[工学]流体力学讲义.doc
《[工学]流体力学讲义.doc》由会员分享,可在线阅读,更多相关《[工学]流体力学讲义.doc(62页珍藏版)》请在三一文库上搜索。
1、 建国60周年最具影响力远程教育品牌、最具诚信网络教育机构、十佳网络教育机构 自考 | 会计从业资格 | 会计职称 | 注册会计师 | 计算机等级考试 | PETS 流体力学串讲课程介绍一、课程的设置、性质及特点流体力学课程是研究流体机械运动规律及其应用的科学,是力学的分支学科,是全国高等教育自学考试建筑工程专业必考的一门专业基础课。本课程的学习目的在于使学生掌握流体运动的基本概念、基本理论和基本计算方法。促使学生在掌握物理概念的基础上注重理论联系实际,具备对简单系统进行定性分析的能力,学以致用,为认识建筑工程与大气和水环境的关系,从事技术工作的适应能力和创新能力打下基础。考试中的题型规范有序
2、,试题难度降低,三大守恒定律贯穿考题,学员在学习的过程中要熟练掌握教材中典型的例题。本课程的性质及特点:1建筑工程专业的一门专业基础课,为后续专业课学习及实际应用打下了必要的基础; 2本课程的理论基础部分是前四章,分别是绪论、流体静力学、流体动力学基础、流动阻力和水头损失,其余各章是基础理论在各典型流动条件下的应用,分别是孔口、管嘴出流和有压管流、明渠流、堰流、渗流等,三大守恒定律贯穿整个教材。二、教材的选用本课程所选用教材是全国高等教育自学考试指定教材,该书由刘鹤年教授主编,武汉大学出版社出版(2006版)。三、章节体系 1本书可以从基础理论知识和各种典型流动条件的实际应用两方面来讲解: (
3、1)基础理论知识介绍:第一章 绪论(流体力学概述、作用在流体上的力及流体的主要物理性质)第二章 流体静力学(静压强的特性、静压强的分布规律以及作用在平面上和作用曲面上的静水总压力的计算)第三章 流体动力学基础 (流体运动的描述、欧拉法的概念以及应用连续性方程、能量方程和动量方程分析计算总流运动)第四章 流动阻力和水头损失(粘性流体的两种流态,及各自在管道或渠道内流动的阻力规律和水头损失的计算方法)(2)典型流动条件的实际应用:第五章 孔口、管嘴出流和有压管流(孔口、管嘴出流和有压管流的水力特点,基本公式及水力计算,有压管流中的水击现象)第六章 明渠流动(明渠流动的特点,明渠均匀流的水力计算和棱
4、柱形渠道非均匀渐变流水面曲线分析)第七章 堰流(堰流的水力特征,各种堰型的特点及水力计算)第八章 渗流(渗流的基本概念及普通井和自流井的水力计算)最后一章是量纲分析和相似原理,要点是量纲和谐原理和量纲分析方法、相似准则及模型试验。考情分析一、历年真题的分布情况(一)知识点分布从近几年真题试卷来看,考试内容覆盖了教材九章的全部内容。单选题和填空题覆盖面最广,基本上每章都能涉及,主要依据知识点的可考性而定。名词解释题主要是考查学生掌握基本概念的能力。名词解释意在掌握教材中的典型概念。简单应用题是对教材中简单的流动条件下的实际应用的计算和作图。计算题每年出题的章节不一样,占有30%的分量,但主要是连
5、续性方程、能量方程及动量方程解决典型流动条件下的实际应用。从整体来看,教材9章内容知识点分布不均匀,重点章节也是考点最多的主要分布在第2章,第3章,第4章,第5章,第6章,第1章、第7章、第8章及第9章相对来说是知识点考查较少,计算大题不常见,但往年也涉及到。结论:在全面阅读教材的基础上,掌握重点章节内容,着重掌握连续性方程、能量方程及动量方程解决典型流动条件下的实际应用。(二)试题难度从试题难度来看,可以分为易、较易、较难和难四个等级。试卷中不同难度试题的分数比例一般为2:3:3:2。对于重点知识每年都会重复出现,只是以不同的形式,或者考查不同的内容。虽然每年均有偏题出现,一般是属于课程涉及
