第一章流体及其主要物理性质主要内容：
?预备知识：单位制及其换算关系
?流体的概念
?流体的主要物理性质
?作用在流体上的力
预备知识
1、单位制
CGS=Centimeter-Gram-Second(units) 厘米-克-秒(单位制)
MKFS=Meter-Kilogram-Force-Second(units) 米-千克力-秒(单位制) MKS =Meter-Kilogram-Second(units) 米-千克-秒(单位制)
2、换算关系
力：1公斤力＝9.8牛顿＝9.8×105达因
1克力＝980达因
1公斤力＝1000克力
质量：1公斤力·秒2/米＝9.8×103克
1千克＝0.102公斤力·秒2/米
第一节流体的概念
一、流体的概念
自然界的物质有三态：固体、液体、气体
从外观上看，液体和气体很不相同，但是从某些性能方面来看，却很相似。流体与固体相比，分子排列松散，分子引力较小，运动较强烈，无一定形状，易流动，只能抗压，不能抗拉和切。
流体：是一种受任何微小剪切力都能连续变形的物质。它是气体和液体的通称。
二、流体的特点
温度对粘性的影响：产生粘性的主要因素不同
（1）气体：T升高，μ变大分子间动量交换为主
（2）液体：T升高，μ变小内聚力为主
三、连续介质假设——连续性说明（稠密性假设）
1、假设的内容：1753年欧拉（数学家）
从微观上讲，流体由分子组成，分子间有间隙，是不连续的，但流体力学是研究流体的宏观机械运动，通常不考虑流体分子的存在，而是把真实流体看成由无数连续分布的流体微团（或流体质点）所组成的连续介质，流体质点紧密接触，彼此间无任何间隙。这就是连续介质假设。
流体微团（或流体质点）：基本单位
宏观上足够小（无穷小），以致于可以将其看成一个几何上没有维度的点；
微观上足够大（无穷大），它里面包含着许许多多的分子，其行为已经表现出大量分子的统
计学性质。
2、引入意义：第一个根本性的假设
将真实流体看成为连续介质，意味着流体的一切宏观物理量，如密度、压力、速度等，都可作为时间和空间位置的连续函数，使我们有可能用数学分析来讨论和解决流体力学中的问题。
3、假设的局限性：
对稀薄气体，不能适用，必须考虑为不连续流体。
流体在各种不同水力现象中的表现，取决于： 内因：流体本身的物理性质——第二节 外因：作用在流体上的力——第三节
第二节 流体的主要物理性质
一、密度和重度
1、密度：单位体积流体的质量，ρ（density ）
均质： V M =
ρ
非均质：
)(),,(r z y x
ρρ=
V
M
dV dM V ??==
→?0lim ρ
M ——流体质量（kg ） V ——流体体积（m 3） 单位：千克/米3 （kg/m 3） 水的密度：1000kg/m 3＝1g/cm 3
2、重度：单位体积流体的重量，γ（specific weight ）
均质：
V G =
γ
非均质：
V G
dV dG V ??==
→?0lim
γ
单位：牛顿/米3 （N/m 3）
3、密度与重度的关系 牛顿第二定律：Mg G =→ V Mg
V
G
= → g ργ= g ＝9.8m/s 2
水的重度：9800N/m 3
4 、相对密度（比重）:δ或d （specific gravity ）
（1）液体的相对密度：液体的重量与同体积4oC 蒸馏水重量之比。
水水＝γγρρδ=
因为：蒸馏水在4oC 密度最大，为1000kg/m 3 例：3
/980085.085.0m N ?=?=γδ
（2）气体的相对密度：气体的重度与同温同压下的空气重度之比。 （3）相对密度的单位：1（无量纲） 水银的相对密度：
6.13=Hg δ
5、气体的比容(v)：单位重量气体的体积 ，在热力学中，用的较多。
二、压缩性和膨胀性
1、压缩性（Compressibility ）：
（1）定义：温度不变时，流体在压力作用下体积缩小的性质。 （2）体积压缩系数
p β：
（coefficient of volume compressibility ）温度不变时，压强增加一个
单位，体积的相对变化量。
或
dV ——体积改变量 V ——原有体积 dp ——压强改变量 负号说明：保证
p β永远为正，Δp 与ΔV 符号相反。
（3）单位：1/Pa 或1/大气压
（4）说明：表1-2表明液体压缩性很小
ΔV 很小→Const V M
==
ρ→液体常数=ρ
2、膨胀性 （expansibility ）：
（1）定义：压力不变时，温度升高，流体体积增大的性质。
（2）体积膨胀系数t β：（Coefficient of volumetric expansion ）压力不变时，温度增加一个单位，体积的相对变化量。
或
dt ——温度改变量
（3）单位：1/oC 或 1/K
（4）说明：表1-3表明液体膨胀性很小——在实际计算中，一般不考虑液体的膨胀性。
3、体积弹性系数
单位：帕（Pa ） 例题：
当压强增加5×104Pa 时，某种液体的密度增长0.02%，求该液体的弹性系数。 解：0=+=?=dV Vd dM V M ρρρ
ρρ
d dV V -=
Pa dp d dp V dV E p
84105.2105%02.01
111
?=??==-
=
=
ρρβ
三、粘性（viscosity ）：μ
粘性是流体所特有的性质，自然界中的任何流体都具有粘性，只是有大有小。 1、定义：流体微团发生相对运动时所产生的抵抗变形、阻碍流动的性质。 2、产生粘性的原因 （1）流体内聚力 （2）动量交换
（3）流体分子和固体壁面之间的附着力 3、 产生条件：流体发生相对运动 4、 产生的实质：微观分子作用的宏观表现
5、内摩擦力的计算—牛顿内摩擦定律（Newton’s law of internal friction ）1686
怎样确定流体运动时的粘滞力呢？它与哪些因素有关？牛顿经过大量实验研究于1686年提出了确定流体内摩擦力的所谓“牛顿内摩擦定律”。
如图，A 、B 为长宽都是足够大的平板，互相平行，设B 板以u 0运动，A 板不动。由于粘性流体将粘附于它所接触的表面上（流体的边界无滑移条件），u 上=u 0， u 下=0。 （1）两平板间流体流层：速度自上而下递减，按直线分布； （2）取出两层
快层：u ＋du 慢层：u 相邻流层发生相对运动时：
T ：快层对慢层产生一个切力T ，使慢层加速，方向与流向相同。
T’：慢层对快层有一个反作用力T’，使快层减速，方向与流向相反，这种阻止运动的力，称为阻力。
（3）T 与 T’：大小相等，方向相反的一对力，分别作用在两个流体层的接触面上，这对力是在流体内部产生的，叫内摩擦力。
（4）牛顿内摩擦定律的内容：
