广义Oldroyd-B粘弹性流体Stokes第一问题

广义Oldroyd-B粘弹性流体Stokes第一问题
广义Oldroyd-B粘弹性流体Stokes第一问题

Stokes' first problem for a viscoelastic

fluid with the generalized Oldroyd-B

model1

Haitao Qi

Department of Applied Mathematics and Statistics, Shandong University at Weihai

Weihai, P. R. China 264209

htqi@https://www.360docs.net/doc/3017932680.html,

Mingyu Xu

School of Mathematics and Systematical Science, Shandong University

Jinan, P.R. China, 250100

Abstract

The flow near a wall suddenly set in motion for a viscoelastic fluid with the

generalized Oldroyd-B model is studied. The fractional calculus approach has been

taken into account in the constitutive relationship of fluid model. Exact analytical

solutions of velocity and stress are obtained by using the discrete Laplace transform of

the sequential fractional derivative and the Fox-H function. The obtained results

indicate that some well known solutions for the Newtonian fluid, the generalized

second grade fluid as well as for the ordinary Oldroyd-B fluid, as limiting cases, are

included in our solutions.

Keywords: Generalized Oldroyd-B fluid, Stokes' first problem, Fractional calculus,

Exact solution, Fox- H function.

1Introduction

Navier-Stokes equations are the most fundamental motion equations in fluid dynamics. However, there are few cases in which their exact analytical solutions can be obtained. Exact solutions are very important not only because they are solutions of some fundamental flows, but also because they serve as accuracy checks for experimental, numerical, and asymptotic methods.

The inadequacy of the classical Navier-Stokes theory to describe rheologically complex fluids such as polymer solutions, blood and heavy oils, has led to the development of several theories of non-Newtonian fluids. In order to describe the non-linear relationship between the stress and the rate of strain, numerous models or constitutive equations have been proposed. The model of differential type and those of rate type have received much attention [1]. In recent years, the Oldroyd-B fluid has acquired a special status amongst the many fluids of the rate type, as it includes as special cases the

1 Supported by the National Natural Science Foundation of China (10272067), the Doctoral Program

Foundation of the Education Ministry of China (20030422046) and the Natural Science Foundation of Shandong University at Weihai.

classical Newtonian fluid and the Maxwell fluid. For some special flows the model of second grade fluid is also included. Here, we mention some of the studies such as [2-5].

Recently, fractional calculus has encountered much success in the description of the complex dynamics. In particular it has proved to be a valuable tool to handle viscoelastic properties. The starting point of the fractional derivative model of viscoelastic fluid is usually a classical differential equation which is modified by replacing the classical, time derivatives of an integer order by the fractional calculus operators. This generalization allows one to define precisely non-integer order integrals or derivatives [6]. Fractional calculus has been found to be quite flexible in describing viscoelastic behavior [7-10]. More recently, Huang et al. [11-16] discussed some unsteady flows of the generalized second grade fluid. The unidirectional flow of a viscoelastic fluid with the fractional Maxwell model is considered by Tan et al. [17,18]. The flows with a generalized Jeffreys model in an annular pipe is also studied by Tong et al. [19,20].

On the other hand, almost every one made a study of fluid mechanics is familiar with Stokes’ celebrated paper on pendulums (in 1851) in which he describes a kind of classical problems of the impulsive and oscillatory motion of an infinite plate in its own plane. Nowadays, the flows over a plane wall which is initially at rest and is suddenly moved in its own plane with a constant velocity and with a harmonic vibration are termed Stokes’ first (or Rayleigh-type) and second problems, respectively [21,22]. At present, one paid more and more attention to the Stokes problems due to important theoretical and practice meanings [23-25]. The aim of this paper is to investigate the Stokes’ first problem for a viscoelastic fluid with the generalized Oldroyd-B model. The fractional calculus approach has been taken into account in the constitutive relationship of fluid model. Exact analytical solutions of velocity and stress are obtained by using the discrete Laplace transform of the sequential fractional derivative and the Fox-H function. The obtained results indicate that some well known solutions for the Newtonian fluid, the generalized second grade fluid as well as for the ordinary Oldroyd-B fluid, as limiting cases, are included in our solutions.

2 Basic equations

First, we know that the constitutive equation of an incompressible, ordinary Oldroyd-B fluid is of the form [1] ,p =?+T I S (2.1)

D D 1D D t t λ

μθ,?

?+=+????

S S A (2.2) where λ and θ are relaxation and retardation times, μis the dynamic viscosity of fluid, T is the Cauchy stress tensor, p ?I denotes the indeterminate spherical stress, T

=+A L L with the

velocity gradient and (upper convected time derivative) operating on any tensor is defined

by L D /D t B

D ,D T t

t ?=+?????B B

V B LB BL (2.3) where being the velocity vector, is the gradient operator, the superscript T denotes a transpose

operation. V ?

Generally, the constitutive relationship of the generalized Oldroyd-B fluid also has the form (2.1) and (2.2), but D / and are defined as follows [10]:

D t S D /D t A

D ,D T t D t

α=+????S

S V S LS SL (2.4)

D ,D T t D t

β=+????A

A V A LA AL (2.5) where t D α

and t D β

are fractional calculus of order α and β with respect to respectively, and may be defined as [6] t

01d ()

()d ,

01,(1)d ()

t p t p f D f t p p t t τττ=

Γ??∫≤≤ (2.6) where is Gamma function. It should be noted that this model can be simplified as the ordinary Oldroyd-B model when ()Γ?1αβ=

=, the generalized second grade fluid [11-16] when 0α=, 0λ→

and the fractional Maxwell fluid when 0,0βθ=→ [8,17].

The unsteady flow is governed by the equation of motion (in the absence of body force) and continuity equation in the form

d

,

d t

ρ

=

2

2(1)(1),t t u u D D t y

α

λνθ??+=+??β (2.12) where /νμρ=. The initial and boundary conditions are as follows

(,0)(,0)0, 0,t u y u y y =?=> (2.13)

(0,), 0.u t U t => (2.14)

And the natural conditions are

(,),(,)0 as .y u y t u y t y ?→→∞ (2.15)

3 Exact solutions to the Stokes' first problem

Let us introduce the following dimensionless variables

2

22*****

,,,, and ,u yU tU U U u y t U α

β

ρρρρλλθθμμμμ????=====????????

