流体动力学基础复习思考题

思考题第一章流体及其物理性质1．试述流体的定义，以及它与固体的区别。

2．与气体有哪些共同的特性？它们各有什么不同的特性？试分别举例说明，在空气和水中相同与不同的一些流体力学现象。

3．何谓连续介质？引入连续介质模型的目的意义何在？4．流体的密度、比容以及相对密度之间有何关系？这三者的单位如何？5．流体的压缩性与膨胀性可以用哪些参量来描述？6．完全气体的状态方程是什么？请说明方程中每一个参量的意义。

7．何谓不可压缩流体？在什么情况下可以忽略流体的压缩性？8．何谓流体的粘性？流体的粘度与流体的压强和温度的关系如何？9．流体的粘性力与固体的摩擦力有何本质区别？10．试述牛顿内摩擦定律，根据此定律说明，当实际流体处于静止或相对静止状态时，是否存在切向应力？11．何谓理想流体？引入理想流体模型的意义何在？12．试述表面张力的定义，及其产生表面张力的机理。

13．何谓附着力，何谓内聚力？试分析水和水银在毛细管中上升或下降的现象。

14．作用在流体上的力可以分为哪两种？第二章流体静力学1．试述流体静压强的两个重要特性。

2．静力学的全部内容适用于理想流体还是实际粘性流体？或者两者都可？为什么？3．何谓流体的平衡状态与相对平衡状态？它们对应的平衡微分方程有何相同之处与不同之处？4．试写出欧拉平衡微分方程式，叙述该方程的适用范围以及方程中每一项的物理意义。

5．何谓质量力有势？试写出重力的势函数。

6．不可压缩流体处于平衡状态时，对作用在它上面的质量力有什么要求？7．试写出静止流体的压强差公式，并叙述其物理意义，此公式对于相对静止流体是否适用？8．试写出静止流体的等压面的微分方程式，此方程式对于相对静止流体是否适用？9．试述等压面的重要性质。

10．流体静力学的基本方程式的物理意义和几何意义各是什么？11．何谓绝对压强、计示压强与真空？它们之间有何关系？12．静压强的计量单位有哪几种？它们的换算关系如何？13．在一U型管中，盛有两种不相溶的、不同密度的液体，试问，在同一水平面上的液体压强是否相同？为什么？14．叙述帕斯卡原理，试举例说明它在工程中的应用。

第四章 流体动力学基础 复习思考题1. 在 流动中，伯努利方程不成立。

D(A) 恒定 (B) 理想流体 (C) 不可压缩 (D) 可压缩 2. 在总流伯努利方程中，速度 v 是 速度。

B(A) 某点 (B) 断面平均 (C) 断面形心处 (D) 断面上最大 3. 文透里管用于测量 。

D(A) 点流速 (B) 压强 (C) 密度 (D) 流量 4. 毕托管用于测量 。

A(A) 点流速 (B) 压强 (C) 密度 (D) 流量5. 密度 ρ = 800kg/m 3 的油在管中流动，若压强水头为2m 油柱，则压强为 N/m 2。

C(A) 1.96×104 (B) 2×103 (C) 1.57×104 (D) 1.6×103 6. 应用总流能量方程时，两断面之间 。

D(A) 必须是缓变流 (B) 必须是急变流 (C) 不能出现急变流 (D) 可以出现急变流 7. 应用总流动量方程求流体对物体合力时，进、出口的压强应使用 。

B (A) 绝对压强 (B) 相对压强 (C) 大气压强 (D) 真空值8. 伯努利方程中 gv p z 22αγ++表示 。

B(A) 单位质量流体具有的机械能 (B) 单位重量流体具有的机械能 (C) 单位体积流体具有的机械能 (D) 通过过流断面的总机械能9. 粘性流体恒定总流的总水头线沿程变化规律是 。

A(A) 沿程下降 (B) 沿程上升 (C) 保持水平 (D) 前三种情况都有可能 10. 粘性流体恒定总流的测压管水头线沿程变化规律是 。

D(A) 沿程下降 (B) 沿程上升 (C) 保持水平 (D) 前三种情况都有可能 11. 动能修正系数α = 。

C(A) A vuA A ⎰⎰d 1 (B) A v u A A ⎰⎰⎪⎭⎫ ⎝⎛d 12(C) A v u A A ⎰⎰⎪⎭⎫ ⎝⎛d 13(D) A v u A A ⎰⎰⎪⎭⎫ ⎝⎛d 1412. 动量修正系数α0 = 。

