为流体的( C )。 A 绝对压力; B 表压力; C 静压力; D 真空度。 6.以绝对零压作起点计算的压力,称为( A )。 A 绝对压力; B 表压力; C 静压力; D 真空度。 7.当被测流体的( D )大于外界大气压力时,所用的测压仪表称为压力表。 A 真空度; B 表压力; C 相对压力; D 绝对压力。 8.当被测流体的绝对压力( A )外界大气压力时,所用的测压仪表称为压力表。 A 大于; B 小于; C 等于; D 近似于。 9.( A )上的读数表示被测流体的绝对压力比大气压力高出的数值,称为表压力。 A 压力表; B 真空表; C 高度表; D 速度表。 10.被测流体的( D )小于外界大气压力时,所用测压仪表称为真空表。 A 大气压; B 表压力; C 相对压力; D 绝对压力。 11. 流体在园管内流动时,管中心流速最大,若为湍流时,平均流速与管中心的最大流速的关系为( B )。 A. Um=1/2Umax; B. Um=0.8Umax; C. Um=3/2Umax。 12. 从流体静力学基本方程了解到U型管压力计测量其压强差是( A )。 A. 与指示液密度、液面高度有关,与U形管粗细无关;

相关文档
最新文档