第三章 流体运动学 复习思考题
1. 用欧拉法表示流体质点加速度a
等于 C 。 (A) t u ?? (B) u u )(?? (C) u u t
u )(??+?? (D) u u t u )(??-?? 2. 恒定流是流场中 C 的流动。
(A) 各断面流速分布相同 (B) 流线是相互平行的直线 (C) 运动要素不随时间而变化
(D) 流动随时间按一定规律变化
3. 一元流动是 A 。
(A) 运动参数是一个空间坐标和时间变量的函数 (B) 速度分布按直线变化 (C) 均匀直线流
(D) 流动参数随时间而变化
4. 均匀流的 B 加速度为零。
(A) 当地 (B) 迁移 (C) 向心 (D) 质点
5. 在 A 流动中，流线和迹线重合。
(A) 恒定 (B) 非恒定 (C) 不可压缩流体 (D) 一元
6. 连续性方程表示流体运动遵循 C 守恒定律。
(A) 能量 (B) 动量 (C) 质量 (D) 流量
7. 水在一条管道中流动，如果两断面的管径比为d 1/d 2 =2，则速度比v 1/v 2= D 。
(A) 2 (B) 1/2 (C) 4 (D) 1/4
8. 流体微团 C 。
(A) 具有规则的几何形状 (B) 质量大小不受限制 (C) 是由大量流体质点组成的微小质团
(D) 是质量、体积均可忽略的微元
9. 流体微团运动的基本形式包括 D 。
(A) 平移和旋转 (B) 平移和变形 (C) 旋转和变形 (D) 平移、旋转和变形
10. 流体旋转角速度是 B 。
(A) 标量 (B) 矢量 (C) 既不是标量，也不是矢量 (D) 二阶张量
11. 速度场的旋度和旋转角速度的关系是 B 。
(A) 相等 (B) 旋度等于旋转角速度的两倍 (C) 旋度等于旋转角速度的一半 (D) 没有一定关系
12. 流体作有旋运动的特征是 C 。
(A) 流体质点运动轨迹是圆形 (B) 旋转角速度矢量的三个分量都不等于零 (C) 速度场的旋度不等于零
13. 速度势只存在于 C 。
(A) 不可压缩流体流动中 (B) 可压缩流体流动中 (C) 无旋流动中 (D) 有旋流动中
14. 流动无旋的等价命题是： B 。
(A) 流动是均匀流 (B) 速度场有势 (C) 流线为互相平行的直线 (D) 流体微团没有变形
15. 什么是流线与迹线，二者有什么区别？在什么条件下流线与迹线重合，为什么？
16. 什么是恒定流与非恒定流？举例说明之。
17. 流体速度分解定理与刚体速度分解定理有什么区别？
18. 流体的旋转角速度与刚体的旋转角速度有何异同？
19. 均匀流与非均匀流、渐变流与急变流的过水断面有何不同？
20. 过水断面、平均流速和流量三者的关系是什么？
21. 直管中的流动，流速分布为 0,0),(22==+-=z y m x u u z y K u u ，试问该流动是否有旋？
22. 不可压缩流体连续性微分方程是否适用于非恒定流动？其物理意义是什么？
23. 流体微团有几种基本运动形式？与刚体运动有何区别？
24. 如何判别流动是有旋还是无旋？
25. 为什么无旋流动必是有势流动，有势流动必是无旋流动？
26. 写出下列物理量与流速场的关系式：
(A) 质点加速度（欧拉法表示） (B) 流体微团的体积膨胀率 (C) xoy 平面上的平面流动的角变形速率 (D) xoy 平面上的平面流动的平均旋转角速度
27. 写出下列流动的微分形式连续方程：
(A) 可压缩流体的非恒定流动 (B) 可压缩流体的恒定流动 (C) 不可压缩流体的非恒定流动
(D) 不可压缩流体的恒定流动 (E) 可压缩流体的非恒定平面流动（在极坐标下表达）
1 （C ）
2 （C ）
3 （A ）
4 （B ）
5 （A ）
6 （C ）
7 （D ）
8 （C ）
9 （D ） 10 （B ） 11 （B ） 12 （C ） 13 （C ） 14 （B ）