复习思考题第一章1-1试从力学的角度,比较流体与固体的差别。

答：固体在承受一定的外力后才会发生形变;而流体只要承受任何切力都会发生流动，直到切力消失；流体不能承受拉力，只能承受压力。

1-2气体和液体的物理力学特性有何异同?答：液体:有一定的体积，一定的自由表面，无可压缩性气体:无一定的体积，无自由表面，有明显的而可压缩性1-3何为连续介质?流体力学中为何需要引进连续介质假设?答：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，这就是连续介质模型。

建立连续介质模型，是为了避开分子运动的复杂性，将流体运动中的物理量视为空间和时间的连续函数，可以用数学分析法研究流动。

1-4连续介质模型能否适用于含有气泡的液体?答：若气泡相对于液体而言可以看作孤立的点的话，则含有气泡的液体可以适用连续介质模型。

1-5 什么是牛顿内摩擦定律?它的应用条件是什么?答:处于相对运动的两层相邻流体之间的内摩擦力 T，其大小与流体的物理性质有关，并与流速梯度和流层的接触面积A成正比，而与接触面上的压力无关。

应用条件：仅适用于层流流动，不适用于湍流流动;仅适用于牛顿流体，不适用于非牛顿流体。

1-6流体的动力粘滞系数与运动粘滞系数有何不同?答：动力粘度表示液体在一定剪切应力下流动时，内摩檫力的量度，用ｕ表示。

运动粘度是液体在重力下流动时，内摩檫力的量度，用ｖ表示。

1-7流体粘性与哪些因素有关?它们随温度是如何变化的?答：与流体种类，温度，压力有关。

液体随温度增大而降低，气体随温度增大而增大，压力对粘度影响较小。

1-8 什么是理想流体?为什么要引进理想流体的概念?理想流体有无能量损失?答：理想流体是指没有粘滞性的流体。

引进理想流体可以使流体流动基本规律的分析和计算得以简化，没有能量损失。

1-9 什么情况下要考虑液体的压缩性和表面张力的影响?答：当外界压强变化较大，如发生水击现象时必须考虑压缩性；液体有较大的曲率时才会考虑表面张力。

流体力学思考题第一章流体及其物理性质1、有了流体的动力黏度为什么还要引进动力黏度？两者是不是都能表示流体粘性的大小？试说明理由？2、流体有那些特性？试述液体和气体特性的异同点？3、运动黏度的物理意义是什么？4、试述流体连续性介质假设的内容？并说明引入这个假设的必要性？5、何谓流体的粘性？写出牛顿内摩擦定律的表达式/说明应用范围？6、说明作用在流体上的力的种类及其具体内容。

第二章流体力学的基本概念1、流体静压强有那些特性？2、证明静止流体中任意点处各方向的压强相等。

3、何谓当量直径？何谓水力半径？二者有什么关系？第三章流体力学的基本方程1、的势函数同压力的全微分以及单位质量力在各坐标轴上的分量有什么关系？2、流体平衡微分方程是如何建立的？它的物理意义是什么？3、流体平衡微分方程是如何建立的？它的物理意义是什么？4、试证明有势的质量力与等压面垂直。

5、试述研究流体运动的欧拉方法和拉格朗日方法是什么？6、流线有什么特性？它与迹线有什么区别？7、解释下列名词；定常流动、非定常流动、流线、迹线、有效截面、平均流速、流量。

8、试述流体不可压缩流动与定常流动的区别？第四章流体静力学1、写出静力学基本方程，并说明其物理意义？几何意义及应用条件？2、什么是等压面？等压面的特性方程取何种形式？等压面与单位质量力有什么关系？3、什么是绝对压强、表压强、真空？它们之间有何关系？4、试用图示法说明绝对压强、表压强、真空？它们之间有何关系？5、写出等角速度旋转容器平衡时，自由表面方程的表达式和压强分布式。