6、的较细的内容,但所占比例较低,属于正常情况。总体而言,试题难度中等。二、历年真题结构分析及答题技巧(一)单选题(10题2分=20分)基础理论知识(2011:1-4)例:4输油管道直径为0.1m,流动为层流状态,实测管轴流速0.8m/s,通过的流量为()A0.314L/sB0.628L/sC3.14L/sD6.28L/s【答案】C【解析】知道圆管中的层流运动,过流断面上流速呈抛物线分布,所以平均流速是最大流速的一半,公式,答案是C。典型流动条件的实际应用例:5从水管末端突然关阀开始,水击波传播过程中,四个阶段的传播波依次是()A增压、减压、减压、增压 B减压、增压、减压、增压C增压、减压、增压、
7、减压D减压、增压、增压、减压【答案】A【解析】有压管道中水击波的传播过程。第一阶段,增压波从阀门向管道进口传播,处于增压状态;第二阶段,减压波从管道进口向阀门传播,处于减压状态;第三阶段,减压波从阀门向管道进口传播,处于减压状态;第四阶段,增压波从管道进口向阀门传播,处于增压状态。例:9当堰上水头H=0.050.25m时,顶角为90的三角形薄壁堰的流量Q与H的关系是( )A.Q H1.0B.Q H1.5C.Q H2.0D.Q H2.5【答案】D【解析】当用矩形薄壁堰量测流量时,为小流量时,堰上水头很小,不宜准确测量,需要采用三角形堰。顶角,三角薄壁堰的流量可以按下式计算:当时,当时,计算公式和
8、宽顶堰一样。单选题的解题技巧:要求考生能够对教材中的重要知识点诸如定义、基本概念、性质、主要公式、重要结论等有清晰准确的认识,并能做出正确的选择来解决此部分考题的问题。(二)填空题(10题2分=20分)更多的是性质、主要公式、重要结论的分析和简单计算的考核。14流体由直管流入断面很大的容器时,其局部水头损失系数=_。【答案】1【解析】突然扩大管的局部水头损失系数:或,流体由管道流入很大的容器时,作为突然扩大管的特例,17水力最优梯形断面的水力半径Rh与水深h的比值为_。【答案】1/2【解析】明渠均匀流中,在任何边坡系数m的情况下,水力最优梯形断面的水力半径Rh为水深h的一半。填空题的解题技巧:
9、结论,答题能否正确,关键还是对课程内容和基本概念的把握程度。对教材中基本知识点把握,将教师提示的易考点掌握即可解决此难点。(三)名词解释(5题,计15分)分布于大纲中需要领会、识记、简单应用和综合应用的内容;24.简单管道【答案】沿程直径不变、流量也不变的管道称为简单管道。【解析】P128,不仅要知道长管的定义,还要知道长管的水力计算,知道哪种现象属于长管。(四)简答题(3题,计15分)简答题:更多的是来自于大纲第3章、第7章、第8章、第9章中的领会、识记、简单计算求流量和流速的题。26如图所示输水管经三通管分流。已知管径分别为d1=200mm、d2=100mm和d3=150mm,断面平均流速
10、分别是v1=2m/s和v2=1.5m/s,试求断面平均流速v3.【答案】 m/s【解析】该题考查的是流量的概念和连续性方程。利用连续性方程,又知并联管路中,即,圆管的面积,把已知条件带入上式得出 m/s。简单题的解题技巧:不要止步于听明白的阶段,还要善于理解情况下的归纳。(五)计算题(3题10分=30分)30.图示为压力输水管道的渐变段。已知管道直径分别为d1=1.5m,d2=1.0m,压力表读数pM=300kPa,流量Q=2.5m3/s,若不计水头损失,试求渐变段支座受到的轴向力。解:根据已知条件,应用连续性方程,可以得出两个断面的流速为m/s,m/s。取1-1,2-2断面列伯努利方程为:(
11、其中,)得到应用动量方程:解出计算题的解题技巧:熟练掌握连续性方程、能量方程及动量方程。每年的试卷都有此类计算大题,而且三大守恒方程贯穿整个教材和大纲,要明确透彻而且会分析应用。要求多练习。三、学习方法1.对这门课程学习之前要对教材浏览一遍,了解学习的大致内容及结构,以便在今后的学习工程中相互联系。在学习时要做好笔记来加强记忆,还要积极思考,同时结合相关辅导书的练习题,做完题要注意分析总结,巩固所学的知识,考生一定要以考试大纲和教材作为学习的依据,掌握教材的知识点,从历年命题特点看,抓住教材是根本。2. 合理安排复习时间,“趁热打铁”,当天学习的功课当天必须复习,要巩固复习,一定要克服不看书复