(3.1)

in which U and 2

/U μρ denote the characteristic velocity and time, respectively. The dimensionless

governing equation (2.12) and its initial and boundary conditions (2.13)-(2.15) (the asterisks are dropped) can be written as: 2

(1)(1),t t u u D D t y

α

βλθ??+=+?? (3.2) (,0)(,0)0, 0,t u y u y y =?=> (3.3)

(0,)1, 0.u t t => (3.4)

(,),(,)0 as .y u y t u y t y ?→→∞ (3.5)

Let us suppose that

(3.6) 0

(,){(,),}e (,)d st u

y s L u y t s u y t t ∞?==∫%is the image function of , where s is a transform parameter. Because the fractional order

equation (3.2) has the property of the integer order initial conditions, the fractional derivative must be interpreted as a properly chosen sequential fractional derivative [6]. Using the Laplace transform (,)u y t principle of sequential fractional derivatives, we can obtain the equation of the image function

22

d (1),d 1u

s s u t s

αβλθ+=+%% (3.7) subject to the boundary conditions

1

(0,),u

s s

=% (3.8)

(,),(,)0 as .y u

y s u y s y ?→→%%∞ (3.9) Solving (3.7)-(3.9) yields:

1/21

(1)(,)exp .1s s u y s y s

s αβλθ????+?=?????+????

%? (3.10) In order to obtain an analytical solution for this problem and to avoid the burdensome calculations of

residues and contour integrals, we will apply the discrete inverse Laplace transform method to give the velocity distribution.

Firstly, we rewrite (3.10) as a series form:

10

(1)10

2

1(()(,)!

!()122 .!k

m

k m n k

m n n u

y s s k m k k n m k k n s βααβλθ?∞∞

==?∞

??+++=??=+×?????Γ+Γ?????????????ΓΓ?????????∑∑∑% (3.11) Applying the discrete inverse Laplace transform on (3.11), we obtain

100

(1)2

()(()22(,)1!!! (1)1n k m k m n k

m n k k n m u y t k k k m n t

k m n βααβθλβααβ??∞

∞∞===??++????Γ+Γ?????????=+????ΓΓ?????

????×

??Γ??+++????

∑∑∑???

(1)1

0(1,1),(1,0)1,2122

2,4(0,1),(1,0),(1,0),((1),)

(()1!!

,k

k

m m k m k k m k k k

m t k m H t βααβαβαβλθ?∞

??+==??+??++????=+??

×???

?

∑ (3.12)

in which denotes Fox-H function[10]. In arriving at (3.12), we used the following property of Fox- H function

,,()m n

p q H z

(

)111

1

(1,),,(1,)

11,,1(0,1),(1,),,(1,)

1()().

!()

p p q

q p

n j j a A a A j p

p q q

b B b B

n j j j z a A n H z n b B n ∞

??=+??==?Γ+=Γ+∏∑

∏L L (3.13)

Because the fluid is moved by the action of stress at the plate, the stress field may be calculated. From (2.11) the dimensionless stress can be represented by

(3.14)

(1)(,)(1)(,),t t D F y t D u y t αβλθ+=+?y where 2

(,)xy

S F y t U ρ=.

Using (2.10) and (3.10), the Laplace transform of (3.14) is

1/2

1/2(1)(1)(,)exp .11s s s s F y s y s s α

αβ

λλθθ???

????++?=?????

??++??

????

%β?? (3.15) We apply the discrete inverse Laplace transform method again to give the stress distribution. Firstly,

we rewrite (3.15) as a series form

(1)/20

(1)(1)/20

1()()2(,)1!!1()12 .1!k k

m k m n k m n n k m y F

y s k k m k n k s n βααβ

λλθθ??∞

==?∞

???++=???Γ+??

????

?

?=????????

Γ????

????Γ+????×???Γ??

??

∑∑∑% (3.16)

Applying the discrete inverse Laplace transform to (3.16), we obtain

(1)/2

00

(1)(1)/21

()()()(,)!!!1122 (1)k k

m n k m n k m n y F y t k m n k k n m t k k k m n βααβλλθθβαα???∞

∞===???++??????

=???

????????Γ+Γ+?????

???×????????

ΓΓΓ??++?????

?????

∑∑β???

(1)/21

(1)10

13(,0),(,1)1,2122

3112,4(0,1),(,0),(,0),(1(1),)

()()!! .k k k

m m k m k k m k k k m y t k m H t

βααβαβαβλλθθ???∞

??+?==+????+?++?????

=?????

??

×???

?

∑ (3.17)

In order to obtain the value of the shear stress on the plate, taking 0y = in (3.15), we get the following

expression

1/2

1().p s F s s s β

αθλ??+=??+??

%? (3.18) In the same way as (3.17), we obtain the following formula to calculate the shear stress on the plate

1/213

(,0),(,1)(1)/21,2122

3112,4(0,1),(,0),(,0),(,)

0()().!m m m p m m F t t H t m ααββ

βααβθλθλ?∞

?+????+=??

???

=?????

??

??

∑ (3.19) 4 Limiting cases

Now let us make some analyses for formulas (3.12) and (3.17).

(1) If 0α=, 0λ→, θη=, the medium is the generalized second grade fluid, and (3.12) and

(3.17) tend to the same as obtained by [14,15]

1

2

(1,1)1,112

1,3

(0,1),(1,0),((1))

1

()(,)1,!

k k

k k k k yt

u y t H t k ββ

ββηη?∞

????=??

?=+???

?∑

(4.1)

1(1)(1)

32

1(

,1)1,112

2

3(1)(1)1,3

(0,1),(,0),(1,)

()(,).!k k k

k

k k k y F y t t

H t k ββ

ββη

η????∞

?????+=??

?=?????

(4.2) (2) If 0β=, 0θ→, (3.12) and (3.17) are simplified as

(1)(1,1)1,1122

(1)1,3(0,1),(1,0),(,)

1()(,)1,!k

k

k k k k u y t t H t

k αα

ααλ+∞

?+?++=??

=+???

?∑ (4.3)

1

(1)(1)

1

2

1(

,1)1,112

1

(1)(1)1,3(0,1),(,0),(1,)

()(,).!k k k k

k k k y F y t t

H t k αα

ααλ

λ?+?+∞

??

?++?+=??

?=????

?

(4.4) They are the solutions of velocity and stress for the fractional Maxwell fluid in which the derivatives of the stress and strain are fractional and first order, respectively [8,17].