第五章相似原理和量纲分析1、用速度和长度比例常数表示的重力的相似准则是？2、用速度和长度比例常数表示的粘滞力的相似准则是？3、用基本变量ρ、L 、υ表示的压强p 的无量纲量？4、同一种液体的雷诺相似准则是？第六章理想流体的一维流动1、试述理想流体微元流束伯努里方程中各项物理意义是什么？推导该方程的条件是什么？2、动量方程的应用条件是什么？3、能量方程式是根据什么定理推出来的？4、速度三角形是怎样得到的？5、试对能量方程式：()∞∞∞-=u u T v u v u p 1122ρ 进行分析。

第三章流体运动学与动力学基础主要内容基本概念欧拉运动微分方程连续性方程——质量守恒*伯努利方程——能量守恒** 重点动量方程——动量守恒** 难点方程的应用第一节研究流体运动的两种方法流体质点：物理点。

是构成连续介质的流体的基本单位，宏观上无穷小（体积非常微小，其几何尺寸可忽略），微观上无穷大（包含许许多多的流体分子，体现了许多流体分子的统计学特性）。

空间点：几何点，表示空间位置。

流体质点是流体的组成部分，在运动时，一个质点在某一瞬时占据一定的空间点（x，y，z）上，具有一定的速度、压力、密度、温度等标志其状态的运动参数。

拉格朗日法以流体质点为研究对象，而欧拉法以空间点为研究对象。

一、拉格朗日法（跟踪法、质点法）Lagrangian method1、定义：以运动着的流体质点为研究对象，跟踪观察个别流体质点在不同时间其位置、流速和压力的变化规律，然后把足够的流体质点综合起来获得整个流场的运动规律。

2、拉格朗日变数：取t=t0时，以每个质点的空间坐标位置为（a，b，c）作为区别该质点的标识，称为拉格朗日变数。

3、方程：设任意时刻t，质点坐标为(x，y，z) ，则：x = x(a,b,c,t)y = y(a,b,c,t) z = z(a,b,c,t) 4、适用情况：流体的振动和波动问题。

5、优点： 可以描述各个质点在不同时间参量变化，研究流体运动轨迹上各流动参量的变化。

缺点：不便于研究整个流场的特性。

二、欧拉法（站岗法、流场法）Eulerian method1、定义：以流场内的空间点为研究对象，研究质点经过空间点时运动参数随时间的变化规律，把足够多的空间点综合起来得出整个流场的运动规律。

2、欧拉变数：空间坐标（x ，y ，z ）称为欧拉变数。

3、方程：因为欧拉法是描写流场内不同位置的质点的流动参量随时间的变化，则流动参量应是空间坐标和时间的函数。

位置： x = x(x,y,z,t)y = y(x,y,z,t) z = z(x,y,z,t)速度： u x =u x （x,y,z,t ）u y =u y （x,y,z,t ） u z =u z （x,y,z,t ）同理： p =p （x,y,z,t ） ，ρ=ρ(x,y,z,t) 说明： x 、y 、z 也是时间t 的函数。