第三章 一元流体动力学基础 1.直径为150mm 的给水管道，输水量为h kN /7.980，试求断面平均流速。 解：由流量公式vA Q ρ= 注意：()vA Q s kg h kN ρ=?→// A Q v ρ= 得：s m v /57.1= 2.断面为300mm ×400mm 的矩形风道,风量为2700m 3/h,求平均流速.如风道出口处断面收缩为150mm ×400mm,求该断面的平均流速 解：由流量公式vA Q = 得：A Q v = 由连续性方程知2211A v A v = 得：s m v /5.122= 3.水从水箱流经直径d 1=10cm,d 2=5cm,d 3=2.5cm 的管道流入大气中. 当出口流速10m/ 时,求 (1)容积流量及质量流量;(2)1d 及2d 管段的流速 解：(1)由s m A v Q /0049.0333== 质量流量s kg Q /9.4=ρ (2)由连续性方程： 33223311,A v A v A v A v == 得：s m v s m v /5.2,/625.021== 4.设计输水量为h kg /294210的给水管道，流速限制在9.0∽s m /4.1之间。试确定管道直径，根据所选直径求流速。直径应是mm 50的倍数。 解：vA Q ρ= 将9.0=v ∽s m /4.1代入得343.0=d ∽m 275.0 ∵直径是mm 50的倍数，所以取m d 3.0= 代入vA Q ρ= 得m v 18.1= 5.圆形风道，流量是10000m 3/h,，流速不超过20 m/s 。试设计直径，根据所定直径求流速。直径规定为50 mm 的倍数。 解：vA Q = 将s m v /20≤代入得：mm d 5.420≥ 取mm d 450= 代入vA Q = 得：s m v /5.17= 6.在直径为d 圆形风道断面上，用下法选定五个点，以测局部风速。设想用和管轴同心但不同半径的圆周，将全部断面分为中间是圆，其他是圆环的五个面积相等的部分。测点即位于等分此部分面积的圆周上，这样测得的流速代表相应断面的平均流速。（1）试计算各测点到管心的距离，表为直径的倍数。（2）若各点流速为54321u u u u u ，，，，，空气密度为ρ，求质量流量G 。
第1章 绪论 选择题 【1.1】 按连续介质的概念，流体质点是指：（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。 解：流体质点是指体积小到可以看作一个几何点，但它又含有大量的分子，且具有 诸如速度、密度及压强等物理量的流体微团。 （d ） 【1.2】 与牛顿内摩擦定律直接相关的因素是：（a ）切应力和压强；（b ）切应力和剪切变 形速度；（c ）切应力和剪切变形；（d ）切应力和流速。 解：牛顿内摩擦定律是 d d v y τμ =，而且速度梯度d d v y 是流体微团的剪切变形速度 d d t γ，故d d t γ τμ=。 （b ） 【1.3】 流体运动黏度υ的国际单位是：（a ）m 2/s ；（b ）N/m 2；（c ）kg/m ；（d ）N·s/m 2。 解：流体的运动黏度υ的国际单位是/s m 2 。 （a ） 【1.4】 理想流体的特征是：（a ）黏度是常数；（b ）不可压缩；（c ）无黏性；（d ）符合RT p =ρ 。 解：不考虑黏性的流体称为理想流体。 （c ） 【1.5】 当水的压强增加一个 大气压时，水的密度增大约为：（a ）1/20 000；（b ）1/1 000；（c ）1/4 000；（d ）1/2 000。 解：当水的压强增加一个大气压时，其密度增大约 95d 1 d 0.51011020 000k p ρ ρ -==???= 。 （a ） 【1.6】 从力学的角度分析，一般流体和固体的区别在于流体：（a ）能承受拉力，平衡时 不能承受切应力；（b ）不能承受拉力，平衡时能承受切应力；（c ）不能承受拉力，平衡时不能承受切应力；（d ）能承受拉力，平衡时也能承受切应力。 解：流体的特性是既不能承受拉力，同时具有很大的流动性，即平衡时不能承受切应力。 （c ） 【1.7】 下列流体哪个属牛顿 流体：（a ）汽油；（b ）纸浆；（c ）血液；（d ）沥青。 解：满足牛顿内摩擦定律的流体称为牛顿流体。 （a ） 【1.8】 15C o 时空气和水的运动黏度6215.210m /s υ-=?空气，62 1.14610m /s υ-=?水 ，这 说明：在运动中（a ）空气比水的黏性力大；（b ）空气比水的黏性力小；（c ）空气 与水的黏性力接近；（d ）不能直接比较。 解：空气的运动黏度比水大近10倍，但由于水的密度是空气的近800倍，因此水的黏度反而比空气大近50倍，而黏性力除了同流体的黏度有关，还和速度梯度有 关，因此它们不能直接比较。 （d ） 【1.9】 液体的黏性主要来自于液体：（a ）分子热运动；（b ）分子间内聚力；（c ）易变形
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。 粘性底层厚度与雷诺数、质点混掺能力有关。 随Re的增大，厚度减小。粘性底层很薄，但对能量损失有极大的影响。 5.紊流时断面上流层的分区和流态分区有何区别？ 粘性底层，紊流核心：粘性、流速分布与梯度; 层流、紊流：雷诺数 6.圆管紊流的流速如何分布？ 粘性底层：线性分布; 紊流核心处：对数规律分布或指数规律分布。
