工程流体力学思考题

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。

流体力学实验思考题解答（一）流体静力学实验1、 同一静止液体内的测压管水头线是根什么线？ 答：测压管水头指γpZ +，即静水力学实验仪显示的测压管液面至基准面的垂直高度。

测压管水头线指测压管液面的连线。

从表1.1的实测数据或实验直接观察可知，同一静止液面的测压管水头线是一根水平线。

2、 当0<B p 时，试根据记录数据确定水箱的真空区域。

答：以当00<p 时，第2次B 点量测数据（表1.1）为例，此时06.0<-=cm p Bγ，相应容器的真空区域包括以下3三部分：（1）过测压管2液面作一水平面，由等压面原理知，相对测压管2及水箱内的水体而言，该水平面为等压面，均为大气压强，故该平面以上由密封的水、气所占的空间区域，均为真空区域。

（2）同理，过箱顶小杯的液面作一水平面，测压管4中该平面以上的水体亦为真空区域。

（3）在测压管5中，自水面向下深度为0∇-∇=H AP γ的一段水注亦为真空区。

这段高度与测压管2液面低于水箱液面的高度相等，亦与测压管4液面高于小水杯液面高度相等，均为0∇-∇=H AP γ。

3、 若再备一根直尺，试采用另外最简便的方法测定0γ。

答：最简单的方法，是用直尺分别测量水箱内通大气情况下，管5油水界面至水面和油水界面至油面的垂直高度w h 和o h ，由式o o w w h h γγ=，从而求得o γ。

4、 如测压管太细，对测压管液面的读数将有何影响？答：设被测液体为水，测压管太细，测压管液面因毛细现象而升高，造成测量误差，毛细高度由下式计算γθσd h cos 4= 式中，σ为表面张力系数；γ为液体的容重；d 为测压管的内径；h 为毛细升高。

常温C t ︒=20）的水，mm dyn /28.7=σ或m N /073.0=σ，3/98.0mm dyn =γ。

水与玻璃的浸润角θ很小，可认为0.1cos =θ。

于是有dh 7.29= ()mm d h 单位均为、 一般说来，当玻璃测压管的内径大于10mm 时，毛细影响可略而不计。

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。

思考题1.雷诺数与哪些因数有关？其物理意义是什么？当管道流量一定时，随管径的加大，雷诺数是增大还是减小？雷诺数与流体的粘度、流速及水流的边界形状有关。

Re=惯性力/粘滞力,随d 增大，Re减小。

2.为什么用下临界雷诺数，而不用上临界雷诺数作为层流与紊流的判别准则？答：上临界雷诺数不稳定，而下临界雷诺数较稳定，只与水流的过水断面形状有关。

3.当管流的直径由小变大时，其下临界雷诺数如何变化？答：不变，临界雷诺数只取决于水流边界形状，即水流的过水断面形状。

1.圆管层流的切应力、流速如何分布？答：直线分布，管轴处为0，圆管壁面上达最大值；旋转抛物面分布，管轴处为最大，圆管壁面处为0。

2.如何计算圆管层流的沿程阻力系数？该式对于圆管的进口段是否适用？为什么？答：否；非旋转抛物线分布3.为什么圆管进口段靠近管壁的流速逐渐减小，而中心点的流速是逐渐增大的？答：连续性的条件的要求：流量前后相等（流量的定义）1.紊流研究中为什么要引入时均概念？紊流时，恒定流与非恒定流如何定义？把紊流运动要素时均化后，紊流运动就简化为没有脉动的时均流动，可对时均流动和脉动分别加以研究。

紊流中只要时均化的要素不随时间变化而变化的流动，就称为恒定流。

2.瞬时流速、脉动流速、时均流速和断面平均流速的定义及其相关关系怎样？瞬时流速u，为流体通过某空间点的实际流速，在紊流状态下随时间脉动；时均流速，为某一空间点的瞬时流速在时段T内的时间平均值；；脉动流速，为瞬时流速和时均流速的差值，；断面平均流速v，为过水断面上各点的流速（紊流是时均流速）的断面平均值，。

3.紊流时的切应力有哪两种形式？它们各与哪些因素有关？各主要作用在哪些部位？粘性切应力——主要与流体粘度和液层间的速度梯度有关。

主要作用在近壁处。

附加切应力——主要与流体的脉动程度和流体的密度有关，主要作用在紊流核心处脉动程度较大地方。

4.紊流中为什么存在粘性底层？其厚度与哪些因素有关？其厚度对紊流分析有何意义？在近壁处，因液体质点受到壁面的限制，不能产生横向运动，没有混掺现象，流速梯度d u/d y 很大，粘滞切应力τ=μd u/d y仍然起主要作用。