(3) Setting 0β=, 0θ→ in (4.1) and (4.2) or setting 0α=, 0λ→ in (4.3) and (4.4), we obtain

the classical Rayleigh's similarity solutions of Newtonian fluid [26]

(,)erfc ,u y t ?=?? (4.5)

2(,)/4).F y t y t =? (4.6)

(4) While 1αβ==, (3.12) and (3.17) can be simplified as

(1,1),(1,0)1,21222

2,4(0,1),(1,0),(1,0)(,1)1

0(()(,)1,!!k k k k

m m m k k k m k m u y t t H t k m λθ?∞

???+??+?==????=+????∑

∑ (4.7)

1

113(,0),(,1)1,21222

3112,4(0,1),(,0),(,0),(,1)0

0()()(,).!!k k k k

k

m m m k k k m k m y F y t t H t k m λλθθ?++??∞

∞????++?==??????

=?????

????∑∑ (4.8) which are the solutions for ordinary Oldroyd-B fluid. (5) From (3.10) and (3.15), we also have

1/2

(1)(,)(,).1s s F y s u

y s s β

αθλ??+=???+??

%% (4.9) Using the same method as we used in sec.(3) and the definition of fractional calculus, we have

1200

11()()22(,)(,).11!

!n

m m n t

m m n F y t D u y t n m βα

αβθλ+???∞∞

??+==???

?Γ+Γ???????????=?????ΓΓ?????????

∑ (4.10) If one sets 0α=, 0λ→, θη=, the formula (4.10) can be simplified as the same as obtained

in [14]:

111/2

20

1()2(,)(,).1!n n t

n n F y t D u y t n ββηη?+∞

?+=???Γ?????=????Γ???

??

∑ (4.11) The physical meaning of (4.10) is that the stress at a given point at any time is dependent on the time history of the velocity profile at that point, and the history can be depicted by the fractional calculus [9].

5 Conclusion

Fractional calculus approach is introduced to the constitutive relationship model of generalized Oldroyd-B fluid in this paper. The flow model is more useful compared with the traditional model. Exact analytical solutions of velocity and stress for the Stokes' first problem are obtained by using the discrete Laplace transform of the sequential fractional derivatives and the Fox-H function. We hope that our results can provide new models and analytical solutions for studying the complicated fluid in rheology. References

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流体力学试题及答案

全国2015年4月高等教育自学考试 --工程流体力学试题 一、单项选择题(每小题1分,共20分)在每小题列出的四个选项中只有一个选项是符合题目要求的,请将正确选项前的字母填在题后的括号内。 1.若流体的密度仅随( )变化而变化,则该流体称为正压性流体。 A.质量 B.体积 C.温度 D.压强 2.亚声速流动,是指马赫数( )时的流动。 A.等于1 B.等于临界马赫数 C.大于1 D.小于1 3.气体温度增加,气体粘度( ) A.增加 B.减小 C.不变 D.增加或减小 4.混合气体的密度可按各种气体( )的百分数来计算。 A.总体积 B.总质量 C.总比容 D.总压强 5.某单位购买了一台提升汽车的油压升降机(如图一所示),原设计操纵方法是:从B管进高压油,A管排油时平台上升(图一的左图);从A管进高压油,B管排油时平台下降。在安装现场工人不了解原设计意图,将A、B两管联在一起成为C管(图一的右图)。请你判断单靠一个C管通入高压油或排油,能操纵油压机升降吗?你的判断:( ) A.可以 B.不能动作 C.能升不能降 D.能降不能升 6.在一个储水箱的侧面上、下安装有两只水银U形管测压计(如图二),当箱顶部压强p0=1个大气压时,两测压计水银柱高之差△h=h1-h2=760mm(Hg),如果顶部再压入一部分空气,使p0=2个大气压时。则△h应为( )

C.△h=760mm(Hg) D.△h=1520mm(Hg) 7.流体流动时,流场各空间点的参数不随时间变化,仅随空间位置而变,这种流动称为( ) A.定常流 B.非定常流 C.非均匀流 D.均匀流 8.流体在流动时,根据流体微团( )来判断流动是有旋流动还是无旋流动。 A.运动轨迹是水平的 B.运动轨迹是曲线 C.运动轨迹是直线 D.是否绕自身轴旋转 9.在同一瞬时,流线上各个流体质点的速度方向总是在该点与此线( ) A.重合 B.相交 C.相切 D.平行 10.图示三个油动机的油缸的内径D相等,油压P也相等,而三缸所配的活塞结构不同,三个油动机的出力F1,F2,F3的大小关系是(忽略活塞重量)( ) A.F1=F2=F3 B.F1>F2>F3 C.F1F2 11.三个容积完全相等的容器,联接如图示,先将阀门a,b关闭,阀门c开启。压强计p指示为0。将容器I充入压缩空气,绝对压强为300KPa,容器Ⅲ抽成真空度为30KPa。先关闭阀门c,再开启阀门a和b。这时,压强计p 的读数应该是(设当地大气压是100KPa) A.56.7KPa B.76.7KPa C.90.0KPa D.110.0Kpa

第三章粘弹性流体的本构方程

第三章非线性粘弹流体的本构方程 1.本构方程概念 本构方程(constitutive equation),又称状态方程——描述一大类材料所遵循的与材料结构属性相关的力学响应规律的方程。 不同材料以不同本构方程表现其最基本的物性,对高分子材料流变学来讲,寻求能够正确描述高分子液体非线性粘弹响应规律的本构方程无疑为其最重要的中心任务,这也是建立高分子材料流变学理论的基础。 两种。 唯象性方法,一般不追求材料的微观结构,而是强调实验事实,现象性地推广流体力学、弹性力学、高分子物理学中关于线性粘弹性本构方程的研究结果,直接给出描写非线性粘弹流体应力、应变、应变率间的关系。以本构方程中的参数,如粘度、模量、松弛时间等,表征材料的特性。 分子论方法,重在建立能够描述高分子材料大分子链流动的正确模型,研究微观结构对材料流动性的影响。采用热力学和统计力学方法,将宏观流变性质与分子结构参数(如分子量,分子量分布,链段结构参数等)联系起来。为此首先提出能够描述大分子链运动的正确模型是问题关键。 根据研究对象不同, 象性方法和分子论方法虽然出发点不同,逻辑推理的思路不尽相同,而最终的结论却十分接近,表明这是一个正确的科学的研究基础。