第一章绪论 1、什么叫流体? 流体与固体的区别? 流体是指能够流动的物质, 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/m2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: 常见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; 因此, 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+ g P 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
【1-1】500cm 3的某种液体，在天平上称得其质量为0.453kg ，试求其密度和相对密度。 【解】液体的密度 33 4 0.4530.90610 kg/m 510m V ρ-= ==?? 相对密度 3 3 0.906100.9061.010w ρδρ?===? 【1-2】体积为5m 3的水，在温度不变的条件下，当压强从98000Pa 增加到 4.9×105Pa 时，体积减少1L 。求水的压缩系数和弹性系数。 【解】由压缩系数公式 10-15 10.001 5.110 Pa 5(4.91098000) p dV V dP β-=-==???- 910 1 1 1.9610 Pa 5.110 p E β-= = =?? 【1-3】温度为20℃，流量为60m 3/h 的水流入加热器，如果水的体积膨胀系数βt =0.00055K -1，问加热到80℃后从加热器中流出时的体积流量变为多少？ 【解】根据膨胀系数 1t dV V dt β= 则 211 3600.00055(8020)6061.98 m /h t Q Q dt Q β=+=??-+= 【1-4】用200升汽油桶装相对密度0.70的汽油。罐装时液面上压强为98000Pa 。 封闭后由于温度变化升高了20℃，此时汽油的蒸汽压力为17640Pa 。若汽油的膨胀系数为0.0006K -1，弹性系数为13.72×106Pa ，（1）试计算由于压力温度变化所增加的体积，（2）问灌装时汽油的体积最多不应超过桶体积的百分之多少？ 【解】（1）由1 β=-=P p dV Vdp E 可得，由于压力改变而减少的体积为 6 20017640 0.257L 13.7210??=-= ==?P p VdP V dV E 由于温度变化而增加的体积，可由 1β= t t dV V dT
第三章流体动力学基础复习题 一、概念部分 1、描述流体运动的方法有和；前者以为研究对象，而后者以为研究对象。 2、流体运动的几何描述有：，，和。 3、流线有什么特点？流线、脉线和迹线有什么区别和联系？ 4、流体微团基本运动形式有，和变形运动等， 而变形运动又包括和两种。 5、描述有旋运动几何要素有、和。 6、判断正误：理想流体不存在有旋运动是否正确？为什么？试举例说明。 7、表征涡流的强弱的参数有和。 8、在无涡流空间画出的封闭周线上的速度环量为。 9、简述汤姆孙定理的内容 10、速度势函数?存在的条件是什么？流函数存在的条件是什么？ 11、简述流函数的物理意义的内容，并证明。 12、流网存在的条件是什么？简述流网的性质所包含的内容？ 13、无环量圆柱绕流运动由流、流和流叠加而成，有环量的圆柱绕流运动是无环量的圆柱绕流运动与流叠加而成。 14、是驻点。通过驻点的流线一定是零流线，是否正确？为什么？零流线是。轮廓线是。 15、描述流体运动的微分方程有、和。 写出它们的表达式。 16、纳维-斯托克斯方程中的速度只能是平均速度，是否正确？为什么？ 17、写出总水头和测压管水头的表达式，并说明各项的物理意义。 18、写出总压、全压和势压得表达式，并说明各项的物理意义。 19、简述系统和控制体的定义和特点 二、计算部分 1、已知拉格朗日描述：求速度与加速度的欧拉描述 2、试判断下列流场的描述方式：并转换成另一种描述方式 3、已知用欧拉法表示的流场速度分布规律为： 试求在t=0时刻位于点（a,b)的流体质点的运动轨迹及拉格朗日法表示的速度场 4、粘性流体在半径为R 的直圆管内做定常流动。设圆管截面（指垂直管轴的平面截面）上?????==-t t be y ae x ()()?????+-=+-=-t y t x e b u e a u 1111???+=+=t y u t x u y x