12、习就做作业,把书当成工具书查阅的不良习惯。广泛采用综合复习方法,即通过找出知识的左右关系和纵横之间的内在联系。综合复习具体可分“三步走”:首先是统观全局,浏览全部内容,通过唤起回忆,初步形成完整的知识体系印象,其次是加深理解,对所学内容进行综合分析,最后是整理巩固。3.最后把课本从头到尾精读三遍,遍布教材的每一个角落,甚至是认为不太重要的细节问题都是考点,进行识记,然后把重要的知识点在脑海中过滤一遍,争取做到“张口就来”,达到把书学薄,在学厚的境界。内容串讲第一部分 理论基础知识(Ch14)第一章 绪论常见考点1.流体的基本特征2.流体的连续介质假设3.作用在流体上的力4.流体的主要物理性质第
13、一节 流体力学及其任务1.流体的基本特性具有流动性,是流体区别固体的特征。2.连续介质假设(考点1)连续介质假设:把流体当做是由密集质点构成的、内部无空隙的连续体来研究,这里所说的质点是指大小同所有流动空间的相比微不足道,又含有大量分子,具有一定质量的流体微元。【例题填空题】连续介质假设是( )【答案】连续介质假设:把流体当做是由密集质点构成的、内部无空隙的连续体来研究。【解析】按照连续介质假设,流体中的物理量都可以视为空间坐标和时间变量的函数。第二节 作用在流体上的力1.作用在流体上的力(考点2):(1)表面力,分别是剪应力和压应力(2)质量力,重力是常见的质量力,惯性力也归为质量力。单位质
14、量力:如作用在流体上的质量力只有重力,此时单位质量力为g,方向向下。【例题单选题】下列属于质量力的是( )A.剪切力B.压力C.重力D.表面张力【答案】C 【解析】该题考查质量力包含的内容。质量力,重力是常见的质量力,惯性力也归为质量力。如作用在流体上的质量力只有重力,此时单位质量力为g,方向向下。第三节 流体的主要物理性质流体的主要物理性质包括:惯性,粘性及压缩性和膨胀性。1.惯性水的密度为1000 kg/m3,水银的密度为13600kg/m3,0空气的密度为1.29 kg/m3。2.牛顿内摩擦定律(粘性定律)(考点3)流体内部相邻流层间存在着剪切力,即内摩擦力这就是粘性的表象。粘性是流体的
15、内摩擦特性。动力粘性系数:是反映流体粘滞性大小的系数。单位: Pas运动粘性系数:/ 物理单位: m2/sdyyudu牛顿内摩擦定律(粘性定律):流体的内摩擦力T 与流速梯度成比例,与流层的接触面积A成比例,与流体的性质有关,与接触面上的压力无关。即以应力表示为:液体运动时,流体因粘性产生的内摩擦力与微团的剪切变形速度成正比。【例题单选题】如下图所示,一平板在油面上作水平运动。已知平板运动速度=lms,平板与固定边界的距离为=5mm,油的动力粘度=0.1Pas,则作用在平板单位面积上的粘滞阻力为( )A.10paB.15PaC.20PaD.25Pa【答案】C 【解析】该题考查的是牛顿内摩擦定律
16、的内容。牛顿内摩擦定律,因为油层内流速分布按直线分布,故 Pa正确答案是C选项。【例题填空题】粘性是( )【答案】粘性是流体在运动过程中出现阻力,产生机械能损失的根源,粘性是流体的内摩擦特性。粘性是对流体运动有重要影响的固有属性。 【解析】该题考查的是粘性的定义。粘性是流体的内摩擦特性。粘性是对流体运动有重要影响的固有属性。 粘度的影响因素 (1)液体:内聚力是产生粘度的主要因素,当温度升高,分子间距离增大,吸引力减小,因而使剪切变形速度所产生的切应力减小,所以m值减小。(2)气体:气体分子间距离大,内聚力很小,所以粘度主要是由气体分子运动动量交换的结果所引起的。温度升高,分子运动加快,动量交