目前关于高分子材料,特别浓厚体系本构方程的研究仍十分活跃。 同时,大量的实验积累着越来越多的数据,它们是检验本构方程优劣的最重要标志。 从形式上分, 速率型本构方程,方程中包含应力张量或形变速率张量的时间微商,或同时包含这两个微商。 积分型本构方程,利用迭加原理,把应力表示成应变历史上的积分,或者用一系列松弛时间连续分布的模型的迭加来描述材料的非线性粘弹性。积分又分为单重积分或多重积分。 判断一个本构方程的优劣主要考察: 1)方程的立论是否科学合理,论据是否充分,结论是否简单明了。 2)一个好的理论,不仅能正确描写已知的实验事实,还应能预言至今未知,但可能发生的事实。 3)有承前启后的功能。例如我们提出一个描写非线性粘弹流体的本构方程,当条件简化时,它应能还原为描写线性粘弹流体的本构关系。 4)最后也是最重要的一条,即实验事实(实验数据)是判断一个本构方程优劣的出发点和归宿。实践是检验真理的唯一标准。 本章重点介绍用唯象论方法对一般非线性粘弹流体建立的本构方程。分子论方法在第四章介绍。

流体力学选择(附答案)按章节(天津城建学院)

绪 论 1.在一个标准大气压下,4℃以上水的容重随温度的升高而( C ) A .增大 B.不变 C.减小 D.不一定 2、容重与密度 c 。 a .是单位不同的同一个物理量; b .前者是矢量后者是标量; c .前者反映单位质量力的大小,后者反映单位体积的物质量; d .两者的值总是相等的。 3.液体不能承受的力是(C ) A .剪切力 B.压力 C.拉力 D.表面张力 4、下列说法正确的是( B )。 A 、液体不能承受拉力,也不能承受压力; B 、液体不能承受拉力,但能承受压力; C 、液体能承受拉力,但不能承受压力; D 、液体能承受拉力,也能承受压力。 5.理想液体与实际液体最主要的区别是(D ) A .不可压缩 B.不能膨胀 C.没有表面张力 D.没有粘滞性 6.理想流体是一种( A )的假想流体。 A.动力粘度μ为0 B.速度梯度dy du 为0 C.速度u 为一常数 D.流体没有剪切变形 7.理想流体的总水头线沿程的变化规律为( C )。 A.沿程下降 B.沿程上升 C.沿程不变 D.前三种情况都有可能 8.理想流体边界层在( D )中存在。 A.圆柱绕流 B.均匀流中顺流放置的薄平板 C.管道进口段 D.任何边界中都不可能 9、 理想流体的特征是( B )。 A) 粘度为常数;B) 无粘性;C) 不可压缩;D) 符合RT p ρ= 10、水的粘滞性会随着温度的升高____(1)___ 。 (1)变小 (2)变大 (3)不变 (4)不一定 11.液体粘性系数值随温度的升高而( C ) A .增大 B .不变 C .减小 D .可增大,可减小 12.气体与液体的粘度随着温度的升高分别( D )。 A.减小、减小 B.减小、增大 C.增大、增大 D.增大、减小 13、不同的液体其粘滞性______, 同一种液体的粘滞性具有随温度_______而降低的特性。 答案(D )。 A 、相同 降低; B 相同 升高; C 、不同 降低; D 、 不同 升高 14.在常压下,气体的动力粘度随温度和压强的变化关系是(B ) A.温度升高,动力粘度变小 B.温度升高,动力粘度变大 C.压强升高,动力粘度变小 D.压强升高,动力粘度变大 15.某流体的运动粘度v=3×10-6m2/s,密度ρ=800kg/m3,其动力粘度μ为( B ) 16.如图所示,一平板在油面上作水平运动。已知平板运动速度V=1m/s ,平板与固定边界的距离δ=5mm ,油的动力粘度μ=0.1Pa·s ,则作用在平板单位面积上的粘滞阻力为( C ) A .10Pa B .15Pa C .20Pa D .25Pa 17、一直径d = 0.2 m 的输油管道,过流断面的速度分布为u x = 1 – 160 r2 m/s ,若油的密度ρ = 900kg/m3,动力粘性系数μ = 0.05 Pa·s ,则管中的平均速度是( )。 A :0.8; B :0.65、 C :0.5; D :0.32; E :0.25。

最新流体力学试题及答案

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

工程流体力学习题及答案

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RT p =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 ρ ρ-==???=。 (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。 (c ) 【1.7】下列流体哪个属牛顿流体:(a )汽油;(b )纸浆;(c )血液;(d )沥青。 解:满足牛顿摩擦定律的流体称为牛顿流体。 (a ) 【1.8】 15C 时空气和水的运动黏度6215.210m /s υ-=?空气, 621.14610m /s υ-=?水,这说明:在运动中(a )空气比水的黏性力大;(b )空气比水的黏性力小;(c )空气与水的黏性力接近;(d )不能直接比较。 解:空气的运动黏度比水大近10倍,但由于水的密度是空气的近800倍,因此水 的黏度反而比空气大近50倍,而黏性力除了同流体的黏度有关,还和速度梯度有 关,因此它们不能直接比较。 (d ) 【1.9】 液体的黏性主要来自于液体:(a )分子热运动;(b )分子间聚力;(c )易变形性; (d )抗拒变形的能力。解:液体的黏性主要由分子聚力决定。 (b )第2章 流体静力学 选择题: 【2.1】 相对压强的起算基准是:(a )绝对真空;(b )1个标准大气压;(c )当

流体力学习题及参考答案

09流体力学习题1及参考答案 一、单项选择题(共15分,每小题1分) 1、下列各力中,属于质量力的是( )。 A .离心力 B .摩擦力 C .压力 D .表面张力 2、下列关于流体粘性的说法中,不准确的说法是( )。 A .粘性是实际流体的固有属性 B .构成流体粘性的因素是流体分子间的吸引力 C .流体粘性具有传递运动和阻碍运动的双重性 D .动力粘度与密度之比称为运动粘度 3、在流体研究的欧拉法中,流体质点的加速度由当地加速度和迁移加速度组成,当地加速度反映()。 A .流体的压缩性 B .由于流体质点运动改变了空间位置而引起的速度变化率 C .流体速度场的不稳定性 D .流体速度场的不均匀性 4、重力场中流体的平衡微分方程为( )。 A .gdz dp -= B .gdz dp ρ= C .dz dp ρ-= D .gdz dp ρ-= 5、无旋流动是指( )的流动。 A .速度环量为零 B .迹线是直线 C .流线是直线 D .速度环量不为零 6、压强的量纲 []p 是( )。 A.[]2-MLt B.[]21--t ML C.[]11--t ML D.[]1 -MLt 7、已知不可压缩流体的流速场为 则流动不属于( )。 A .非均匀流 B .非稳定流动 C .稳定流动 D .三维流动 8、动量方程的适用条件是( ) 。 0 ),,(),(?????===w t z x f z y f u υin out QV QV F )()(ρρ∑-∑=∑