向期末进发！！！ 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/m2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：
1-2 一盛水封闭容器从空中自由下落，则器内水体质点所受单位质量力等于多少 解：受到的质量力有两个，一个是重力，一个是惯性力。 重力方向竖直向下，大小为mg ；惯性力方向和重力加速度方向相反为竖直向上，大小为mg ，其合力为0，受到的单位质量力为0 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 12U 1515T T T A A 0.70.06840.040.010.01U N h h μμδ? ?=+=+=??+= ?--?? （方向与u 相 反） 1-9 某圆锥体绕竖直中心轴以角速度ω＝15rad/s 等速旋转，该锥体与固定的外锥体之 间的间隙δ＝1mm ，其间充满动力粘度μ＝0.1Pa ·s 的润滑油，若锥体顶部直径d ＝0.6m ，锥体的高度H ＝0.5m ，求所需的旋转力矩M 。 题1-9图 解：取微元体，微元面积： θ ππcos 22dh r dl r dA ? =?= 切应力： θ πσωμμ τcos 2rdh r dA dy du dA dT ?=?=?= 微元阻力矩： dM=dT·r
阻力矩： 2-12 圆柱形容器的半径cm R 15=，高cm H 50=，盛水深cm h 30=，若容器以等 角速度ω绕z 轴旋转，试求ω最大为多少时不致使水从容器中溢出。 解：因旋转抛物体的体积等于同底同高圆柱体体积的一半，因此，当容器旋转使水上升到最高时，旋转抛物体自由液面的顶点距容器顶部 h’= 2(H-h)= 40cm 等角速度旋转直立容器中液体压强的分布规律为 0222p gz r p +??? ? ??-=ωρ 对于液面，p=p 0 , 则g r z 22 2ω=，可得出2 2r gz =ω 将z=h ’,r=R 代入上式得s R gh /671.1815.04 .08.92' 22 2=??== ω 2-13 装满油的圆柱形容器，直径cm D 80=，油的密度3 /801m kg =ρ，顶盖中心点装有真空表，表的读数为Pa 4900，试求：（1）容器静止时，作用于顶盖上总压力的大小和方向；（2）容器以等角速度1 20-=s ω旋转时，真空表的读数值不变，作用于顶盖上总压力的大小和方向。
【2012年】《液压与气压传动》继海宋锦春高常识-第1-7章课后答案【最新经典版】 1.1 液体传动有哪两种形式？它们的主要区别是什么？ 答：用液体作为工作介质来进行能量传递的传动方式被称之为液体传动。按照其工作 原理的不同，液体传动又可分为液压传动和液力传动，其中液压传动是利用在密封容器 液体的压力能来传递动力的；而液力传动则的利用液体的动能来传递动力的。 1.2 液压传动系统由哪几部分组成？各组成部分的作用是什么？ 答：（1）动力装置：动力装置是指能将原动机的机械能转换成为液压能的装置，它是 液压系统的动力源。 （2）控制调节装置：其作用是用来控制和调节工作介质的流动方向、压力和流量，以 保证执行元件和工作机构的工作要求。 （3）执行装置：是将液压能转换为机械能的装置，其作用是在工作介质的推动下输出 力和速度（或转矩和转速），输出一定的功率以驱动工作机构做功。 （4）辅助装置：除以上装置外的其它元器件都被称为辅助装置，如油箱、过滤器、蓄 能器、冷却器、管件、管接头以及各种信号转换器等。它们是一些对完成主运动起辅助作
用的元件，在系统中是必不可少的，对保证系统正常工作有着重要的作用。（5）工作介质：工作介质指传动液体，在液压系统常使用液压油液作为工作介质。 1.3 液压传动的主要优缺点是什么？ 答：优点：（1）与电动机相比，在同等体积下，液压装置能产生出更大的动力，也就 是说，在同等功率下，液压装置的体积小、重量轻、结构紧凑，即：它具有大的功率密度 或力密度，力密度在这里指工作压力。 （2）液压传动容易做到对速度的无级调节，而且调速围大，并且对速度的调节还可 以在工作过程中进行。 （3）液压传动工作平稳，换向冲击小，便于实现频繁换向。 （4）液压传动易于实现过载保护，能实现自润滑，使用寿命长。 （5）液压传动易于实现自动化，可以很方便地对液体的流动方向、压力和流量进行调 节和控制，并能很容易地和电气、电子控制或气压传动控制结合起来，实现复杂的运动和 操作。 （6）液压元件易于实现系列化、标准化和通用化，便于设计、制造和推广使用。答：缺点：（1）由于液压传动中的泄漏和液体的可压缩性使这种传动无法保证严格