17、换频繁,所以m值增加。3.压缩性和膨胀性(1)液体的压缩性和膨胀性压缩系数: m2/N体积V的变化可用密度的变化代换: 体积模量K:体积压缩系数的倒数 膨胀性:液体体积随温度升高而增大的性质膨胀系数 1/水的压缩性和膨胀性都很小,压强增加一个大气压,体积压缩率约为1/20000;在常温(10-20)下,温度升高1,体积膨胀率约为1.5/10000。(2)气体的压缩性完全气体状态方程 pvRT, R=8314/M(J/kgK),空气的气体常数287J/kgK。【例题单选题】不可压缩流体的特征是( )A.温度不变B.密度不变C.压强不变D.粘度不变【答案】B 【解析】该题考查的是不可压缩流体。不可
18、压缩流体,是指流体的每个质点在运动全过程中,密度不变化的流体。对于均质的不可压缩流体,密度时时处处都不变化,即为常数。所以正确答案是B选项。第二章 流体静力学常见考点1.静止流体中应力的特性2.液体静压强的分布3.液柱式测压计4.作用在平面上的静水总压力5.作用在曲面上的静水总压力第一节 静止流体中应力的特性1流体在静止状态下的力学规律,此时流体中只存在压应力。【例题单选题】流体在静止时()A既可以承受压力,也可以承受剪切力B既不能承受压力,也不能承受剪切力C不能承受压力,可以承受剪切力D可以承受压力,不能承受剪切力【答案】D 【解析】该题考查的是静止流体的受力。流体静止状态下,流体中只存在压
19、应力,所以正确答案是D选项。2.流体静压强的特性(1)流体静压强的方向沿作用面的内法线方向。流体具有易流动性,不能承受拉应力、切应力。(2)平衡流体中,沿各个方向作用于同一点的静压强的大小相等,与作用方向无关。即: p=p(x,y,z) px=py=pz=p第二节 流体平衡微分方程1. 流体平衡微分方程(即欧拉平衡微分方程): 物理意义:静止流体中,各点单位质量流体所受的表面力与质量力彼此相等。2. 等压面:流体中压强相等的空间点构成的面。通过平衡微分方程的综合式证明等压面与质量力正交。当质量力只有重力时,等压面是水平面;若除重力之外还有其它质量力作用,则等压面是与质量力的合力正交的非水平面。
20、第三节 重力作用下液体静压强的分布(考点4)1.流体静力学基本方程p=p0+gh特性:(1)静压强的大小与液体的体积无关。(2)两点的压强差,等于两点之间单位面积垂直液柱的重量。(3)处于平衡状态下的不可压缩流体中,液体内任意一点压强的变化,等值地传递到其他各点,即帕斯卡原理。2、压强的度量(1)绝对压强:是以绝对真空状态下的压强(绝对零压强)为基准计量的压强。(2)相对压强:是以当地大气压强为基准而计算的压强。可“”可“ ”,也可为“0”。(3)真空度:指某点绝对压强小于大气压强的数值。注意:计算时若无特殊说明,均采用相对压强计算。【例题填空题】绝对压强与相对压强之间相差一个_大气压。【答案
21、】当地 【解析】该题考查的是压强的度量。(1)绝对压强:是以绝对真空状态下的压强(绝对零压强)为基准计量的压强。(2)相对压强:是以当地大气压强为基准而计算的压强。所以答案是当地。【例题填空题】露天水池中,水面下0.6m深度处的相对压强为( )A.0.60KpB.1.47kPaC.2.94kPaD.5.88kPa【答案】D 【解析】该题考查的是流体静力学基本方程p=p0+gh的应用及压强的度量。露天水池,水面的相对压强为0,依据流体静力学基本方程p=p0+gh=0+1000Kg/m39.8m/s20.6m=5.88kPa。静压水头面ABZApA/ZBpB/测压管水头面pa/3、流体静力学基本方
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 工学 流体力学 讲义
链接地址:https://www.31doc.com/p-1977649.html