2023流体力学复习题答案.docx

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1、2022流体力学复习题答案第一章绪论1.流体与固体的物理性质都有哪些区别，什么是流体的易流动性？答：固体：形状、体积固定，能够承受拉、压、弯、剪、扭等外力， 在外力作用下产生相应形变；液体：体积固定，形状不定，不能承受拉力，具有表面张力；具有易 流动性气体：体积、形状都不固定，压缩性、膨胀性较大，不具有表面；具 有易流动性。流体的易流动性：静止的流体在微小切向力作用下将发生连续不断的 变形（相对运动），直到切向力消失为止的特性。2、液体与气体的物理性质都有哪些区别？答：宏观上：气体密度小，流动性好，易压缩；液体密度较气体大，流动性不如气体好，不易压缩。微观上：气体分子能够非常自由地振动和平动，

2、液体分子间距小、作用力较大，液体分子有振动和平动，但不如气体 分子自由度大。3、什么是流体微团，连续介质模型，该模型的引入对流体的研究有何意义?he：受压面形心点的淹没深度方向：垂直并指向受压面，即沿受压面的内法线方向；作用点D （压力中心）：yDyCICyCAyD：总压力作用点到0某轴的距离；yC：受压面形心点到0某轴的距离；IC：受压面对平行。某轴的形心轴的惯性矩。（2）图解法大小：等于压强分布图的面积S乘以受压面的宽度b,即PbS方向：垂直并指向受压面；作用点D （压力中心）：可由合力矩定理求得D离底边的距离e。9、作用于曲面上的静水总压力的大小、方向和作用点的确定。答：大小：静水总压力

3、的水平分力：P某ghAc某pAc某P某：曲面上总压力的水平分力A：曲面的垂直投影面积；某h：垂直投影面A某形心点的淹没深度; cp：垂直投影面A某形心点的压强c静水总压力的垂直分力：静水总压力：Pp2zgV （即压力体的液体重力）p某pz2方向：静水总压力P的作用线过曲面的曲率中心(圆心)与水平面的 夹角为，tanpzparctan某pzp某压力作用点D (压力中心)：通过P某作用线(通过A某压强分布图 形心)和Pz作用线(通过压力体的形心)的交点，做与水平面成角的直 线就是总压力作用线，该直线与曲面的交点为总压力作用点。10、什么是压力体、构成方法、如何判断并表示其实、虚？答：压力体是指由受

4、作用曲面到自由液面或自由液面的延伸面之间的 垂直柱体；压力体是由下列周界面所围成的封闭体：(1)受压曲面；(2)液面或液面延长面；(3)通过受压曲面的四个边缘向液面或液面的延长面所做的垂直面。压力体的实、虚表示：(1)液体和压力体位于曲面同侧，为实压力 体(PZ)(2)液体和压力体位于曲面异侧，为虚压力体(PZ) o第三章一元流体动力学基础1、描述流体运动的方法有哪些？其实质内容是什么？适用于流体的哪些运动答：描述流体运动的方法一般有拉格朗日法和欧拉法两种。拉格朗日法：研究每个流体质点的运动情况，并通过综合各个流体质 点的运动情况获得一定空间内整个流体的运动规律；实质是利用理论力学 中研究质点

5、系运动的方法，又称质点系法（质点追踪法），适用于云团、 台风、波浪等的运动。欧拉法：研究流场内固定空间点上液体质点的运动情况，又称定点观 测法，适用于流体的一般运动。2、什么是恒定流，非恒定流，流管，元流，总流？答：恒定流：流场中各空间点上流体质点的所有运动要素均不随时间 变化的流动；非恒定流：流场中各空间点上流体质点的运动要素随时间变化的流动;流管：在流场中垂直流动方向取环形曲面，过该区面上每一点的流线 所组成的管状结构；元流：充满以流管为边界的一束液流运动（流管内包含的所有流线的 集合）；总流：由无数个元流组成的整个液体运动（流场内所有元流的集合）。3、什么是流线和迹线，各自有何特点，相互