向期末进发! ! ! 第一章绪论 1、什么叫流体? 流体与固体的区别? 流体是指能够流动的物质, 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: 常见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; 因此, 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+g P 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
《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 答：④ 1.3 答：① 1.4 答：④ 1.5 答：① 1.6 答：④ 1.7 答：④ 1.8 正确。 1.9 错误。 1.10 答：量纲：是物理量的物理属性，它是唯一的，不随人的主观意志而转移。而单位是 物理量的度量标准，它是不唯一的，能够受到人们主观意志的影响。本题中，时间、力、面积是量纲，牛顿、秒是单位。 1.11 基本，导出。 1.12 答：量纲的一致性原则。 1.13 答：若某一物理过程包含n+1个物理量（其中一个因变量，n 个自变量），即： q =f(q 1，q 2，q 3，…，q n ) 无量纲π数的具体组织步骤是： （1）找出与物理过程有关的n ＋1个物理量，写成上面形式的函数关系式； （2）从中选取m 个相互独立的基本物理量。对于不可压缩流体运动，通常取三个基本物理量，m=3。 （3）基本物理量依次与其余物理量组成［（n ＋1）－m ］个无量纲π项： c b a q q q q 3 2 1 = π 4 4432144c b a q q q q = π 5553 2 1 55c b a q q q q = π （1） ………… n n n c b a n n q q q q 321= π 式中a i 、b i 、c i 为各π项的待定指数，由基本物理量所组成的无量纲数π1＝π2＝π3 ＝1。
第三章 流体运动学 3－1 已知流体质点的运动，由拉格朗日变数表示为 x =ae kt ，y =be -kt ，z =c ，式中k 是不为零的常数。试求流体质点的迹线、速度和加速度。 解：（1）由题给条件知，流体质点在z=c 的平面上运动，消去时间t 后，得 xy =ab 上式表示流体质点的迹线是一双曲线族：对于某一给定的（a ，b ）,则为一确定的双曲线。 （2）0kt kt x y z x y z u kae u kbe u t t t -???= ===-==???，， （3）220y kt kt x z x y z u u u a k ae a k be a t t t -???=== ===???，， 3－2 已知流体运动，由欧拉变数表示为u x =kx ，u y =－ky ，u z =0，式中k 是不为零的常 数。试求流场的加速度。 解：2d d x x x x x x x y z u u u u u a u u u k x t t x y z ????= =+++=???? 2d d y y u a k y t ==，d 0d z z u a t == 3－3 已知u x =yzt ，u y =zxt ，u z =0，试求t =1时流体质点在（1，2，1）处的加速度。 解：2()3m/s x x x x x x y z u u u u a u u u yz zxt zt t x y z ????= +++=+=???? 2()3m/s y y y y y x y z u u u u a u u u zx yzt zt t x y z ????=+++=+=???? 0z z z z z x y z u u u u a u u u t x y z ????=+++=???? 3－4 已知平面不可压缩液体的流速分量为u x =1－y ，u y =t 。试求（1）t =0时，过（0， 0）点的迹线方程；（2）t =1时，过（0，0）点的流线方程。 解：（1）迹线的微分方程式为 d d d d d d d d d d y x y x y x y x y t t t y u t t t u u u u ======，，，， 积分上式得：12 2C t y +=，当t=0时，y=0，C 1=0，所以 2 2t y = (1) 2d d (1)d (1)d 2x t x u t y t t ==-=-，积分上式得：23 6 C t t x +-= 当t =0时，x =0，C 2=0，所以 6 3 t t x - = (2) 消去（1）、（2）两式中的t ，得x =有理化后得 023 49222 3=-+-x y y y
