2013年10月全国自考流体力学白皮书题库(二)_百度文库
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2013年10月全国自考流体力学白皮书题库(二)
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你可能喜欢第五章相似原理与量纲分析；对于复杂的实际工程问题，直接应用基本方程求解，在；第一节流动相似；原型：天然水流和实际建筑物称为原型；模型：通常把原型（实物）按一定比例关系缩小（或放；水力学模型试验：是依据相似原理把水工建筑物或其它；水力学模型试验的目的：利用模型水流来模拟和研究原；关键问题：模型水流和原型水流保持流动相似；流动相似：两个流动的相应点上的同名物理量
第五章 相似原理与量纲分析
对于复杂的实际工程问题，直接应用基本方程求解，在数学上极其困难，因此需有赖于实验研究来解决。本章主要阐述有关实验研究的基本理论和方法，包括流动相似原理，相似准则，量纲和谐原理及量纲分析方法等。
原型：天然水流和实际建筑物称为原型。
模型：通常把原型（实物）按一定比例关系缩小（或放大）的代表物，称为模型。
水力学模型试验：是依据相似原理把水工建筑物或其它建筑物的原型按一定比例缩小制成模型，模拟与天然情况相似的水流进行观测和分析研究，然后将模型试验的成果换算和应用到原型中，分析判断原型的情况。
水力学模型试验的目的：利用模型水流来模拟和研究原型水流问题。
关键问题：模型水流和原型水流保持流动相似。
流动相似：两个流动的相应点上的同名物理量（如速度、压强、各种作用力等）具有各自的固定比例关系，则这两个流动就是相似的。
模型和原型保证流动相似，应满足：
初始条件和边界条件相似
1.几何相似
几何相似：指原型和模型两个流场的几何形状相似，即原型和模型及其流动所有相应的线性变量的比值均相等。
长度比尺：
面积比尺：
体积比尺：
2. 运动相似
运动相似：是指流体运动的速度场相似，也即两流场各相应点（包括边界上各点）的速度u及加速度a方向相同，且大小各具有同一比值。
速度比尺：
加速度比尺：
3.动力相似
动力相似：是指两流动各相应点上流体质点所受的同名力方向相同，其大小比值相等。
力的比尺：
4.初始条件和边界条件的相似
初始条件：适用于非恒定流。
边界条件：有几何、运动和动力三个方面的因素。如固体边界上的法线流速为零，自由液面上的压强为大气压强等 。
流动相似的含义：
几何相似是运动相似和动力相似的前提与依据；
动力相似是决定二个液流运动相似的主导因素；
运动相似是几何相似和动力相似的表现；
凡流动相似的流动，必是几何相似、运动相似和动力相似的流动。
想一想：两恒定流流动相似应满足哪些条件？答：应满足几何相似，动力相似，运动相似及边界条件相似。
动力相似准则
动力相似准则：在两相似的流动中，各种力之间保持固定不变的比例关系。
流体运动状态的改变是惯性力和其他各种作用力相互作用的结果。因此，各种作用力之间的比例关系应以惯性力为一方来相互比较。
判断：惯性力是所有外力的矢量和。 你的回答：错
根据动力相似有 λF= λ
牛顿数，即
所以两个相似流动的牛顿数应相等，这是流动相似的重要标志和准则，称为牛顿数相似准则。
完全的动力相似，要求惯性力与其他力比值都相等，但实际上不可能达到，所以常选一个对流动起决定作用的力给予满足。
想一想：牛顿相似准则说明了完全的动力相似。
1.雷诺（粘滞力）准则
式中： L――为流场中的特征线性长度。
Re――雷诺数
当粘滞力起主要作用时，动力相似有：
适用范围：主要受水流阻力即粘滞力作用的流体流动，凡是有压流动，重力不影响流速分布，主要受粘滞力的作用，这类液流相似要求雷诺数相似。另外，处于水下较深的运动潜体，在不至于使水面产生波浪的情况下，也是以雷诺数相等保证液流动力相似。如层流状态下的管道、隧洞中的有压流动和潜体绕流问题等。
算一算：如模型比尺为1:20，考虑粘滞力占主要因素，采用的模型中流体与原型中相同，模型中流速为50m/s，则原型中的流速为2.5m/s。
问题： 进行水力模型实验，要实现有压管流的动力相似，应选的相似准则是：
A.雷诺准则；
B.弗劳德准则；
C.欧拉准则；
D.其他准则。
问题： 雷诺数的物理意义表示：
A.粘滞力与重力之比；
B.重力与惯性力之比；
C.惯性力与粘滞力之比；
D.压力与粘滞力之比。
问题：压力输水管模型实验，长度比尺为8，模型水管的流量应为原型输水管流量的：
2.弗汝德（重力）准则
当重力起主要作用时，动力相似有：
适用范围：凡有自由水面并且允许水面上下自由变动的各种流动（重力起主要作用的流动），如堰坝溢流、孔口出流、明槽流动、紊流阻力平方区的有压管流与隧洞流动等。
问题：进行水力模型实验，要实现明渠水流的动力相似，应选的相似准则是：
A.雷诺准则；
B.弗劳德准则；
C.欧拉准则；
D. 其它准则。
问题： 明渠水流模型实验，长度比尺为4，模型流量应为原型流量的:
D. 1／32。
问题：长度比尺λL=50的船舶模型，在水池中以1m/s的速度牵引前进，测得波浪阻力为0.02N，则原型中需要的功率Np为：A.2.17kW；
B.32.4kW；
C.17.8kW；
D.13.8kW。
问题： 设模型比尺为1:100，符合重力相似准则，如果模型流量为100cm/s，则原型流量为多少cm/s？
3.欧拉准则
流体流动以动水总压力为主要作用力的情况：
当压力起主要作用时，动力相似有：
问题1：进行水力模型实验，要实现有压管流的动力相似，应选择的相似准则是：
A.雷诺准则；
B.弗劳德准则； C.欧拉准则。
判断：当运动流体主要受粘滞力和压力作用时，若满足雷诺准则，则欧拉相似准则会自动满足。对
一般，两液流的雷诺数相等，欧拉数也相等；两液流的弗汝德数相等，欧拉数也相等。只有出现负压或存在气蚀情况的液体，才需考虑欧拉数相等来保证液流相似。
4.韦伯准则
表面张力为主导作用力时的相似准则：
当表面张力起主要作用时，动力相似有：
想一想：欧拉数与韦伯数的物理意义是什么？答：欧拉数是压力为主要作用力的时候的相似准数，表征压力与惯性力之比，两流动欧拉数相等则压力相似。韦伯数是表明张力为主导作用力时的相似准数，表征惯性力与表面张力之比，两流动韦伯数相等则表面张力相似。
弹性力为主导作用力时的相似准则（例水击现象）：
――流体声速
――弹性模量
当弹性力起主要作用时，如水击，空气动力学中的亚音速或超音速运动等，动力相似有：
6.斯特哈罗数（时间准则）
斯特哈罗数：非恒定流体
流动中，当地加速度
惯性作用之比。
，这个加速度所产生的惯性作用与迁移加速度的
判断：对于恒定流也应考虑斯特哈罗数准则。
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