6、关系如何？答：流线：是表示某一瞬间液体运动的流速场内流动方向的曲线；迹线：是某一液体质点运动的轨迹线；流线特征：连续光滑曲线，流线不能断，既可能闭合也可能不闭合；不能交叉：流线的疏密程度表示该处流速大小；恒定流时液体质点运动的迹线与流线重合。4、什么是过水断面，流量，断面平均流速？答：过流断面：与元流或总流所有流线正交的横断面为过流断面，其 面积为A；流量：单位时间内通过某一过流断面液体的体积，用Q （m3或L）表 示；断面平均流速：假定在过流断面上液体质点都以同一速度V向前运 动,VQ/A。5、什么是均匀流和非均匀流，渐变流和急变流，均匀流的特征如何?答：对于一维流动，如果流动过程中运动要素

7、不随流程坐标S而改变, 这种流动称为均匀流；反之，为非均匀流。当流线之间的夹角较小或流线曲率半径较大，单个流线近似是平行直 线时，称为渐变流。反之，流线之间的夹角较大或流线曲率半径较小，这种非均匀流称为 急变流。均匀流特性：流线是平行直线、过流断面是平面，而且大小和形状都 是沿流程不变的；各个过流断面上流速分布情况相同，断面平均流速沿流 程不变；同一过流断面上各点动水压强的分布符合静水压强的分布规律。6、不可压缩流体恒定流连续性方程、依据及其物理意义？答：不可压缩流体恒定流连续性方程：V1A1V2A2该式表明通过恒定总流各过流断面的流量是相等的，其断面平均流速 与过流断面面积成反比。7、什么是

8、测压管、位置水头、压强水头、测压管高度、测压管水头, 它们的物理意义和相互关系怎样？答：测压管：是用同种液体的液柱高度 来测量液体压强的L型或U型玻璃管，它一端通大气，另一端与被测点相 连。位置水头：指液体某点在基准面以上的高度（z）,可直接测量；压强水头（测压管高度）：测压管液面到被测点的高差，hpg测压管水头是指位置水头与压强水头的总和。物理意义：位置水头表示单位重量液体具有的重力势能（位能）压强水头表示单位重量液体具有的压强势能（压能）测压管水头单位重量液体具有的全部势能。相互关系：测压管水头二位置水头+压强水头。8、实际液体恒定总流的能量方程及其各项的物理及几何含义？答：实际 液体恒定

9、总流的能量方程：Z1 p11 v12g2gZ2p2g2v22g2hw物理意义几何意义Z位置势能（位能）位置水头（位头） pg压强势能（压能）压强水头（压头）v22g流速动能（动能）速度水头hw能量损失水头损失9、什么是动能修正系数、动量修正系数，它的大小决定因素是什么？ 如何变化？答：动能修正系数：audAvAA323它的大小取决于过流断面上流速分布的均匀程度，流速分布越不 均匀其值越大，对于渐变流，一般a =1.051. 10,为简便计算常取 a二1。动量修正系数：udAvAA2大小取决于过流断面上流速分布的均匀程 度,渐变流中取1.021.05,110、什么是总水头线、测压管水头线，它们的

10、特点和相互关系怎样？答：测速管水头所连成的线称为总水头线。测压管水头所连成的线称为测压管水头线。相互关系：（1）总水头线是一条下降直线；（2）长直管路（动能不变）总水头线与测压管水头线平行；（3）总水头线永远高于管道轴线，而测压管水头线可能低于管道轴 线.（4）总水头线和测压管水头线之间的间距为速度水头。11、恒定总流能量方程的应用条件有哪些？答：（1）恒定流，不可压缩流体（P=c,气体v68nl(2)质量力只有重力(运动加速度很小)；(3)所取得过流断面应该在渐变流或均匀流区域；(4)所取得过流断面间除了水头损失外没有其他的机械能输入；(5)所取得过流断面间没有能量的汇入和分出，即总流的能量