A.仅适用于理想流体作定常流动 B.仅适用于粘性流体作定常流动 C.适用于理想流体与粘性流体作定常或非定常流动 D.适用于理想流体与粘性流体作定常流动 9、在重力场中作稳定流动的系统,沿流动方向总水头线维持水平的条件是 ( ) 。 A.管道是水平放置的B.流体为不可压缩流体 C.管道是等径管D.流体为不可压缩理想流体 10、并联管道系统中,其各支管内单位质量流体的能量损失()。 A.不相等 B.之和为总能量损失 C.相等D.不确定 11、边界层的基本特征之一是()。 A.边界层内流体的流动为层流 B.与物体的特征长度相比,边界层的厚度很小C.边界层厚度沿流动方向逐渐减薄 D.边界层内流体的流动为湍流 12、指出下列论点中的错误论点:() A.平行流的等势线与流线相互平行B.涡流的径向速度为零 C.无旋流动也称为有势流动D.点源的圆周速度为零 13、关于涡流有以下的论点,指出其中的错误论点:( )。 A.以涡束诱导出的平面流动,称为涡流B.点涡是涡流 C.涡流的流线是许多同心圆 D.在涡流区域速度与半径成正比 14、超音速气体在收缩管中流动时,气流速度()。 A.逐渐增大 B.不变C.不确定D.逐渐减小 15、为提高离心泵的允许安装高度,以下哪种措施是不当的?() A.提高流体的温度B.增大离心泵吸入管的管径 C.缩短离心泵吸入管的管径 D.减少离心泵吸入管路上的管件 参考答案:1.A 2.B 3.C 4.D 5.A 6.B 7.C 8.D 9.D 10.C 11.B 12.A 13.D 14.D 15.A

流体力学B卷及答案

一、判断题(每题1分,共10分) 1、紊流可以是均匀流,也可以是非均匀流。 ( ) 2、均匀流中只考虑沿程水头损失,渐变流中只考虑局部水头损失。 ( ) 3、公式g v d l h f 22 λ=既适用于层流,也适用于紊流。 ( ) 4、不可压缩液体连续方程既适用于恒定流,也适用于非恒定流。 ( ) 5、理想流体是指不考虑粘性作用的流体。 ( ) 6、不管是层流还是紊流,其运动要素在时间和空间上都具有脉动性。 ( ) 7、恒定流时,流线的形状不随时间变化,流线不一定与迹线相重合。 ( ) 8、圆形管的直径就是其水力半径。 ( ) 9、几何相似是运动相似和动力相似的前提与依据。 ( ) 10、仅由液体产生作用在水平平面上的总压力与容器的形状无关。 ( ) 二、填空题(每空2分,共20分) 1、流体是在任何微小的 的作用下都能够发生 的物质。 2、当压力体与液体在 时为实压力体,否则为虚压力体。 3、在工程流体力学中,描述流体运动的常用方法有__ 和__ __。 4、简单管路是指 和 沿程不发生变化的管路系统。 5、局部阻力系数与 、 、 有关。 三、单项选择题(每题2分,共30分) 1、不可压缩流体指忽略 的流体。 A .密度 B .密度变化 C .粘度 D .粘度变化 2、连续介质模型意味着 。 A .流体分子之间没有间隙 B .流体中的物理参数是连续函数 C .流体分子之间有间隙 D .流体不可压缩 3、已知不可压缩流体的流速场为u x =f (y ,z ),u y =f (x ),u z =0,则该流动为 。 A .恒定一元流 B .恒定二元流 C .恒定三元流 D .非恒定均匀流 4、静水压力的方向 。 A .与受力面平行 B .与受力面斜交

广义Oldroyd-B粘弹性流体Stokes第一问题

Stokes' first problem for a viscoelastic fluid with the generalized Oldroyd-B model1 Haitao Qi Department of Applied Mathematics and Statistics, Shandong University at Weihai Weihai, P. R. China 264209 htqi@https://www.360docs.net/doc/3017932680.html, Mingyu Xu School of Mathematics and Systematical Science, Shandong University Jinan, P.R. China, 250100 Abstract The flow near a wall suddenly set in motion for a viscoelastic fluid with the generalized Oldroyd-B model is studied. The fractional calculus approach has been taken into account in the constitutive relationship of fluid model. Exact analytical solutions of velocity and stress are obtained by using the discrete Laplace transform of the sequential fractional derivative and the Fox-H function. The obtained results indicate that some well known solutions for the Newtonian fluid, the generalized second grade fluid as well as for the ordinary Oldroyd-B fluid, as limiting cases, are included in our solutions. Keywords: Generalized Oldroyd-B fluid, Stokes' first problem, Fractional calculus, Exact solution, Fox- H function. 1Introduction Navier-Stokes equations are the most fundamental motion equations in fluid dynamics. However, there are few cases in which their exact analytical solutions can be obtained. Exact solutions are very important not only because they are solutions of some fundamental flows, but also because they serve as accuracy checks for experimental, numerical, and asymptotic methods. The inadequacy of the classical Navier-Stokes theory to describe rheologically complex fluids such as polymer solutions, blood and heavy oils, has led to the development of several theories of non-Newtonian fluids. In order to describe the non-linear relationship between the stress and the rate of strain, numerous models or constitutive equations have been proposed. The model of differential type and those of rate type have received much attention [1]. In recent years, the Oldroyd-B fluid has acquired a special status amongst the many fluids of the rate type, as it includes as special cases the 1 Supported by the National Natural Science Foundation of China (10272067), the Doctoral Program Foundation of the Education Ministry of China (20030422046) and the Natural Science Foundation of Shandong University at Weihai.