流体相对运动时，层间内摩擦力T 的大小与接触面积、速度梯度成正比，与流体种类及温度有关，而与接触面上的压力无关，即：
dy du
A
T μ±=
T ——内摩擦力，单位：牛顿（N ）
μ——动力粘性系数，与流体性质、温度有关 A ——接触面积
dy du
——速度梯度Velocity gradient
（5）粘性切应力τ：单位面积上的内摩擦力
dy du A T μτ±==
图 速度分布规律
单位：N/m 2
（6）公式说明：
① “±”是为使T 、τ永远为正值而设
当dy du
>0时，T 、τ取“＋”号
当dy du
=0时，T 、τ
＝0
当dy du
<0时，T 、τ
取“－”号（①拖下板②y 轴向下③管流）
② 符合
dy du
μ
τ±=的流体——牛顿流体 不符合
dy du
μ
τ±=的流体——非牛顿流体
③公式适用条件：牛顿流体做层流运动
7、粘性系数（粘度）coefficient of viscosity ：表征流体粘性大小，通常用实验方法确定。 （1）动力粘度μ：coefficient of dynamic viscosity
① 定义：由公式
dy du A T μτ±==
得
dy du
τ
μ±
=
② 物理意义：表示速度梯度为1时，单位面积上的摩擦力的大小。 ③ 国际单位： 牛顿?秒/米2 或 Pa? S
)(2
2s m kg m s s m kg s Pa ?=
??=
? 1Pa? S ＝1000 mPa ? S （在程序中常用mPa? S ） 物理单位： 泊（poise ）＝ 达因?秒/厘米2
（1N ＝105dyn ＝1kg ·m/s 2）
1 泊poise = 100厘泊 centipoise = 0.1 pa ?s 1cP ＝1 mPa? S
注：P295.附1：水的粘度数量级 1 mPa? S （2）运动粘度ν：coefficient of kinematic viscosity
① 定义：
ρμ
ν=
——在方程中经常出现
② 国际单位：米2／秒；
物理单位：厘米2／秒，叫做沱(或斯stokes) 1沱＝100厘沱
cst st s m 6
421010/1==
8、理想流体与实际流体
（1）理想流体：假想没有粘性的流体μ＝0 ，能量损失＝0 （2）实际流体：又称为粘性流体，即真实流体 μ≠0 ，能量损失 ≠ 0
流体在运动中因克服摩擦力必然要做功，所以粘性也是流体中发生机械能量损失的根源。 例题：
已知：A ＝1200cm 2，V ＝0.5m/s
μ1＝0.142Pa.s ，h 1＝1.0mm μ2＝0.235Pa.s ，h 2＝1.4mm 求：平板上所受的内摩擦力F
绘制：平板间流体的流速分布图及应力分布图 解：（前提条件：牛顿流体、层流运动）
dy du μ
τ= ???
????
-=-=?2221110
h u h u V μτμτ 因为 τ1＝τ2
所以
s
m h h V
h u h u
h u V /23.02
112212
2
11
=+=
?=-μμμμμ
N h u
V A F 6.41
1=-==μ
τ
四、表面张力 σ
1、定义：使液体表面处于拉伸状态的力为表面张力
2、表面张力系数σ：单位长度上的表面张力
3、表面张力的产生：液、气接触自由表面
5、 表面张力产生的原因：由于内聚力的不同而导致（分子受力不平衡）。
在气液自由表面上，由于液体分子的内聚力显著的大，因此在液体表面的分子有向液体内部收缩的倾向，使得自由表面有一拉紧作用的力产生，即表面张力。在液固交界面上，也会产生附着力。液体内聚力的大小决定其是否产生湿润管壁。
水与玻璃管相互作用计算及分析
管壁圆周上总表面张力在垂直方向上的分力： π?D ?σ?cosθ （1）
上升液柱重：
h
D 24
.
π
γ （2）
令
h
D D 24
c o s π
γ
θσπ=
可得毛细管内液柱上升高度
（3）其中：θ为液面与壁面的接触角
γ为液体的重度N/m2
D为毛细管内径m
σ为表面张力N/m
第三节 作用在流体上的力
本书：按力的表现形式
一、质量力 （体积力）（长程力）（非接触力）
1、定义：作用于流体的每一个质点上，与流体的质量成正比。
2、分类： （1）重力G ＝mg （2）惯性力： 直线惯性力I ＝ma
离心惯性力R ＝mw 2r ＝m r v 2
3、单位质量力：流体质量为M ，总质量力为
k F j F i F F z y x
++=
单位质量力
M F f =
， 设
k Z j Y i f
++=X
则
M F X x =
M F Y y = M F Z z
=（包含了各种质量力：重力、惯性力等）
二、表面力（近程力）（接触力）
1、定义：作用于流体表面上，与作用面的表面积成正比。
2、分类：
（1）法向力（压力）： P ＝p ·A ——垂直于作用面 （2）切向力（内摩擦力）：T ＝τ·A ——平行于作用面 三、说明：
1、 在一定的情况下，这些力有的存在，有的不存在；
2、 内力和外力是相对而言的，不是固定不变的。
1 第一章 流体力学 【1-1】 椰子油流过一内径为20mm 的水平管道，其上装有一收缩管，将管径逐渐收缩至12mm ，如果从未收缩管段和收缩至最小处之间测得的压力差为800Pa ，试求椰子油的流量。 【1-2】 牛奶以2×10－3m 3/s 的流量流过内径等于27mm 的不锈钢管，牛奶的粘度为×10－ ，密度为1030kg/m 3，试确定管内流动是层流还是紊流。 【1-3】 用泵输送大豆油，流量为×10－4m 3/s ，管道内径为10mm ，已知大豆油的粘度为40×10－，密度为940kg/m 3。试求从管道一端至相距27m 的另一端之间的压力降。 【1-7】某离心泵安装在高于井内水面 5.5m 的地面上，吸水量为40m 3/h 。吸水管尺寸为4114?φmm ，包括管路入口阻力的吸水管路上的总能量损失为kg 。试求泵入口处的真空度。（当地大气压为×105 Pa ） 【1-9】每小时将10m 3常温的水用泵从开口贮槽送至开口高位槽。管路直径为357?φmm ，全系统直管长度为100m ，其上装有一个全开闸阀、一个全开截止阀、三个标准弯头、两个阻力可以不计的活接头。两槽液面恒定，其间垂直距离为20m 。取管壁粗糙度为0.25mm 、水的密度为1000kg/m 3、粘度为1×10－。试求泵的效率为70％时的轴功率。 【1-10】用泵将开口贮槽内密度为1060kg/m 3、粘度为×10－的溶液在稳定流动状态下送到蒸发器内，蒸发空间真空表读数为40kPa 。溶液输送量为18m 3/h 。进蒸发器水平管中心线高于贮槽液面20m ，管路直径357?φmm ，不包括管路进、出口的能量损失，直管和管件当量长度之和为50m 。取管壁粗糙度为0.02mm 。试求泵的轴功率（泵的效率为65％）。 【1-13】拟用一台3B57型离心泵以60m 3/h 的流量输送常温的清水，已查得在此流量下的允许吸上真空H s ＝5.6m ，已知吸入管内径为75mm ，吸入管段的压头损失估计为0.5m 。试求： 1) 若泵的安装高度为5.0m ，该泵能否正常工作该地区大气压为×104Pa ； 2) 若该泵在海拔高度1000m 的地区输送40℃的清水，允许的几何安装高度为若干米当地大气压为×104Pa 。