11、沿流 程不变。12、流体力学实验的测量仪器有哪些、作用是什么？答：(1)测压管：测量液体内部某点的压强(静压或动压)；(2)水银差压计：测两断面间的压强差；(3)文丘里流量计(孔板流量计)：测量管道中流量的大小；(4)测速管：测量水流在通过过水断面某点时的速度；(5)温度计、压力表、真空表、13、恒定总流的动量方程及其应用条件？答：恒定总流的动量方程：F某Q(2v2某Ivl某)应用条件：(1)不可压缩流体恒定流；(2)两端的控制断面必须选在渐变均匀流或均匀流区域，但两个断 面之间可有急变流存在；(3)在所取得控制体中有动量流入和流出的过流断面只有一个。14、什么是控制面、控制体，确定他们的意义

12、是什么？答：控制面：由总流上、下游过流断面及其与周围环境的接触面所围成的封闭曲面。意义：作用于控制断面上的力就是表面力。控制体：控制面所包围的液体。意义：作用于控制体上的力即为质量力。15、恒定气流能量方程的两种表达式及其应用条件、各项的含义？答：恒定气流能量方程式：(1) gZ1p1) ； 122gZ2p2222p 11222 (2) p1122g(a) (Z2Z1)p22pl12适用于：高差较大，气体密度和空气密度不等的情况下，必须考虑大 气压强因高度不同的差异。各项含义：pl, p2称为静压(相对压强)g(a)(Z2Zl)称为位压22,222称为动压第四章流动阻力和能量损失1、水流阻力产

13、生的原因有哪些，根据其产生的部位不同水流的阻力 又分为那些，其特点是什么？答：水流阻力产生的原因：内因是流体具有粘性；外因是流体内部相邻质点间存在相对流动。水流阻力的分类：沿程阻力：沿水流长度均匀分布，沿程水头损失的 大小与流程长度成正比。局部阻力：与固体边壁形状改变有关，作用范围小能量损耗大。2、沿程、局部水头损失是如何产生的，水头损失叠加原理及其使用 条件是什么啊？答：沿程水头损失：水流与固体边壁间及水流内部的摩擦力，阻碍流 体流动，是一部分液体的一部分机械能不可逆的转化为热能而散失。局部水头损失：固体边壁形状改变断面流速重新分布，而产生横向摩 擦力，水流维持边界分离区的漩涡所输出的机械能

14、。水头损失叠加原理：由于水头损失是一个标量，从而可以代数叠加。 因此流段两截面间的水头损失可以表示为两截面的所有沿程损失和所有局部水头损失总和。3、雷诺实验的现象主要是什么，揭示了流体内部结构的哪些因素答：当水流缓慢流动时颜色溶液形成一条清晰的平滑直线，而不与周 围清水混渗掺；当流速增至某一数值时，个别流段上产生漩涡，颜色水流突然破裂， 扩散遍至全管，并迅速与周围清水混掺，水流充满漩涡。实验结论：任何实际流体的流动都存在着层流和紊流两种不同的流动 形态。4、什么是层流、紊流、水力半径？如何判断水流的形态？雷诺数的 含义？答：层流：流速较小时，不同流速的水质点成层状分布，相互间互不混掺;紊流：流

15、速较大时，管中水流充满漩涡，不同流速的水质点互相混掺 的流动，水力半径：过流断面的面积与湿周之比，RA某；管流雷诺数： Revdv, Re值与Rec=2000相比便可判断流态：ReRec,则流动时紊流。雷诺数含义：反映了惯性力与粘滞力的对比关系，若Re较小，反映 出粘滞力的作用大，粘滞力作用对质点运动起控制作用，因此当Re小到一定程度时，质点呈现有秩 序的线状运动，这就是流层。当Re逐渐增大时，粘滞力对流体的控制也逐渐减小，惯性力对流体 的激励作用增加，在质点运动失去控制时，层流失去了稳定，惯性力作用使微小扰动发展扩大形成紊 流。5、圆管均匀流过水断面上切应力的分布特征，层流和紊流过水断面 上