流体力学考试试题(附答案)汇总

一、单项选择题 1.与牛顿内摩擦定律有关的因素是(A) A压强、速度和粘度;B流体的粘度、切应力与角变形率; 2C切应力、温度、粘度和速度; D压强、粘度和角变形。2.流体是一种(D)物质。 A不断膨胀直到充满容器的;B实际上是不可压缩的; C不能承受剪切力的; D 在任一剪切力的作用下不能保持静止的。0年考研《(毛中 3.圆管层流流动,过流断面上切应力分布为(B) A.在过流断面上是常数; B.管轴处是零,且与半径成正比; C.管壁处是零,向管轴线性增大; D. 按抛物线分布。2014年考研《政治》考前点题(毛中特) 4.在圆管流中,层流的断面流速分布符合(C) A.均匀规律; B.直线变化规律; C.抛物线规律; D. 对+曲线规律。 5. 圆管层流,实测管轴线上流速为4m/s,则断面平均流速为() A. 4m/s; B. 3.2m/s; C. 2m/s; D. 1m /s。2014年考研《政治》考前点题(毛中特) 6.应用动量方程求流体对物体的合力时,进、出口的压强应使用 () A 绝对压强 B 相对压强 C 大气压 D 真空度

7.流量为Q ,速度为v 的射流冲击一块与流向垂直的平板,则平板受到的冲击力为() A Qv B Qv 2 C ρQv D ρQv 2 8.在(D )流动中,伯努利方程不成立。 (A)定常 (B) 理想流体 (C) 不可压缩 (D) 可压缩 9.速度水头的表达式为(D ) (A)h g 2 (B)2ρ2v (C) 22v (D) g v 22 10.在总流的伯努利方程中的速度v 是(B )速度。 (A) 某点 (B) 截面平均 (C) 截面形心处 (D) 截面上最 大 2014年考研《政治》考前点题(毛中特) 11.应用总流的伯努利方程时,两截面之间(D ) 。 (A)必须都是急变流 (B) 必须都是缓变流 (C) 不能出现急变流 (D) 可以出现急变流 12.定常流动是(B )2014年考研《政治》考前点题(毛中特) A.流动随时间按一定规律变化; B.流场中任意空间点的运动要素不随时间变化; C.各过流断面的速度分布相同; D.各过流断面的压强相同。 13.非定常流动是 (B ) A. 0=??t u B. 0≠??t u C. 0=??s u D.0≠??s u 2014年考研《政治》考前点题(毛中特)

流体力学试题及答案

流体力学复习题 -—-—- 2013制 一、填空题 1、1mmH2O= 9。807Pa 2、描述流体运动得方法有欧拉法?与拉格朗日法、 3、流体得主要力学模型就是指连续介质、无粘性与不可压缩性。 4、雷诺数就是反映流体流动状态得准数,它反映了流体流动时粘性力与惯性力得对比关系。 5、流量Q1与Q2,阻抗为S1与S2得两管路并联,则并联后总管路得流量Q为Q= Q1 + Q2,总阻抗S为。串联后总管路得流量Q为Q= Q1=Q2,总阻抗S为S1+S2 。 6、流体紊流运动得特征就是脉动现行 ,处理方法就是时均法。 7、流体在管道中流动时,流动阻力包括沿程阻力与局部阻力。 8、流体微团得基本运动形式有: 平移运动、旋转流动与变形运动。 9、马赫数气体动力学中一个重要得无因次数,她反映了惯性力与弹性力得相对比值。

10、稳定流动得流线与迹线重合。 11、理想流体伯努力方程常数中,其中称为测压管水头。 12、一切平面流动得流场,无论就是有旋流动或就是无旋流动都存在流线,因而一切平面流动都存在流函数 ,但就是,只有无旋流动才存在势函数。 13、雷诺数之所以能判别流态,就是因为它反映了惯性力与粘性力得对比关系、 14、流体得主要力学性质有粘滞性、惯性、重力性、表面张力性与压缩膨胀性、 15、毕托管就是广泛应用于测量气体与水流一种仪器、 16、流体得力学模型按粘性就是否作用分为理想气体与粘性气体。作用与液上得力包括质量力, 表面力。17、力学相似得三个方面包括几何相似、运动相似与动力相似。 18、流体得力学模型就是连续介质模型。 19、理想气体伯努力方程中,称势压,全压,称总压 20、紊流射流得动力特征就是各横截面上得动量相等。 21、流体得牛顿内摩擦定律得表达式 ,u得单位为p a、s 。

流体力学题及答案

一、 选择题(略) 二、 判断题(略) 三、 简答题 1.等压面是水平面的条件是什么? :①连续介质 ② 同一介质 ③ 单一重力作用下. 2. 同一容器中装两种液体,且21ρρ?,在容器侧壁装了两根测压管。试问:图中所标明的测压管中液面位置对吗?为什么?

C (c) 盛有不同种类溶液的连通器 D C D 水 油 B B (b) 连通器被隔断 A A (a) 连通容器 解:不对,(右测压管液面要低一些,从点压强的大小分析) 3. 图中三种不同情况,试问:A-A 、B-B 、C-C 、D-D 中哪个是等压面?哪个不是等压面?为什么? :( a )A-A 是 (b )B-B 不是 (c )C-C 不是, D-D 是。 四、作图题(略) 五、计算题(解题思路与答案) 1. 已知某点绝对压强为80kN/m 2,当地大气压强p a =98kN/m 2。试将该点绝对压强、相对压强和真空压强用水柱及水银柱表示。 解: 用水柱高表示 (1)该点绝对压强:8.16mH 2o (2)该点相对压强:-1.84mH 2o (3)该点真空压强:1.84mH 2o 用水银柱高表示

(1)该点绝对压强:599.1mm H g (2)该点相对压强:-135.4 mm H g (3)该点真空压强:135.4 mm H g 2. 一封闭水箱自由表面上气体压强p 0=25kN/m 2,h 1=5m ,h 2=2m 。求A 、B 两点的静水压强。 解:由压强基本公式gh p p ρ+= 0求解 A p = 7.551 mH 2o (74 kN/m 2) B p = 4.551 mH 2o (44.6 kN/m 2) 3 如图所示为一复式水银测压计,已知m 3.21=?,m 2.12=?, m 5.23=?,m 4.14=?,m 5.15 =?(改为3.5m)。试求水箱液面上的绝 对压强0p =?