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。 连续介质与流体物理量 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。 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）
第一章习题简答 1-3 为防止水温升高时，体积膨胀将水管胀裂，通常在水暖系统顶部设有膨胀水箱，若系统内水的总体积为10m 3，加温前后温差为50°С，在其温度范围内水的体积膨胀系数αv ＝0.0005/℃。求膨胀水箱的最小容积V min 。 据题意， 1-4 ，温度从20解：故 () % 80841 .5166 .1841.5/841.578273287108840.52121 211213 5 222=-=-=-=-= ?=+??==ρρρρρρρm m m V V V V m kg RT P 1-5 如图，在相距δ＝40mm 的两平行平板间充满动力粘度μ＝0.7Pa·s 的液体，液体中 有一长为a ＝60mm 的薄平板以u ＝15m/s 的速度水平向右移动。假定平板运动引起液体流动的速度分布是线性分布。当h ＝10mm 时，求薄平板单位宽度上受到的阻力。
解：平板受到上下两侧黏滞切力T 1和T 2作用，由dy du A T μ=可得 1 T T =u 相 反） 1-6 0.25m/s 解：1-7 3cm/s 解：温度为20°С的空气的黏度为18.3×10-6 Pa·s 如图建立坐标系，且设u=ay 2+c 由题意可得方程组 ?????+-=+=c a c a 2 2)001.00125.0(03.00125.00 解得a = -1250，c =0.195 则 u=-1250y 2+0.195 则y dy y d dy du 2500)195.01250(2-=+-=
Pa dy du A T 561048.4)0125.02500(1025.0103.18--?-=?-?????==∴πμ （与课本后的答案不一样。） 1-8 如图，有一底面积为0.8m×0.2m 的平板在油面上作水平运动，已知运动速度为1m/s ，平板与固定边界的距离δ＝10mm ，油的动力粘度μ＝1.15Pa ·s ，由平板所带动的油的速度成直线分布，试求平板所受的阻力。 题1-8图 解： 1-9 间的间隙d ＝0.6m ， 题1-9图 解：切应力： θ πσωμμ τcos 2rdh r dA dy du dA dT ?=?=?= 微元阻力矩： dM=dT·r 阻力矩：
液压复习参考题 注意:以下题目仅供参考,并非考试题目 一、填空题 1．液压系统中的压力取决于（负载），执行元件的运动速度取决于（流量）。 2．液压传动装置由（动力元件）、（执行元件）、（控制元件）和（辅助元件）四部分组成，其中（动力元件）和（执行元件）为能量转换装置。 3．液体在管道中存在两种流动状态，（层流）时粘性力起主导作用，（紊流）时惯性力起主导作用，液体的流动状态可用（雷诺数）来判断。 4．由于流体具有（粘性），液流在管道中流动需要损耗一部分能量，它由（沿程压力）损失和（局部压力）损失两部分组成。 5．通过固定平行平板缝隙的流量与（压力差）一次方成正比，与（缝隙值）的三次方成正比，这说明液压元件内的（间隙）的大小对其泄漏量的影响非常大。 6．变量泵是指（排量）可以改变的液压泵，常见的变量泵有( 单作用叶片泵)、( 径向柱塞泵)、( 轴向柱塞泵)其中（单作用叶片泵）和（径向柱塞泵）是通过改变转子和定子的偏心距来实现变量，（轴向柱塞泵）是通过改变斜盘倾角来实现变量。 7．液压泵的实际流量比理论流量（小）；而液压马达实际流量比理论流量（大）。 8．斜盘式轴向柱塞泵构成吸、压油密闭工作腔的三对运动摩擦副为（柱塞与缸体）、（缸体与配油盘）、（滑履与斜盘）。 9．外啮合齿轮泵位于轮齿逐渐脱开啮合的一侧是（吸油）腔，位于轮齿逐渐进入啮合的一侧是（压油）腔。 10．为了消除齿轮泵的困油现象，通常在两侧盖板上开（卸荷槽），使闭死容积由大变少时与（压油）腔相通，闭死容积由小变大时与（吸油）腔相通。 11．齿轮泵产生泄漏的间隙为（端面）间隙和（径向）间隙，此外还存在（啮合）间隙，其中（端面）泄漏占总泄漏量的80%～85%。 12．双作用叶片泵的定子曲线由两段（大半径圆弧）、两段（小半径圆弧）及四段（过渡曲线）组成，吸、压油窗口位于（过渡曲线）段。 13．调节限压式变量叶片泵的压力调节螺钉，可以改变泵的压力流量特性曲线上（拐点压力）的大小，调节最大流量调节螺钉，可以改变（泵的最大流量）。 14．溢流阀为（进口）压力控制，阀口常（闭），先导阀弹簧腔的泄漏油与阀的出口相通。定值减压阀为（出口）压力控制，阀口常（开），先导阀弹簧腔的泄漏油必须（单独引回油箱）。 15．调速阀是由（定差减压阀）和节流阀（串联）而成，旁通型调速阀是由（差压式溢流阀）和节流阀（并联）而成。 16．两个液压马达主轴刚性连接在一起组成双速换接回路，两马达串联时，其转速为（高速）；两马达并联时，其转速为（低速），而输出转矩（增加）。串联和并联两种情况下回路的输出功率（相同）。 17．在变量泵—变量马达调速回路中，为了在低速时有较大的输出转矩、在高速时能提供较大功率，往往在低速段，先将（马达排量）调至最大，用（变量泵）调速；在高速段，（泵排量）为最大，用（变量马达）调速。 18．顺序动作回路的功用在于使几个执行元件严格按预定顺序动作，按控制方式不同，分为（压力）控制和（行程）控制。同步回路的功用是使相同尺寸的执行元件在运动上同步，同步运动分为（速度）同步和（位置）同步两大类。 19.在研究流动液体时，把假设既（无粘性）又（不可压缩）的液体称为理想流体。 20.液体流动时，液体中任意点处的压力、流速和密度都不随时间而变化，称为恒定流动。
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