16、的流速分布规律，（画出分布图）。答：圆管均匀流过流断面上切应力 成直线分布，管轴心为零，边壁处最大；层流过流断面上的流速分布规律呈旋转抛物面；紊流过流断面上的流速分布规律呈对数分布（指数分布）。6、沿程水头损失和局部水头损失计算公式及各符号含义。答：沿程 水头损失的计算公式：hf沿程阻力系数;答：流体微团（流体质点）：在研究流体的机械运动中所取的最小流体 单元，它的体积无穷小却又包含无数多个流体分子。连续介质模型：认为流体是由无数质点（流体微团）组成、质点之间 没有空隙、连续地充满其所占据空间的连续体。物理意义：将流体看成是连续介质，描述流体运动的各物理要素可用 连续函数来表征，从而利用微积分

17、的方法研究流体的受力和运动规律。4、作用在流体上的力分为哪些、表达式，各有何特点？答：根据力的作用方式不同，作用在流体上的力分为质量力（体积力） 和表面力（面积力）。质量力：是作用在流体每一个质点（或微团）上与受作用流体的质量 成正比的力，常采用单位质量力的坐标分量来表示，f某iYjZk表面力：是作用在所考察的流体（或称分离体）表面上与受作用流体 的表面积成正比的力，常用单位面积上表面力，分为切向力T （内摩擦力）和法向力p （压强）来表Zj O5、什么是流体的粘性，粘性有何特征？答：流体的粘性：流体内部相邻质点间或流层间存在相对运动时，在其接触面上会产生内摩擦力（内力）1流体所在流段管长；d

18、流体所在圆管直径；V流体流速Iv2d2g局部水头损失：hmv22g断面突然扩大：hm(v1v2)2g27、圆管紊流的内部结构、水力光滑管、水力粗糙管。答：(1)圆管紊流的内部结构：粘性底层(层流底层)和紊流流核 (紊流核心)；(2)水力光滑管：当流层底层的厚度比绝对粗糙度大较多时，管壁 的粗糙度对紊流结构基本上没有影响，水流就像在光滑的管壁上流动一样, 这种情况叫做“水利光滑管”；(3)水力粗糙管：当突出高度深入到紊流流核中，称为漩涡的发源 地，从而加剧了紊流的脉动作用，水头损失也就较大，这种情况称为“水 力粗糙管”。8、绝对粗糙度、相对粗糙度、人工粗糙。答：(1)绝对粗糙度：管壁粗糙突出的平

19、均高度；(2)相对粗糙度：管壁粗糙突起高度(绝对粗糙度)与管内径的比 值；(3)人工粗糙管：用不同粒径的均匀砂粒粘附在不同直径的玻璃管道内壁上，来模拟工业管道内壁的粗糙而制成的管道。9、尼古拉兹实验曲线的分区及其特性，该曲线所具有的物理意义是 什么？它与莫迪图有何不同？答：第I区层流区，Rel, vc,超音速流动，气流中参数的变化不能向上传播，说 明速度随断面的增大而加快，随断面的减小而减慢；(2) Mal, vc,亚音速流动，气流中参数的变化能够朝各向传播， 说明速度随断面的增大而减慢，随断面的减小而加快；(3) Ma=1, v=c,气体处于临界状态，为临界断面，临界断面为极小断面。（1）

20、超音速气流：使亚音速气流流经收缩管，在最小断面上达到声 速；然后再进入扩张管，使气流断面膨胀增速，便可获得超音速气流，该 喷管又称拉伐尔喷管。涡轮喷气发动机。特点：高射速，低流量。主要概念1、人工粗糙管：用不同粒径的均匀砂粒粘附在不同直径的玻璃管道 内壁上，来模拟工业管道内壁的粗糙而制成的管道。2、绝对粗糙度：管道固体边壁由于加工条件及造价的影响，总是或 多或少的粗糙不平，粗糙突出的平均高度称为绝对粗糙度。3、相对粗糙度：专指管壁粗糙突起高度（绝对粗糙度）e与管子内 径d的比值，是无因次量。4、经验公式：在科学实验和生产实践中，经常要从一组实验数据出 发，寻求yf （某）的一个近似表达式y （