工程流体力学思考题1~4章第一章绪论1、什么叫流体？流体与固体的区别？流体是指可以流动的物质，包括气体和液体。

与固体相比，流体分子间引力较小，分子运动剧烈，分子排列松散，这就决定了流体不能保持一定的形状，具有较大流动性。

2、流体中气体和液体的主要区别有哪些？（1）气体有很大的压缩性，而液体的压缩性非常小；（2）容器内的气体将充满整个容器，而液体则有可能存在自由液面。

3、什么是连续介质假设？引入的意义是什么？流体充满着一个空间时是不留任何空隙的，即把流体看作是自由介质。

意义：不必研究大量分子的瞬间运动状态，而只要描述流体宏观状态物理量，如密度、质量等。

4、何谓流体的压缩性和膨胀性？如何度量？压缩性：温度不变的条件下，流体体积随压力变化而变化的性质。

用体积压缩系数βp 表示，单位Pa -1。

膨胀性：压力不变的条件下，流体体积随温度变化而变化的性质。

用体积膨胀系数βt 表示，单位K -1。

5、何谓流体的粘性，如何度量粘性大小，与温度关系？流体所具有的阻碍流体流动，即阻碍流体质点间相对运动的性质称为粘滞性，简称粘性。

用粘度μ来表示，单位N ·S/m 2或Pa ·S 。

液体粘度随温度的升高而减小，气体粘度随温度升高而增大。

6、作用在流体上的力怎样分类，如何表示？（1）质量力：采用单位流体质量所受到的质量力f 表示；（2）表面力：常用单位面积上的表面力Pn 表示，单位Pa 。

7、什么情况下粘性应力为零？（1）静止流体（2）理想流体第二章流体静力学1、流体静压力有哪些特性？怎样证明？（1）静压力沿作用面内法线方向，即垂直指向作用面。

证明：○1流体静止时只有法向力没有切向力，静压力只能沿法线方向；○2流体不能承受拉力，只能承受压力；所以，静压力唯一可能的方向就是内法线方向。

（2）静止流体中任何一点上各个方向静压力大小相等，与作用方向无关。

证明：2、静力学基本方程式的意义和使用范围？静力学基本方程式:Z+gP ρ=C 或Z 1+g P ρ1=Z 2+g P ρ2 （1）几何意义：静止流体中测压管水头为常数物理意义：静止流体中总比能为常数（2）使用范围：重力作用下静止的均质流体3、等压面及其特性如何？在充满平衡流体的空间里，静压力相等的各点组成的平面称为等压面。

第五章粘性流体动力学一、思考题1．什么是沿程水头损失？什么是局部水头损失，沿程水头损失和局部水头损失产生的主要原因是什么？2．什么是水力半径?它与管道半径有何区别？3．什么是层流？什么是紊流？怎样判别黏性流体的这两种不同的流态？理想流体是否有层流和紊流之分？4. 雷诺试验表明，粘性流体的流动可以分为哪两种流动状态？在试判别流体的流动状态，为何不用上临界雷诺数，而用下临界雷诺数？工程中一般取圆管的临界雷诺数为多少？5．流体在渐扩管道中从截面1流向截面2，若已知在截面1处流体作层流流动，试问流体在截面2处是否仍保持层流流动？6．运动中的理想流体与粘性流体所受的表面力有何不同？7．试写出纳维—斯托克斯方程式，并说明此方程中每一项的意义及此方程的适用条件。

8．用应力表示的运动微分方程式是怎样导出的？适用条件是什么？9．根据斯托克斯假设，如何确定正应力和剪应力？10．为什么均匀流基本方程既能适用于层流又能适用于紊流？11．什么是量纲？什么是单位？量纲和单位有什么不同？12．什么是基本量纲？力学问题中常用哪些基本量纲？13．什么是无量纲量？无量纲量有何特点？14．何谓基本物理量？基本物理量是否固定不变？它的选取原则是什么？如何判别几个物理量是基本物理量？15．什么是量纲和谐原理？16．何谓几何相似，运动相似和动力相似？试举例说明之。

17．什么是相似指标？若两流动相似，相似指标应该满足什么条件？18．试写出佛劳德数、雷诺数、欧拉数的定义式及其物理意义。

19．什么是相似准则？模型试验方法如何选择相似准则20．为什么工程中常常采用的近似模型试验方法？请举例说明之。

21．对于有压的粘性管流或其它有压内流，应该考虑什么准则数？22．叙述利用纳维—斯托克斯方程式求解不可压缩粘性流体在平行平板间作定常层流流动问题的基本思路。

23．降膜流动有何特点？叙述利用纳维—斯托克斯方程式求解不可压缩粘性流体在斜平面上作定常层流流动问题的基本思路。

1、比较拉格朗日法和欧拉法，两种方法及其数学表达式有何不同？①拉格朗日法——以研究单个液体质点的运动过程作为基础，综合所有质点的运动，构成整个液体的运动。

x=x（a，b，c，t）y=y（a，b，c，t）z=z（a，b，c，d）②欧拉法——以考察不同液体质点通过固定的空间点的运动情况作为基础，综合所有空间点上的运动情况，构成整个液体的运动。

Ux=Ux（x，y，z，t）Uy=Uy（x，y，z，t）Uz=Uz（x，y，z，t）2、恒定流和非恒定流、均匀流和非均匀流、渐变流和急变流，各种流动分类的原则是什么？是举出具体的例子。