~ 第一章 流体力学 【1-1】 椰子油流过一内径为20mm 的水平管道，其上装有一收缩管，将管径逐渐收缩至 12mm ，如果从未收缩管段和收缩至最小处之间测得的压力差为800Pa ，试求椰子油的流量。 【1-2】 牛奶以2×10－3m 3/s 的流量流过内径等于27mm 的不锈钢管，牛奶的粘度为×10－， 密度为1030kg/m 3，试确定管内流动是层流还是紊流。 【1-3】 用泵输送大豆油，流量为×10－4m 3/s ，管道内径为10mm ，已知大豆油的粘度为40 ×10－，密度为940kg/m 3。试求从管道一端至相距27m 的另一端之间的压力降。 】 【1-7】某离心泵安装在高于井内水面 5.5m 的地面上，吸水量为40m 3/h 。吸水管尺寸为 4114?φmm ，包括管路入口阻力的吸水管路上的总能量损失为kg 。试求泵入口处的真空度。（当地大气压为×105Pa ） 【1-9】每小时将10m 3常温的水用泵从开口贮槽送至开口高位槽。管路直径为357?φmm ， 全系统直管长度为100m ，其上装有一个全开闸阀、一个全开截止阀、三个标准弯头、两个阻力可以不计的活接头。两槽液面恒定，其间垂直距离为20m 。取管壁粗糙度为0.25mm 、水的密度为1000kg/m 3、粘度为1×10－。试求泵的效率为70％时的轴功率。 【1-10】用泵将开口贮槽内密度为1060kg/m 3、粘度为×10－的溶液在稳定流动状态下送到蒸 发器内，蒸发空间真空表读数为40kPa 。溶液输送量为18m 3/h 。进蒸发器水平管中心线高于贮槽液面20m ，管路直径357?φmm ，不包括管路进、出口的能量损失，直管和管件当量长度之和为50m 。取管壁粗糙度为0.02mm 。试求泵的轴功率（泵的效率为65％）。 【1-13】拟用一台3B57型离心泵以60m 3/h 的流量输送常温的清水，已查得在此流量下的允 许吸上真空H s ＝5.6m ，已知吸入管内径为75mm ，吸入管段的压头损失估计为0.5m 。试求： 1) ； 2) 若泵的安装高度为5.0m ，该泵能否正常工作该地区大气压为×104Pa ； 3) 若该泵在海拔高度1000m 的地区输送40℃的清水，允许的几何安装高度为若干米当地大气压为×104Pa 。
《流体力学》选择题库 第一章 绪论 1．与牛顿内摩擦定律有关的因素是： A 、压强、速度和粘度； B 、流体的粘度、切应力与角变形率； C 、切应力、温度、粘度和速度； D 、压强、粘度和角变形。 2．在研究流体运动时，按照是否考虑流体的粘性，可将流体分为： A 、牛顿流体及非牛顿流体； B 、可压缩流体与不可压缩流体； C 、均质流体与非均质流体； D 、理想流体与实际流体。 3．下面四种有关流体的质量和重量的说法，正确而严格的说法是 。 A 、流体的质量和重量不随位置而变化； B 、流体的质量和重量随位置而变化； C 、流体的质量随位置变化，而重量不变； D 、流体的质量不随位置变化，而重量随位置变化。 4．流体是 一种物质。 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。 5．流体的切应力 。 A 、当流体处于静止状态时不会产生； B 、当流体处于静止状态时，由于内聚力，可以产生； C 、仅仅取决于分子的动量交换； D 、仅仅取决于内聚力。 6．A 、静止液体的动力粘度为0； B 、静止液体的运动粘度为0； C 、静止液体受到的切应力为0； D 、静止液体受到的压应力为0。 7．理想液体的特征是 A 、粘度为常数 B 、无粘性 C 、不可压缩 D 、符合RT p ρ=。 8．水力学中，单位质量力是指作用在单位_____液体上的质量力。 A 、面积 B 、体积 C 、质量 D 、重量 9．单位质量力的量纲是 A 、L*T -2 B 、M*L 2*T C 、M*L*T(-2) D 、L(-1)*T 10.单位体积液体的重量称为液体的______，其单位。 A 、容重N/m 2 B 、容重N/M 3 C 、密度kg/m 3 D 、密度N/m 3 11.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。 A 、相同降低 B 、相同升高 C 、不同降低 D 、不同升高 12.液体黏度随温度的升高而____，气体黏度随温度的升高而_____。 A 、减小，升高； B 、增大，减小； C 、减小，不变； D 、减小，减小 13.运动粘滞系数的量纲是： A 、L/T 2 B 、L/T 3 C 、L 2/T D 、L 3/T 14.动力粘滞系数的单位是： A 、N*s/m B 、N*s/m 2 C 、m 2/s D 、m/s 15.下列说法正确的是： 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。
第一章 1—1 水的密度为1000kg/m 3,2L 水的质量和重量是多少？ 解：31000210229.819.6m v kg G mg N ρ-==??===?= 1—2 体积为0.5 m 3的油料，重量为4410N,试求该油料的密度是多少？ 解；34410900/9.80.5 m G kg m v gv ρ====? 1—3 当空气的温度从0℃增加到20℃时，运动黏滞系数υ值增加15%，密度减少10%，问此时动力黏滞系数μ值增加多少？ 解：000000010000(1.0351)0.035(115%)(110%) 1.035v v v v v μρρρμρρ=??-==+-= 因此增加了3.5% 1—4 为了进行绝缘处理，将导线从充满绝缘涂料的模具中间拉过。已知导线直径为0.8mm,涂料的动力黏滞系数0.02Pa s μ=?，模具的直径为0.9mm ，长度为20mm ，导线的牵 拉速度为50m/s 。试求所需牵拉力？ 解：630.9500.02(2)210120.12 1.004810du T A dy N μπ--==??????=? 1—5 某底面积为6040cm cm ?的木块，质量5kg ，沿着一与水平面成20°的涂有润滑油的斜面下滑。油层厚度为0.6mm ，如以等速度U=0.84m/s 下滑时，求油的动力黏滞系数μ？ 解：3sin 20sin 20/() =59.8sin200.610/(0.840.60.4) =0.05Pa du U G A A A dy h mg h U A s τμ μμ-====?????? 1—6 温度为20℃的空气，在直径为2.5cm 的管中流动，距管壁上1mm 处的空气速度为3cm/s 。求作用于单位长度管壁上的黏滞切力为多少？ 解：因为T=200，故查表得51.8310Pa s μ -=? 2523633101.8310( 2.510)11043.10100.04310du T A dy T N μπ------?==??????=?=?