21、某），这个近似表达式就称为经验公 式。5、半经验公式：由于实验的复杂性，不可能考虑所有影响因素，大 多数半经验公式是由一半经验理论与观测研究结合起来而归纳出来的。6、当量粗糙度：把直径相同，紊流粗糙区值相等的人工粗糙管的粗 糙度，定义为该管材工业管道的当量粗糙，就是将工业管道紊流粗糙区实 测的值，带入尼古拉斯粗糙管公式反算得出的。7、孔口出流的收缩断面：容器中液体从四面八方流向孔口，由于水 流惯性，当绕过孔口边缘时，流线不能成直角突然改变方向，只能以圆滑 曲线逐渐弯曲，在孔口断面上仍然继续弯曲且向中心压缩，造成孔口断面 上急变流，直至断面收缩达到最小，流线趋于平行，称为渐变流，该断面 称为收缩

22、断面；孔口断面的面积为A,收缩断面的面积为Ac, g二Ac/A称 为孔口收缩系数8、薄壁孔口:在容器侧壁上开一孔口，出流流股与孔口壁接触仅是 一条周线，壁的厚度对水流现象没有影响，这种孔口叫做薄壁孔口。9、小孔:根据dh的比值不同将孔口分类。dh称为小孔口。10、自由出流：容器中液体子孔口出流到大气中，称为孔口自由出流。11、淹没出流：若孔口流出的水股不是进入大气而是进入水中，即孔 流淹没在下游水面之下，这种情况称为淹没出流。12、作用水头：液体产生的压强值用等值的水柱高度来表示。13、圆柱形外管嘴：在孔口处外接一段长1二（34） d圆管，该圆 管称为圆柱形外管嘴。14、有压管路的水击（水锤）

23、：在有压管道系统中，由于系统中某一 管路中的部件工作状态的突然改变，就会引起管内液体流速的急剧变化， 同时引起液体压强的大幅度波动，这种现象称为水击现象。15、气体射流（紊流射流、自由射流、受限射流）：16、质量平均流速：用v2表示，用v2乘以质量即得真是的轴向动量, 即反解某一截面上的动量守恒式得质量平均流速v217、平面射流：气体从狭长细缝中外射运动时，射流在条缝长度方向 上几乎无扩散运动，只能在垂直条缝长度的各个平面上作扩散运动。这种 流动可视为平面运动，故称为平面射流。18、温差射流、浓差射流：射流本身的温度和浓度与周围气体的温度、 浓差有差异。19、射流弯曲：温差射流、浓差射流由于密

24、度与周围气体的密度不同, 所受的重力与浮力不相平衡，使整个射流将发生向下或向上弯曲。20、声速（压力波或弹性波）：微小扰动在流体中的传播速度，就是 声音在流体中的传播速度。21、滞止参数（气体运动速度为零时的各物理参数）：气流某断面的 流速，设想以无摩擦绝热过程降低至零时，断面各参数所达到的值，称为 气流在该断面上的滞止参数。22、马赫数：指定点的当地速度v与该点当地声速c的比值称为马赫 数Ma,反映了惯性力与弹性力的相对比值。管路阻抗射流过渡断面紊流系数贴附射流层流紊流：动力粘度（动力粘滞系数）。单位N/ （m-）或Pa-，表征单位速 度梯度时的切应力；：运动粘度（运动粘滞系数），单位II）

25、, =/P O8、流体力学中所定义的流体力学模型有哪些，各模型的概念、物理 意义是什么？（连续介质模型、不可压缩流体模型、理想流体模型、一元流动模 型、）答：流体力学模型：（1）连续介质模型：将流体认为是充满其所占 据空间无任何间隙的质点所组成的连续体。连续介质模型是对物质结构的简化，使我们不再考虑复杂的微观 分子运动，只考虑在外力作用下的宏观机械运动，并且在流体的研究中可以运用连续函数的数 学分析工具。（2）无粘性流体（理想流体）模型：不考虑流体的粘性。无粘性流 体（理想流体）模型是对流体物理性质的简化。（3）不可压缩流体模型：不考虑流体的压缩性和热涨性，认为其密 度为常熟的流体。不可压缩流