第七章粘弹性课后习题

第七章 粘弹性 一、思考题 1.何谓高聚物的力学性能?从承载速度区分,力学性能可分为哪几类? 2.何谓粘弹性?何谓Boltzmann 叠加原理?何谓时温等效原理? 3.粘弹性实验一般有哪些?何谓应力松弛和蠕变?什么是松弛模量和蠕变柔 量?松弛时间与推迟时间有何异同? 4.什么是高聚物的力学滞后和内耗?表征高聚物动态粘弹性的参量有哪些?用 什么参量描述其内耗大小? 5.如何由不同温度下测得的E-t 曲线得到某一参考温度下的叠合曲线?当参考 温度分别取为玻璃化温度和玻璃化温度以上约50℃时,WLF 方程中的21C C 、应分别 取何值?哪一组数据普适性更好? 6.粘弹性力学模型中的基本元件和基本连接方式有哪些?它们有何基本关系 式?写出Maxwell 模型和Voigt 模型的基本微分方程。广义Maxwell 模型和广义 Voigt 模型分别适用于描述高聚物在什么情况下的性质? 二、选择题 1.高聚物的蠕变与应力松弛的速度 ( ) ○1与温度无关 ○2随着温度增大而减小 ○3随着温度增大而增大 2.用g T 为参考温度进行t E 曲线时温转换叠加时,温度低于g T 的曲线,其lg αT 值为 ( ) ○1正,曲线向右移动 ○2负,曲线向左移动 ○3负,曲线向右移动 ○4正,曲线向左移动 3.高聚物发生滞后现象的原因是 ( ) ○1高聚物的弹性太大 ○2运动单元运动时受到内摩擦力的作用 ○3高聚物的惰性大 4.V oigt 模型可用于定性模拟 ( ) ○1线性高聚物的蠕变 ○2交联高聚物的蠕变 ○3线型高聚物的应力松弛 ○4交联高聚物的应力松弛 5.Maxwell 模型可用于定性模拟 ( ) ○1线型高聚物的蠕变 ○2交联高聚物的蠕变

流体力学模拟试题及答案(一)

水力学模拟试题及答案(一) 1、选择题:(每小题2分) (1)在水力学中,单位质量力是指() 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、相交; d、正交。 答案:d (3)液体中某点的绝对压强为100kN/m2,则该点的相对压强为 a、1 kN/m2 b、2 kN/m2 c、5 kN/m2 d、10 kN/m2 答案:b (4)水力学中的一维流动是指() a、恒定流动; b、均匀流动; c、层流运动; d、运动要素只与一个坐标有关的流动。 答案:d (5)有压管道的管径d与管流水力半径的比值d /R=() a、8; b、4; c、2; d、1。 答案:b (6)已知液体流动的沿程水力摩擦系数 与边壁相对粗糙度和雷诺数Re都有关,即可以判断该液体流动属于 a、层流区; b、紊流光滑区; c、紊流过渡粗糙区; d、紊流粗糙区 答案:c (7)突然完全关闭管道末端的阀门,产生直接水击。已知水击波速c=1000m/s,水击压强水头H = 250m,则管道中原来的流速v0为 a、1.54m b 、2.0m c 、2.45m d、3.22m 答案:c (8)在明渠中不可以发生的流动是() a、恒定均匀流; b、恒定非均匀流; c、非恒定均匀流; d、非恒定非均匀流。 答案:c (9)在缓坡明渠中不可以发生的流动是()。 a、均匀缓流; b、均匀急流; c、非均匀缓流; d、非均匀急流。 答案:b (10)底宽b=1.5m的矩形明渠,通过的流量Q =1.5m3/s,已知渠中某处水深h = 0.4m,则该处水流的流态为 a、缓流; b、急流; c、临界流;

流体力学考试试题附答案汇总

、单项选择题 1. 与牛顿内摩擦定律有关的因素是(A) A压强、速度和粘度;B流体的粘度、切应力与角变形率; 2C切应力、温度、粘度和速度;D压强、粘度和角变形。 2. 流体是一种(D)物质。 A不断膨胀直到充满容器的;B实际上是不可压缩的; C不能承受剪切力的; D在任一剪切力的作用下不能保持静止的。0年考研《(毛中 3. 圆管层流流动,过流断面上切应力分布为(B) A. 在过流断面上是常数; B.管轴处是零,且与半径成正比; C. 管壁处是零,向管轴线性增大; D. 按抛物线分布。2014年考研《政治》考前点题(毛中特) 4. 在圆管流中,层流的断面流速分布符合(C) A. 均匀规律; B.直线变化规律; C. 抛物线规律; D.对+曲线规律。 5. 圆管层流,实测管轴线上流速为4m^ s,则断面平均流速为() A. 4m /s ; B. 3.2m /s ; C. 2m / s ; D. 1m /s o 2014年考研《政治》考前点题(毛中特)

6. 应用动量方程求流体对物体的合力时,进、出口的压强应使用 () A绝对压强B相对压强C大气压D真空度

7. 流量为Q,速度为v 的射流冲击一块与流向垂直的平板,则平 板受到的冲击力为() 2 2 A Qv B Qv C p Qv D p Qv 8. 在(D )流动中,伯努利方程不成立。 (A )定常(B )理想流体(C )不可压缩(D )可压缩 9. 速度水头的表达式为(D ) (A )画h (B )字(C )斗(D )園 10. 在总流的伯努利方程中的速度 v 是(B )速度。 (A )某点(B )截面平均(C )截面形心处(D ) 截面上最 大2014年考研《政治》考前点题(毛中特) 11. 应用总流的伯努利方程时,两截面之间( D )。 (A )必须都是急变流(B )必须都是缓变流 (C )不能出现急变流(D )可以出现急变流 12. 定常流动是(B ) 2014年考研《政治》考前点题(毛中特) A.流动随时间按一定规律变化; B. 流场中任意空间点的运动要素不随时间变化; C. 各过流断面的速度分布相同; D. 各过流断面的压强相同。 2014年考研《政治》考前点题(毛中特) 13.非定常流动是 ( ) .:u ;s D.- :S