牛顿流体 作用在流体上的切向应力与它所引起的角变形速度之间的关系符合牛顿内摩擦定 律的流体， 1-2: 什么是连续介质模型？为什么要建立？ 1） 将流体作为由无穷多稠密、没有间隙的流体质点构成的连续介质，于是可将流体视为 在时间和空间连续分布的函数。 2） ①可以不考虑流体复杂的微观粒子运动，只考虑在外力作用下的微观运动； ②可以用连续函数的解析方法等数学工具去研究流体的平衡和运动规律。 1-3：流体密度、相对密度概念，它们之间的关系？ 1） 密度：单位体内流体所具有的质量，表征流体的质量在空间的密集程度。 相对密度：在标准大气压下流体的密度与4℃时纯水的密度的比值。 关系： 1-4：什么是流体的压缩性和膨胀性？ 1） 压缩性：在一定的温度下，单位压强增量引起的体积变化率定义为流体的压缩性系 数，其值越大，流体越容易压缩，反之，不容易压缩。 2） 膨胀性：当压强一定时，流体温度变化体积改变的性质称为流体的膨胀性 1-5：举例说明怎样确定流体是可压缩还是不可压缩的？ 气体和液体都是可压缩的，通常将气体时为可压缩流体，液体视为不可压缩流体。 水下爆炸：水也要时为可压缩流体；当气体流速比较低时也可以视为不可压缩流体。 1-6：什么是流体的黏性？静止流体是否有黏性？ 1） 流体流动时产生内摩擦力的性质程为流体的黏性 2） 黏性是流体的本身属性，永远存在。 3） 形成黏性的原因：1流体分子间的引力，2流体分子间的热运动 1-7：作用在流体上的力有哪些？ 质量力、表面力。 表面张力，是液体表面层由于分子引力不均衡而产生的沿表面作用于任一界线上的张力 毛细现象：由于内聚力和附着力的差别使得微小间隙的液面上升和下降的现象。 上升和下降的高度与流体的种类，管子的材料、液体接触的气体种类和温度有关 2-1: 流体静压强有哪些特性 ？ 1） 特性一：流体静压强的作用方向沿作用面的内法线方向 特性二：静压强与作用面在空间的方位无关，只是坐标点的连续可微函数 2-2：流体平衡微分方程的物理意义是什么？ 在静止流体内的任一点上，作用在单位质量流体上的质量力与静压强的合力相平衡 2-3：什么是等压面？等压面的方程是什么？有什么重要性质？ 1） 在流体中压强相等的点组成的面。 2） 0=++dz f dy f dx f z y x 3） 性质：在静止流体中，作用于任意点的质量力垂直于经过该点的等压面。 水头:单位重量流体所具有的能量也可以用液柱高来表示 帕斯卡原理：施于在重力作用下不可压缩流体表面上的压强，将以同样大小传到液体内部任 意点上 2-4：写出流体静力学基本方程的几种表达式。说明流体静力学基本方程的适用范围以及物 理意义、几何意义。 w f d ρρ＝
《油气井流体力学》 复习思考题 Chap1: （1）钻井液俗称钻井的血液，写出几个钻井液在钻井过程中的主要功用。 1.从井底清除岩屑并经环空携带至地面 2.平衡地层压力和地应力，阻止地层流体流入井内和维持井眼稳定 3.停止循环时悬浮钻屑和加重材料 4.清洗、冷却和润滑钻头及钻柱；形成泥饼，保护井壁和储层 5.向钻头传递水力功率，辅助破岩 6.与地层黏土和流体配伍，保护油气层 7.反映井下信息，有助于录井监测和地层评价 （2）钻井循环系统的组成部分。 1.地面管汇：包括地面调节控制管汇、立管、水龙带、水龙头等钻井泵出口至钻柱顶端的流动通道 2.钻柱：包括方钻杆、钻杆和井下钻具中的圆管形流动通道及各段管柱之间的接头，还包括井下动力钻具、各种测量及控制工具等 3.钻头：主要是钻头流道、水眼及喷嘴 4.环空：分为钻柱与套管或尾管柱之间的环空、钻柱与裸眼之间的环空Chap2: （1）非牛顿流体的分类，常见的非牛顿流体有哪些，各有何特点 1.与时间无关的非牛顿流体：剪切应力仅与剪切速率有关，与剪切持续时间无明显关系 一般又可分为以下两种类型 1）纯黏性流体：只要施加很小的力即可流动。根据其表观黏度随剪切速率的变化情况，通常将这种流体分为假塑性流体和膨胀性流体。假塑性流体的表观黏度随剪切速率的增加而减小。膨胀性流体的表观黏度随剪切速率的增大而增大。 2）黏塑性流体：剪切应力超过一定数值后才开始流动的流体，即具有一定的屈服应力 2.与时间有关的非牛顿流体：这类非牛顿流体的黏度函数不仅与剪切速率有