第一章习题答案 选择题（单选题） 1.1 按连续介质的概念，流体质点是指：（d ） （a ）流体的分子；（b ）流体内的固体颗粒；（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。 1.2 作用于流体的质量力包括：（c ） （a ）压力；（b ）摩擦阻力；（c ）重力；（d ）表面张力。 1.3 单位质量力的国际单位是：（d ） （a ）N ；（b ）Pa ；（c ）kg N /；（d ）2/s m 。 1.4 与牛顿内摩擦定律直接有关的因素是：（b ） （a ）剪应力和压强；（b ）剪应力和剪应变率；（c ）剪应力和剪应变；（d ）剪应力和流速。 1.5 水的动力黏度μ随温度的升高：（b ） （a ）增大；（b ）减小；（c ）不变；（d ）不定。 1.6 流体运动黏度ν的国际单位是：（a ） （a ）2/s m ；（b ）2/m N ；（c ）m kg /；（d ）2/m s N ?。 1.7 无黏性流体的特征是：（c ） （a ）黏度是常数；（b ）不可压缩；（c ）无黏性；（d ）符合RT p =ρ 。 1.8 当水的压强增加1个大气压时，水的密度增大约为：（a ） （a ）1/20000；（b ）1/10000；（c ）1/4000；（d ）1/2000。 1.9 水的密度为10003 kg/m ，2L 水的质量和重量是多少？ 解： 10000.0022m V ρ==?=（kg ） 29.80719.614G mg ==?=（N ） 答：2L 水的质量是2 kg ，重量是19.614N 。 1.10 体积为0.53 m 的油料，重量为4410N ，试求该油料的密度是多少？ 解： 44109.807 899.3580.5 m G g V V ρ= ===（kg/m 3） 答：该油料的密度是899.358 kg/m 3。 1.11 某液体的动力黏度为0.005Pa s ?，其密度为8503 /kg m ，试求其运动黏度。
* * [单选][B] 与牛顿内摩擦定律有关的因素是： [A]压强、速度和粘度； [B]流体的粘度、切应力与角变形率； [C]切应力、温度、粘度和速度； [D]压强、粘度和角变形。 [单选][D] 在研究流体运动时，按照是否考虑流体的粘性，可将流体分为：( ) [A]牛顿流体及非牛顿流体； [B]可压缩流体与不可压缩流体； [C]均质流体与非均质流体； [D]理想流体与实际流体。 [单选][A] 流体的切应力。 [A]当流体处于静止状态时不会产生； [B]当流体处于静止状态时，由于内聚力，可以产生； [C]仅仅取决于分子的动量交换； [D]仅仅取决于内聚力。 [单选][D]
* * 流体是 一种物质。 [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。 [单选][D] 下面四种有关流体的质量和重量的说法，正确而严格的说法是 。 [A]流体的质量和重量不随位置而变化； [B]流体的质量和重量随位置而变化； [C]流体的质量随位置变化，而重量不变； [D]流体的质量不随位置变化，而重量随位置变化。 [单选][A] 将下列叙述正确的题号填入括号中：由牛顿内摩擦定律dy du μ τ=可知，理想流体( ) [A]动力粘度μ为0； [B]速度梯度 du dy 为0； [C]速度μ为一常数； [D]流体没有剪切变形 [单选][B]
* * 理想液体的特征是（ ） [A]粘度为常数； [B]无粘性； [C]不可压缩； [D]符合RT p =ρ。 [单选] 水的密度为1000kg/m 3，运动粘度为1×10-6m 2/s ，其动力粘度为（ ） [A]1×10-9Pa ·s [B]1×10-6Pa ·s [C]10-3Pa ·s [D]1×10-1Pa ·s [单选] 无粘性流体是（ ） [A]符合 ρ P =RT 的流体 [B]ρ=0的流体 [C]μ=0的流体 [D]实际工程中常见的流体 [单选]
[陈书1-15] 图轴在滑动轴承中转动，已知轴的直径cm D 20=，轴承宽度cm b 30=，间隙cm 08.0=δ。间隙中充满动力学粘性系数s Pa 245.0?=μ的润滑油。若已知轴旋转时润滑油阻力的损耗功率W P 7.50=，试求轴承的转速?=n 当转速min 1000r n =时，消耗功率为多少？（轴承运动时维持恒定转速） 【解】轴表面承受的摩擦阻力矩为：2D M A τ= 其中剪切应力：dr du ρντ= 表面积：Db A π= 因为间隙内的流速可近似看作线性分布，而且对粘性流体，外表面上应取流速为零的条件，故径向流速梯度： δ ω2D dr du = 其中转动角速度：n πω2= 所以：2322nD D D nb M Db πμπμπδδ == 维持匀速转动时所消耗的功率为：3322D n b P M M n μπωπδ === 所以：Db P D n μπδπ1= 将： s Pa 245.0?=μ m cm D 2.020== m cm b 3.030== m cm 410808.0-?==δ W P 7.50= 14.3=π 代入上式，得：min r 56.89s r 493.1==n 当r 3 50min r 1000==n 时所消耗的功率为： W b n D P 83.6320233==δ μπ [陈书1-16]两无限大平板相距mm 25=b 平行（水平）放置，其间充满动力学粘性系数s Pa 5.1?=μ的甘油，在两平板间以m 15.0=V 的恒定速度水平拖动一面积为