流体力学典型例题及答案

全国2002年4月高等教育自学考试 工程流体力学试题 课程代码:02250 一、单项选择题(每小题1分,共20分)在每小题列出的四个选项中只有一个选项是符合题目要求的,请将正确 选项前的字母填在题后的括号内。 1.若流体的密度仅随( )变化而变化,则该流体称为正压性流体。 A.质量 B.体积 C.温度 D.压强 2.亚声速流动,是指马赫数( )时的流动。 A.等于1 B.等于临界马赫数 C.大于1 D.小于1 3.气体温度增加,气体粘度( ) A.增加 B.减小 C.不变 D.增加或减小 4.混合气体的密度可按各种气体( )的百分数来计算。 A.总体积 B.总质量 C.总比容 D.总压强 5.某单位购买了一台提升汽车的油压升降机(如图一所示),原设计操纵方法是:从B管进高压油,A管排油时 平台上升(图一的左图);从A管进高压油,B管排油时平台下降。在安装现场工人不了解原设计意图,将A、B两管联在一起成为C管(图一的右图)。请你判断单靠一个C管通入高压油或排油,能操纵油压机升降吗? 你的判断:( ) A.可以 B.不能动作 C.能升不能降 D.能降不能升 6.在一个储水箱的侧面上、下安装有两只水银U形管测压计(如图二),当箱顶部压强p0=1个大气压时,两测压 计水银柱高之差△h=h1-h2=760mm(Hg),如果顶部再压入一部分空气,使p0=2个大气压时。则△h应为( ) A.△h=-760mm(Hg) B.△h=0mm(Hg) C.△h=760mm(Hg) D.△h=1520mm(Hg) 7.流体流动时,流场各空间点的参数不随时间变化,仅随空间位置而变,这种流动称为( ) A.定常流 B.非定常流 C.非均匀流 D.均匀流 8.流体在流动时,根据流体微团( )来判断流动是有旋流动还是无旋流动。 A.运动轨迹是水平的 B.运动轨迹是曲线

粘弹性流体的流动和传热传质研究

推荐国家自然科学奖项目公示 项目名称粘弹性流体的流动和传热传质研究 推荐单位教育部 推荐单位意见: 我单位认真审阅了该项目推荐书及附件材料,确认全部材料真实有效,相关栏目均符合国家科学技术奖励工作办公室的填写要求。 该项目首次提出了根据本构关系计算多孔介质内粘弹性流体流动阻力的新方法,建立了粘弹性流体在多孔介质内非定常流动的新模型,丰富了非牛顿流体力学的新理论;发现了多物理场耦合效应下粘弹性流体在多孔介质内对流发生的新模态、新判据,揭示了粘弹性流体在多孔介质内自然对流的演化规律;将分数阶微积分引入到粘弹性流体力学的研究中,首次构建了粘弹性流体广义分数阶单元的网络表述模式,建立了粘弹性流体力学问题的新理论;建立了钙火花空间反常扩散的力学模型,成功解释了“钙火花峰宽”悖论,发现了钙离子在细胞内反常扩散的新机制,填补了空间次扩散的空白。 对照国家自然科学奖授奖条件,推荐该项目申报2017年度国家自然科学奖二等奖。

项目简介: 本项目属于流体力学领域的核心关键基础问题。现实中许多化学流体、生物流体、智能流体等都是典型的粘弹性流体,粘弹性流体的流动问题与石油开采、地下水污染修复、心血管疾病防治等工程应用密切相关,是我国能源、环保、健康领域重点关注的关键力学问题。同时,由于粘弹性流体的本构关系复杂且具有多样性,其流动特征更加具有复杂性、非线性、不稳定性,因此,粘弹性流体力学一直是流体力学的研究热点和难点之一。本项目对粘弹性流体的流动与传热传质进行了系统深入的研究,做出了一系列原创性贡献,获得了一批创新性成果: 1、首次提出了根据本构关系计算多孔介质内粘弹性流体流动阻力的新方法,克服了以往用Darcy定律估算流动阻力时没有考虑流体弹性特征的缺点,建立了粘弹性流体在多孔介质内非定常流动的新模型,发现了速度震荡、速度阶跃和速度超射等新现象; 2、发现了多物理场耦合效应下粘弹性流体在多孔介质内热对流发生的新模态和新判据,阐明了其发生的物理机制,得到了粘弹性流体在多孔介质内对流传热效率的标度律,揭示了粘弹性流体在多孔介质内自然对流的演化规律; 3、将分数阶微积分引入到粘弹性流体力学的研究中,首次构建了粘弹性流体广义分数阶单元的网络表述模式,提出了离散求分数阶拉普拉斯逆变换的方法,发现了粘弹性流体启动流的涡量函数依赖于速度剖面的时间历程, 而这种时间历程是可以用分数阶微积分来刻画的; 4、考虑了细胞液的粘弹性,建立了钙火花反常扩散的力学模型,成功解释了“钙火花峰宽”悖论,发现了钙离子在细胞内扩散的新机制;同时,首

一类粘弹性流体模型与数值分析的分析

一类粘弹性流体模型与数值分析的分析

摘要 粘弹性流体问题一直是流体力学和理论数学研究的一个重要问题.本文主 要研究一类粘弹性流体的数学模型.耳POldroyd—B型流体的数学模型.这类数 学模型一直以来都是众多科学家感兴趣的研究内容,均归结为偏微分方程(组)的求解,因此,研究具有高效率高精度的算法是很有必要的.在本文 中我们提供了几种解决两类偏方程的数学方法.文章主要内容如下j 本文第一章介绍了非牛顿流体力学及相关数值分析综述.第二章着重讨论 了基于Oldroyd随体时间导数的01droyd-B型流体的数学模型的本构方程的 建立、求解,并最终给出了此类方程l级、2级变分一解析解,同时,我们还在 两个特殊情形(常压力梯度和周期性压力梯度)下,讨论了该变分一解析解具体表 达形式. 第三章主要工作是应用混合有限元、最小二乘混合有限元和V循环多重网格 法去解决Oldroyd B型流体流动问题.一方面,我们将混合有限元方法应用于求 解非定常型的服从Oldroyd B型本构律的黏弹性流体流动问题.另一方面,我们将 运用混合有限元方法、最小二乘混合有限元方法和Y循环多重网格法去逼近 Oldroyd B型流体流动问题,并讨论了逼近解与真解的误差估计和收敛性.其主要 内容如下:讨论用混合有限元方法去研究01droyd B型流体流动问题的解的存在 唯一性,并给出了逼近解的误差估计;介绍应用混合有限元的最小二乘法去逼近01droyd B型流体流动问题,并讨论了逼近解的收敛性;讨论01droyd B型流体 流动问题的V循环多重网格格式,并给出了迭代解的存在唯一性和误差估计.本文第四章的主要目的就是研究一类非对称椭圆问题的最小二乘混合有限 元方法的超收敛现象.特别是对一般的非自共扼二阶椭圆边值问题,我们讨论了其最小二乘混合元解的存在唯一性及超收敛性.在第五章中,我们分别对半线性反应扩散问题和非线性反应扩散问题的扩张混合有限元方法给出了几个两层网格方法,并对它们的收敛性进行了分析.关键词:Oldroyd—B型流体,反应扩散方程,有限元,混合有限元,超收敛,误差估计

流体力学考试判断(附答案)

. 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。(×)

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