关，而且与剪切持续时间有关，大致可分为触变性流体和震凝性流体两类。在一定剪切速率下，触变性流体的表观黏度随剪切时间的增大而减小，而震凝性流体则相反，在一定剪切速率下表观黏度随剪切时间的增大而增大。 3.黏弹性非牛顿流体：就是具有黏性同时具有弹性的流体。在定常剪切流场中，这种流体在外力作用下发生形变或流动，外力消除后，它的形变会随时间的顺延而恢复或部分恢复。 （2） 实际钻井液的流变曲线有哪些有何特点屈服应力静切力。 宾汉模式、幂律模式、卡森模式、赫-巴模式、罗-斯模式、Sisko 模式 （3） 钻井上常用的流变方程及其流变参数的名称、意义 （4） 漏斗粘度计的单位 秒 （5） 旋转粘度计按转速档位可以分为几类 有2速(300，600rpm) 旋转粘度计；6速(3，6，100，200，300，600rpm) 旋转粘度计, ZNN-D6, Fann 35A ；无级变速旋转粘度计(RV20, Fann 50C)；高温高压流变仪（旋转粘度计）(RV20, Fann 50C) （6） 旋转粘度计的基本方程该方程对于测量流体的流变参数有何意义 切应力与扭矩的关系：τπτπh r r rh M 222=??= 内筒表面上的剪切应力：1212M R h τπ= 外筒表面上的剪切应力：2222M R h τπ= 将切应力方程变形得：22M r h τπ= 对上式左右两边同时求导，得：2d dr r ττ =- 设距旋转轴r 处，流体质点的角速度为 ，线速度为 ，求导得：du d r dr dr ωω=+ ω（r)u ω=r
牛顿流体作用在流体上的切向应力与它所引起的角变形速度之间的关系符合牛顿内摩擦定律的流体， 1-2: 什么是连续介质模型？为什么要建立？ 1)将流体作为由无穷多稠密、没有间隙的流体质点构成的连续介质，于是可将流体视为在 时间和空间连续分布的函数。 2)① 可以不考虑流体复杂的微观粒子运动，只考虑在外力作用下的微观运动； ②可以用连续函数的解析方法等数学工具去研究流体的平衡和运动规律。 1-3：流体密度、相对密度概念，它们之间的关系？ 1)密度：单位体内流体所具有的质量，表征流体的质量在空间的密集程度。相对密度：在 标准大气压下流体的密度与4℃时纯水的密度的比值。 关系：d＝ f w 1-4：什么是流体的压缩性和膨胀性？ 1)压缩性：在一定的温度下，单位压强增量引起的体积变化率定义为流体的压缩性系 数，其值越大，流体越容易压缩，反之，不容易压缩。 2)膨胀性：当压强一定时，流体温度变化体积改变的性质称为流体的膨胀性 1-5：举例说明怎样确定流体是可压缩还是不可压缩的？气体和液体都是可压缩的，通常将气体时为可压缩流体，液体视为不可压缩流体。水下爆炸：水也要时为可压缩流体；当气体流速比较低时也可以视为不可压缩流体。 1-6：什么是流体的黏性？静止流体是否有黏性？ 1)流体流动时产生内摩擦力的性质程为流体的黏性 2)黏性是流体的本身属性，永远存在。 3)形成黏性的原因：1 流体分子间的引力，2 流体分子间的热运动 1-7：作用在流体上的力有哪些？ 质量力、表面力。 表面张力，是液体表面层由于分子引力不均衡而产生的沿表面作用于任一界线上的张力毛细现象：由于内聚力和附着力的差别使得微小间隙的液面上升和下降的现象。 上升和下降的高度与流体的种类，管子的材料、液体接触的气体种类和温度有关 2-1: 流体静压强有哪些特性？ 1)特性一：流体静压强的作用方向沿作用面的内法线方向特性二：静压强与作用面在空 间的方位无关，只是坐标点的连续可微函数 2-2：流体平衡微分方程的物理意义是什么？在静止流体内的任一点上，作用在单位质量流体上的质量力与静压强的合力相平衡 2-3：什么是等压面？等压面的方程是什么？有什么重要性质？ 1)在流体中压强相等的点组成的面。 2) f x dx f y dy f z dz 0 3)性质：在静止流体中，作用于任意点的质量力垂直于经过该点的等压面。 水头:单位重量流体所具有的能量也可以用液柱高来表示帕斯卡原理：施于在重力作用下不可压缩流体表面上的压强，将以同样大小传到液体内部任意点上 2-4：写出流体静力学基本方程的几种表达式。说明流体静力学基本方程的适用范围以及物理意义、几何意义。 z p c1；z1 p1z2 p2适用于不可压缩重力流体的平衡状态； 物理意义：当连续不可压缩的重力流体处于平衡状态时,在流体中的任意点上,单位重