2m 5.0=A 的极薄平板。如果薄平板保持在中间位置需要用多大的力？如果置于距一板10mm 的位置，需多大的力？ 【解】平板匀速运动，受力平衡。 题中给出平板“极薄”，故无需考虑平板的体积、重量及边缘效应等。 本题应求解的水平方向的拖力。 水平方向，薄板所受的拖力与流体作用在薄板上下表面上摩擦力平衡。 作用于薄板上表面的摩擦力为： A dz du A F u u u μτ== 题中未给出流场的速度分布，且上下两无限大平板的间距不大，不妨设为线性分布。 设薄板到上面平板的距离为h ，则有： h V dz du u = 所以：A h V F u μ= 同理，作用于薄板下表面的摩擦力为： A h b V F d -=μ 维持薄板匀速运动所需的拖力： ?? ? ??-+=+=h b h AV F F F d u 11μ 当薄板在中间位置时，m 105.12mm 5.123 -?==h 将m 1025mm 253-?==b 、s m 15.0=V 、2m 5.0=A 和s Pa 5.1?=μ代入，得： N 18=F 如果薄板置于距一板（不妨设为上平板）10mm 的位置，则： m 1010mm 103-?==h 代入上式得：N 75.18=F [陈书1-17]一很大的薄板放在m 06.0=b 宽水平缝隙的中间位置，板上下分别放有不同粘度的油，一种油的粘度是另一种的2倍。当以s m 3.0=V 的恒定速度水平拖动平板时，每平方米受的总摩擦力为N 29=F 。求两种油的粘度。 【解】平板匀速运动，受力平衡。 题中给出薄板”，故无需考虑平板的体积、重量及边缘效应等。 本题应求解的水平方向的拖力。
流体力学泵与风机 主讲教师：杨艺 广东海洋大学工程学院 热能与动力工程系 电话：139******** E-mail：yiyang_1@https://www.doczj.com/doc/c818166029.html,
参考书: [1] 流体力学泵与风机, 许玉望主编, 中国建 筑工业出版社, 第一版 [2] 流体力学, 吴望一主编, 北京大学出版社, 第一版 [3] 流体力学基本理论与方法, 赵克强,韩占忠编, 北京理工大学出版社, 第一版图书馆索取号:o35/06 [4] 流体力学水力学题解, 莫乃榕,槐文信编, 华中科技大学出版社, 第一版图书馆索取号:o35-44/M864 [5] 流体力学学习方法及解题指导, 程军等编, 同济大学出版社, 第一版图书馆索取 号:o35/c540
第一节流体力学的研究对象、任务及其应用 ?定义 在任何微小剪切力的持续作用下能够连续不断变形的物质，称为流体。 流体力学是研究流体机械运动规律及其应用的科学，是力学的一个重要分支。 ?研究对象 流体力学研究对象是液体和气体，统称为流体。 ?研究任务 流体力学的任务是研究流体平衡和运动的力学规律，及其在工程中的应用。
第一节流体力学的研究对象、任务及其应用 ?分类 流体力学可分为理论力学和工程流体力学。前者以理 论研究为主，后者研究实际工程中的流体力学问题。 流体力学又可分为水力学和气体动力学。 水力学研究不可压缩流体，主要是液体和一定条件下气体的平衡和运动规律； 气体动力学研究可压缩流体，主要是气体的平衡和运动规律。 ?组成 流体力学组成：一是研究流体平衡规律的流体静力学；二是研究流体运动规律的流体动力学。
第一节流体力学的研究对象、任务及其应用 ?流体力学发展简史： 第一阶段（16世纪以前）：流体力学形成的萌芽阶段 公元前2286年－公元前2278年 大禹治水——疏壅导滞（洪水归于河） 公元前300多年 李冰都江堰——深淘滩，低作堰 公元584年－公元610年 隋朝南北大运河、船闸应用 埃及、巴比伦、罗马、希腊、印度等地水利、造船、航海产业发展 系统研究 古希腊哲学家阿基米德《论浮体》（公元前250年）奠定了流体静力学的基础
第一章 绪论 1-1 连续介质假设的条件是什么？ 答：所研究问题中物体的特征尺度L ，远远大于流体分子的平均自由行程l ，即l/L<<1。 1-2 设稀薄气体的分子自由行程是几米的数量级，问下列二种情况连续介质假设是否成立？ （1）人造卫星在飞离大气层进入稀薄气体层时； （2）假象地球在这样的稀薄气体中运动时。 答：（1）不成立。 （2）成立。 1-3 粘性流体在静止时有没有切应力？理想流体在运动时有没有切应力？静止流体没有粘性吗？ 答：（1）由于0=dy dv ，因此0==dy dv μτ，没有剪切应力。 （2）对于理想流体，由于粘性系数0=μ，因此0==dy dv μ τ，没有剪切应力。 （3）粘性是流体的根本属性。只是在静止流体中，由于流场的速度为0，流体的粘性没有表现出来。 1-4 在水池和风洞中进行船模试验时，需要测定由下式定义的无因次数（雷诺数）νUL =Re ， 其中U 为试验速度，L 为船模长度， ν为流体的运动粘性系数。如果s m U /20=，m L 4=，温度由C ?10增到C ?40时，分别计算在水池和风洞中试验时的Re 数。（C ?10时水和空气的运动粘性系数为410013.0-?和410014.0-?，C ?40时水和空气的运动粘性系数为4100075.0-?和410179.0-?）。 答：C ?10时水的Re 为：()() 72410154.6/10013.04)/(20Re ?=??==-s m m s m UL ν。 C ?10时空气的Re 为：()()72410714.5/10014.04)/(20Re ?=??==-s m m s m UL ν 。 C ?40时水的Re 为：()() 82410067.1/100075.04)/(20Re ?=??== -s m m s m UL ν。
高等流体力学 第一章 流体力学的基本概念 连续介质：流体是由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。 流体质点：是指微小体积内所有流体分子的总和。 欧拉法质点加速度：时变加速度与位变加速度和 z u u y u u x u u t u dt du a x z x y x x x x x ??+??+??+??== 质点的随体导数：质点携带的物理量随时间的变化率称为质点的随体导数，用dt d 表示。在欧拉法描述中的任意物理量Q 的质点随体导数表述如下： x k k Q u t Q dt dQ ??+??= 式中Q 可以是标量、矢量、张量。质点的随体导数公式对任意物理量都成立，故将质点的 随体导数的运算符号表示如下： x k k u t dt d ??+??= 其中 t ?? 称为局部随体导数，x k k u ??称为对流随体导数，即在欧拉法描述的流动中，物理 量的质点随体导数等于局部随体导数与对流随体导数之和。 体积分的随体导数：质点携带的物理量随时间的变化率称为质点的随体导数。则在由流体质点组成的流动体积V 中标量函数Φ（x, t ）随时间的变化率就是体积分的随导函数。 由两部分组成①函数Φ 对时间的偏导数沿体积V 的积分，是由标量场的非恒定性引起的。②函数Φ通过表面S 的通量。由体积V 的改变引起的。 ()dV divv dt d dV v div t dS u dV t dV dt d v v n s v v ?? ? ???Φ+Φ=??????Φ+?Φ?=Φ+?Φ?=Φ??????????????()dV adivv dt da dV av div t a dS au dV t a adV dt d v v n s v v ?? ????+=??????+??=+??=?????????????? 变形率张量： 11ε 12ε13ε D ij = 21ε 22ε 23ε 31ε 32ε 33ε