26、体模型是对流体物理性质的简化。（4） 一元流动模型：流场中流体的运动参数仅是空间坐标一个坐标分量的函数，如元流。9、什么是液体的汽化压强，它与温度的关系如何？答：在液体自由表面上，汽化和凝结同时存在，当这两个过程达到动 态平衡时，宏观的气化现象停止，此时液体表面上的气体压强称为饱和蒸 汽压强，或汽化压强。液体的汽化压强随温度的升高而增大。10、什么是流体的压缩性和热胀性，液体和气体的压缩性和热胀性有 何不同？答：流体的压缩性：流体受压，体积缩小，密度增大的性质。流体的热涨性：流体受热，体积膨胀，密度减小的性质。液体的压缩性和热涨性很小，通常忽略不计，当水击、热水采暖时要 考虑；气体的压缩性和热

27、涨性显著，当气体流速小于68m/时，流动过程中 压强和温度变化较小，可认为其密度为常熟。11、液体的表面张力及其表现，哪些物理过程需要考虑该因素？答：表面张力：由于分子间的吸引力，在自由表面上的液体分子受到 指向液体内部的合力，该微小拉力称为表面张力。需考虑该因素的物理过程：(1)液体的毛细管现象；(2)水滴和气泡的形成的研究； (3)液体的雾化研究;（4）气液两相流的传热与传质的研究。22第二章流体静力学1、静水压强的定义及其特性，静水压强函数的特点是什么？答：静水压强定义：作用在静止液体微元面积 A上的静压力AP, 与作用面积AA的比值均静水压强；当面积 A无限缩小到a点时，其比值的极限值

28、为a点 的静压强。特性：（1）静水压强的方向为垂直并指向受作用面（与受作用面的 内法线方向一致）；（2）某点静水压强的大小和受压面方位无关（作用于某点上的静水 压强沿各方向大小都相等）。静水压强函数的特点：连续介质的平衡液体内，任一点静止液体压强 仅是空间坐标的连续函数而与受压面的方位无关。即p=p （某,y,z）。2、欧拉液体平衡微分方程的综合表达式，说明什么物理意义？答：欧拉平衡微分方程综合表达式：dpp某 pypzPA,为平 d 某 dydz （某 d 某 YdyZdz）dw某d某YdyZdz （当流体是不可压缩的）势函数物理意义：该方程说明质量力是表面力产生的原因；它指出流体处于 平衡

29、状态时作用于流体上的质量力与压强递增率之间的关系。答：等压面是平衡液体中由压强相等的点所构成的平面或曲面。等压面的特性：（1）等压面即是等势面；（2）等压面与质量力正交；（3）等压面的压强大小与容器的形状无关。选取等压面条件：通常选取静止的、同种、连续液体的同一水平面为 等压面。通常选取的等压面：自由液面和平衡液体中互不混合的两种液体的分 界面。静止非均质流体的水平面是等压面，同时也是等密面和等温面。4、静水压强基本方程的表达式及其含义是什么？（流体静力学的基 本方程表达形式有哪几种，其各项的物理意义是什么）？答：静水压强的基本方程：PPOgh；P液体内某点的压强；P0自由液面气体压强；液体的

30、密度，kgm3；h某点在液面下的深度，m,含义：静止液体中任意一点的压强是由液面气体压强和该点在液面下 的深度与液体容重乘积两部分之和所组成。另一种形式：ZpC （常数）g单位重量流体所具有的位能;PgP单位重量流体所具有的压能；Zg单位重量流体具有的总势 能；含义：同种、连续、静止的均质流体中各点的测压管水头都相等；即 单位重量流体具有的总势能相等。5、什么是绝对压强、相对压强、真空度及其相互关系、选用原则是 什么？答：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，用p表示；相对压强：又称“表压强”，是以当地大气压pa为基准计量的压强, 用p表示。真空度：是指绝对压强小于当地大气压，相对压强为负值的情况，取 相对压强的绝对值，用pv表示。相互关系：p=ppapv二-p二pap6、压强的计量单位有哪几种，换算关系？答：压强的计算单位有三种：(1)应力单位Nm, pa (2)工程大气压倍数