①按运动要素是否随时间变化分为恒定流和非恒定流；②按流线是否为彼此平行的直线分为均匀流和非均匀流③非均匀流又分为渐变流和急变流。

3、能量损失有几种形式？产生能量损失的物理原因是什么？①沿程阻力损失和局部阻力损失；②物理原因：产生损失的内因：粘滞性和惯性产生损失的外因：固壁对流动的阻滞和扰动。

4、雷诺数有什么物理意义？他为什么能起到判别流态的作用？①雷诺数为水流惯性力和粘滞力量级之比②Re =duρ。

流体的流动型态与流体的流速、密度和粘度、流μ体流动的管径有关，由雷诺数的计算公式可以看出，它是上述诸因素的组合，故可以起到判别流态的作用。

5、为何不能直接用临界速度作为判别流态（层流和紊流）的标准？因为流态不仅和断面平均流速v有关，而且还和管径d、流体的粘性和密度有关。

6、在水箱侧壁上，在相同高度处开设孔径相同的孔口和管嘴各一个，试比较两者的流速和流量的大小。

√2gH，一般情况下α=1.0，ξ=0，v=√2gH 流速：孔口v=√(α+ξ)√2gH，一般情况下α1=1.0，ξ1=0.5，管嘴v1=√(α1+ξ1)v1=0.82√2gH。

故v> v1流量:孔口Q=μA√2gH,μ为流量系数，μ=φε=0.64*0.97=0.62.管嘴Q1=μ1A√2gH,μ1为流量系数, μ1=φε=0.82.由于0.82>0.62，故Q1>Q7、为什么淹没出流孔口计算不必校验是大孔还是小孔？孔口的作用水头是孔口上下游水面的高差，且淹没出流孔口断面上各点作用水头相同，因此淹没出流也就没有大小孔口之分。

(流体力学)第1～5章思考题解答《工程流体力学》思考题解答第1章绪论1.1 答：流体与固体相比，流体的抗剪切性能很差，静止的流体几乎不能承受任何微小的剪切力；在一般情况下，流体的抗压缩性能也不如固体的抗压缩性能强。

液体与气体相比，液体的压缩性与膨胀性均很小，能够承受较大的外界压力，而气体由于压缩性和膨胀性都很大，所以气体不能承受较大的外界压力。

气体受压时，变形通常会非常明显。

1.2——1.7答：④①④①④④1.8正确。

1.9错误。

第2章流体静力学基础思考题2.1答：C2.2答：D2.3答：不能认为压强是矢量，因为压强本身只是流体内部位置坐标点的函数，与从原点指向该点的方向转角没有关系。

2.4答：测管1和测管2液面与容器中液面0-0不平齐。

测管1液面比测管2液面要高，因为液体1的密度比液体2的密度要小。

2.5答：两个底面上所受的静水总压力相同，而两个秤盘上所称得的重量不相同。

这是因为两个容器内所盛液体的质量不相同，而秤盘上得到的重量取决于容器内液体的质量。

（或两图的压力体不同。

）2.6答：该浮力不会使圆柱绕轴O转动。

根据静水压强的垂直性可以知道，圆柱体上每一个点所受到的压强都垂直与该点并指向圆柱体的轴心，所以，不会对圆柱体产生任何转动的力矩作用。

2.7答：修改后图：油水ABCDEA BBC C相等第3章流体动力学基础3.1 答：Lagrange方法以个别流体质点的运动作为观察对象，综合每个质点的运动来获得整个流体的运动规律，其函数表达式为个别质点运动的轨迹方程。

Euler 方法以流体运动所经过的空间点作为观察对象，观察同一时刻各固定空间点上流体质点的运动，综合不同时刻所有空间点的情况，构成整个流体运动。

3.2 答：流线是表示某一瞬时流动方向的曲线，该曲线上所有各点的流速矢量均与曲线相切。

流线的性质：a. 恒定流时，流线的形状和位置不随时间而改变；b. 恒定流时流体质点运动的迹线与流线重合；c. 除特殊点外，流线不能相交；d. 除特殊点外，流线是不发生转折的光滑曲线（或直线）。