流体力学-课后习题答案
第一章习题答案 选择题（单选题） 1.1 按连续介质的概念，流体质点是指：（d ） （a ）流体的分子；（b ）流体内的固体颗粒；（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。 1.2 作用于流体的质量力包括：（c ） （a ）压力；（b ）摩擦阻力；（c ）重力；（d ）表面张力。 1.3 单位质量力的国际单位是：（d ） （a ）N ；（b ）Pa ；（c ）kg N /；（d ）2 /s m 。 1.4 与牛顿内摩擦定律直接有关的因素是：（b ） （a ）剪应力和压强；（b ）剪应力和剪应变率；（c ）剪应力和剪应变；（d ）剪应力和流速。 1.5 水的动力黏度μ随温度的升高：（b ） （a ）增大；（b ）减小；（c ）不变；（d ）不定。 1.6 流体运动黏度ν的国际单位是：（a ） （a ）2 /s m ；（b ）2 /m N ；（c ）m kg /；（d ）2 /m s N ?。 1.7 无黏性流体的特征是：（c ） （a ）黏度是常数；（b ）不可压缩；（c ）无 黏性；（d ）符合RT p =ρ 。 1.8 当水的压强增加1个大气压时，水的密度增 大约为：（a ） （a ）1/20000；（b ）1/10000；（c ）1/4000；（d ）1/2000。 1.9 水的密度为10003 kg/m ，2L 水的质量和重量
是多少？ 解： 10000.0022m V ρ==?=（kg ） 29.80719.614 G mg ==?=（N ） 答：2L 水的质量是2 kg ，重量是19.614N 。 1.10 体积为0.53 m 的油料，重量为4410N ，试求该油料的密度是多少？ 解： 44109.807 899.3580.5 m G g V V ρ====（kg/m 3） 答：该油料的密度是899.358 kg/m 3 。 1.11 某液体的动力黏度为0.005Pa s ?，其密度为8503 /kg m ，试求其运动黏度。 解：6 0.005 5.88210850μνρ-===?（m 2/s ） 答：其运动黏度为6 5.88210-? m 2 /s 。 1.12 有一底面积为60cm ×40cm 的平板，质量为 5Kg ，沿一与水平面成20°角的斜面下滑，平面与斜面之间的油层厚度为0.6mm ，若下滑速度0.84/m s ，求油的动力黏度μ。
第一章习题简答 1-S为防I上水温升高时，体积膨胀将水管胀裂，通常在水暧系统顶部设有膨胀水箱， 若系统内水的总体积为10ms加温前后温差为5O°C ,在其温度范用内水的体积膨胀系数 dV = a v VclT = O.OOO5 x!0x50= 0.25/n3 IT压缩机压缩空气，绝对压强从9?8067xlO4 Pa升髙到5.8840xl05 Pa,温度从 20C升髙到78°C,问空气体积减少了多少？ 解：将空气近似作为理想气体来研究，则由- = RT得出P m m △—匕= 1.166 = 80% V, _w P\ 5.841 P\ 1-5如图，在相距6 =+0mm的两平行平板间充满动力粘度卩=0.7Pa?s的液体，液体中有一长为a=60mm的薄平板以u=15m/s的速度水平向右移动。假左平板运动引起液体流动的速度分布是线性分布。当h=10mm时，求薄平板单位宽度上受到的阻力。 9.8067 xlO4 287x(273 + 20) =\A66kg/m s 5.8840x10' 287x(273 + 78) =5?841匕/沪 a v=0.0005/°Co求膨胀水箱的最小容积V mm o 据题意，a、?=O.OOO5/°C, V=10m5, dT=5O°C 故膨胀水箱的最小容积
解：平板受到上下两侧黏滞切力匚和1\ 作用，由T = //A —可得 〃y T = T] += //A —— + //A — = 0.7 x 0.06 x 5 _h h U 相反） 1-6两平行平板相距0.5mm,英间充满流体，下板固立，上板在2 N/nP 的力作用下以 O.25m/s 匀速移动，求该流体的动力黏度卩。 解：由于两平板间相距很小，且上平板移动速度不大，则可认为平板间每层流体的速度 分布是直线分布，则T = /zA —= /zA-,得流体的动力黏度为 dy a T T b “ 0.5x 10"3 片 in _4D A 丄 A u 0.25 b 1-7温度为20弋 的空气，在直径为2.5cm 的管中流动，距管壁上1mm 处的空气速度为 3cm/s c 求作用于单位长度管壁上的黏滞切力为多少？ 解：温度为20叱 的空气的黏度为1S.5X10-6 Pa-s 如图建立坐标系，且设"二?P+c 由题意可得方程组 0 = 6/0.0 1 252+C < 0.03 = 67(0.0125-0.00 l)2+c 解得 a= -1250, uO.195 贝lj u=-l250)^+0.193 则 ^=J(-1250r +0.195)= 25()()y dy dy 10.04-0.01 0.01； = 847V (方向与
第一章流体力学基础 流体包括液体和气体。 流体力学是力学的一个分支，研究流体处于平衡、运动状态时的力学规律及其在工程中的应用。 按研究介质不同流体力学分为液体力学（水力学）和气体力学。水力学研究的对象是液体，但是，当气体的流速和压力不大，密度变化不大，压缩性可以忽略不计时，液体的各种平衡和运动规律对于气体也是适用的。 流体力学在建筑设备工程中有着广泛的应用。给水、排水、供热、供燃气、通风和空气调节等工程设计、计算和分析都是以流体力学作为理论基础的。因此，必须了解和掌握流体力学的基本知识。 第一节流体的主要物理性质 流体的连续性假说 流体毫无空隙地连续地充满它所占据的空间。因此，描述流体平衡和运动的参数都是空间坐标的连续函数，从而就可以应用数学分析中的连续函数这一工具，分析流体在外力作用下的机械运动。 流体的力学特性 （1）流体不能承受拉力； （2）静止流体不能承受切力，受微小切力作用流体就会流动，这就是流体易流动性的原因，运动的实际流体能承受切力； （3）静止或运动的流体能承受较大的压力。 一、惯性及万有引力特性 惯性——物体保持原有运动状态的性质。惯性的大小用质量表示。 万有引力——地球上的物体均受地球引力的作用，表现为重力。质量为物体的重力为 （N）（1-1）
式中——重力加速度，取m/s2。 1．密度 对于均质流体，单位体积流体具有的质量，记为。对于质量为，体积为的流体有 （kg/m3）（1-2） 2．容重（重度） 对于均质流体，单位体积流体具有的重量，记为。对于重量为，体积为的流体有 (N/m3)（1-3） 干空气在标准大气压mmHg和20℃时，kg/m3，N/m3。 水在标准大气压和4℃时，kg/m3，N/m3。 水银在标准大气压和20℃时，kg/m3，N/m3。 二、粘滞性 如图1-1所示，为管中断面流速分布。由于流体各流层流速不同，当相邻层间有相对运动时，在接触面上就会产生相互作用的内摩擦力（切力），摩擦生热，耗散在流体中，流体的机械能就会损失一部分。 流体运动时产生内摩擦力或抵抗剪切变形的能力称为流体的粘滞性。
第一章流体力学 一、流体：可以流动的物体——物体的变形与时间有关的——液体与气体liquid &gas。 二、流体输送在化工生产中的应用 在化工生产过程中，物料从一个设备到另一个设备、在设备中进行物理或化学加工过程等，一般都是在流动的过程中进行的。适宜的流动条件能使过程进行的更加完善。因此，我们有必要在此首先讨论流体输送，以解决化工生产中的最基本的问题： 1、管径的选择与管路布置； 2、估算输送流体所需要的能量，选用输送机械； 3、流速、流量、压强等的测定； 4、提供适宜的流体流动条件，作为强化设备操作及设计高效能设备的依据。 第一节流体的基本物理量 一、密度与比容density & specific volume （一）密度ρ与比重d 1、密度：概念；表达式；单位；液体密度及其查取方法
2、比重——相对密度 （二）气体的密度 一般可根据理想气体状态方程求得。 例题：求常压下、25℃时氧气的密度？ （三）混合物的密度 1、混合液体混合前后总体积不变的原则 例题：求25℃时40%（质量百分数）的苯、甲苯溶液的密度？ 2、混合气体用平均分子量 例题：求常压下、25℃时空气的密度？ （四）比容ν 比容的概念；表达式；单位；与密度的关系。 二、压强p（压力）pression or pressure 1、定义，表达式，单位与其它常用压力单位，单位换算因子； 2、压强与压力 3、用液柱高度表示压强单位的意义：该液柱作用于底部单位面积上的重力。 4、表压、绝压、真空度。 （1）概念 （2）相互关系：①表达式；②关系图
（3）说明：上报工艺文件时注意要注明是表压还是绝压，如不注明，则表明是绝压。 小结： 一、密度 二、压力 作业：气体密度计算1题，混合液体密度计算1题，表压、绝压、真空度换算1-2题。
第一章 第二章 第三章 1.1 试谈牛顿内摩擦定律？产生摩擦力的根本原因是什么？（参考分数：8分） 答：流体内只要存在相对运动，流体内就会产生内摩擦力来抵抗此相对运动，牛顿经过大量牛 顿平板试验得出单位面积上的内摩擦力：τ=F/A=μ·du/dy 即为牛顿内摩擦定律。产生摩擦力的 根本原因是流体内存在着相对运动。 1.2 液体和气体的粘性随温度的升高或降低发生变化，变化趋势是否相同？为什么？（参考分 数：8分） 答：不相同，液体的粘度随温度升高而减小，气体的粘度却随温度升高而增大。其原因是，液 体分子间距小，内聚力强，粘性作用主要来源于分子内聚力，当液体温度升高时，其分子间距加大， 内聚力减小，粘度随温度上升而减小；而气体的内聚力极小，可以忽略，其粘性作用可以说完全是 分子热运动中动量交换的结果，当气体温度升高时，热运动加剧，其粘度随温度升高而增加。 1.3 何谓流体的连续介质模型？为了研究流体机械运动规律，说明引入连续介质模型的必要性。 答：流体的连续介质模型：假定流体是由连续分布的流体质点所组成，即认为流体所占据的空 间完全由没有任何空隙的流体质点所充满，流体质点在时间过程中作连续运动。根据流体的连续介 质假设，表征流体性质和运动特性的物理量和力学量一般为空间坐标和时间变量的连续函数，这样 就可以用数学分析方法来研究流体运动，解决流体力学问题。 1.4 什么是表面张力？试对表面张力现象作物理解释。 答：液体的表面张力是液体自由表面上相邻部分之间的拉力，其方向与液面相切，并与两相邻 部分的分界线垂直。表面张力是分子引力在液体表面上的一种宏观表现。例如，在液体和气体相接 触的自由表面上，液面上的分子受到液体内部分子的吸引力与其上部气体分子的吸引力不平衡，其 合力的方向与液面垂直并指向液体内部。在合力的作用下，表层中的液体分子都力图向液体内部收 缩，使液体具有尽量缩小其表面的趋势，这样沿液体的表面便产生了拉力，即表面张力。 1.5 动力粘度μ＝0.172Pa·s 的润滑油充满在两个同轴圆柱体的间隙中，外筒固定，内径D ＝ 12cm ，间隙h ＝0.02cm ，试求：（1）当内筒以速度U ＝1m/s 沿轴线方向运动时，内筒表面的切应力 τ1，如图1-3（a ）；（2）当内筒以转速n ＝180r/min 旋转时，内筒表面的切应力τ2，如图1-3（b ）。 (b) 解：内筒外径 96cm .1102.02122h D d =?-=-= （1）当内筒以速度U ＝1m/s 沿轴线方向运动时，内筒表面的切应力 N 8601002.01172.0h U dy du 2 -1=??===μμτ （2）当内筒以转速n ＝180r/min 旋转时，内筒的旋转角速度60 2n πω= ，内筒表面的切应力