一、选择题 1、流体传动系统工作过程中，其流体流动存在的损失有( A ) A、沿程损失和局部损失， B、动能损失和势能损失， C、动力损失和静压损失， D、机械损失和容积损失 2、液压千斤顶是依据（ C ）工作的。 A、牛顿内摩擦定律 B、伯努力方程 C、帕斯卡原理 D、欧拉方程 3、描述液体粘性主要是依据（ D ） A、液体静力学原理 B、帕斯卡原理 C、能量守恒定律 D、牛顿内摩擦定律 4、在流场中任意封闭曲线上的每一点流线组成的表面称为流管。与真实管路相比（C ）。 A、完全相同 B、完全无关 C、计算时具有等效性 D、无边界性 5、一般把( C )的假想液体称为理想液体 A、无粘性且可压缩， B、有粘性且可压缩， C、无粘性且不可压缩， D、有粘性且不可压缩 6、进行管路中流动计算时，所用到的流速是( D ) A、最大速度 B、管中心流速 C、边界流速 D、平均流速 7、( A )是能量守恒定律在流体力学中的一种具体表现形式 A、伯努力方程， B、动量方程， C、连续方程， D、静力学方程 8、（ A ）是用来判断液体流动的状态 A、雷诺实验 B、牛顿实验 C、帕斯卡实验 D、伯努力实验 9、黏度的测量一般采用相对黏度的概念表示黏度的大小，各国应用单位不同，我国采用的是（ D ） A、雷氏黏度 B、赛氏黏度 C、动力黏度 D、恩氏黏度 10、流体传动主要是利用液体的( B )来传递能量的 A、动力能 B、压力能， C、势能， D、信号 11、静止液体内任一点处的压力在各个方向上都( B ) A、不相等的， B、相等的， C、不确定的 12、连续性方程是( C )守恒定律在流体力学中的一种具体表现形式 A、能量， B、数量， C、质量 D、动量 13、流线是流场中的一条条曲线，表示的是（ B ） A、流场的分布情况， B、各质点的运动状态 C、某质点的运动轨迹， D、一定是光滑曲线 14、流体力学分类时常分为（ A ）流体力学 A、工程和理论， B、基础和应用 C、应用和研究， D、理论和基础 15、流体力学研究的对象（ A ） A、液体和气体 B、所有物质， C、水和空气 D、纯牛顿流体 16、27、超音速流动,是指马赫数在( B )时的流动 A、0.7 < M < 1.3 B、1.3 < M ≤5 C、M > 5 D、0.3 ≤M ≤0.7 17、静压力基本方程式说明：静止液体中单位重量液体的（A ）可以相互转换，但各点的总能量保持不变，即能量守恒。 A、压力能和位能， B、动能和势能， C、压力能和势能 D、位能和动能 18、由液体静力学基本方程式可知，静止液体内的压力随液体深度是呈( A )规律分布的 A、直线， B、曲线， C、抛物线 D、不变 19、我国法定的压力单位为（ A ） A、MPa B、kgf/cm2 C、bar D、mm水柱 20、理想液体作恒定流动时具有（ A ）三种能量形成，在任一截面上这三种能量形式之间可以相互转换。 A压力能、位能和动能，B、势能、位能和动能， C、核能、位能和动能， D、压力能、位能和势能 21、研究流体沿程损失系数的是（A） A、尼古拉兹实验 B、雷诺实验 C、伯努力实验 D、达西实验 22、机械油等工作液体随温度升高，其粘度( B ) A、增大， B、减小， C、不变 D、呈现不规则变化
【2012年】《液压与气压传动》姜继海宋锦春高常识-第1-7章课后答案【最新经典版】 液体传动有哪两种形式？它们的主要区别是什么？ 答：用液体作为工作介质来进行能量传递的传动方式被称之为液体传动。按照其工作 原理的不同，液体传动又可分为液压传动和液力传动，其中液压传动是利用在密封容器内 液体的压力能来传递动力的；而液力传动则的利用液体的动能来传递动力的。液压传动系统由哪几部分组成？各组成部分的作用是什么？ 答：（1）动力装置：动力装置是指能将原动机的机械能转换成为液压能的装置，它是 液压系统的动力源。 （2）控制调节装置：其作用是用来控制和调节工作介质的流动方向、压力和流量，以 保证执行元件和工作机构的工作要求。 （3）执行装置：是将液压能转换为机械能的装置，其作用是在工作介质的推动下输出 力和速度（或转矩和转速），输出一定的功率以驱动工作机构做功。 （4）辅助装置：除以上装置外的其它元器件都被称为辅助装置，如油箱、过滤器、蓄 能器、冷却器、管件、管接头以及各种信号转换器等。它们是一些对完成主运动起辅助作 用的元件，在系统中是必不可少的，对保证系统正常工作有着重要的作用。（5）工作介质：工作介质指传动液体，在液压系统中通常使用液压油液作为工作介 质。 液压传动的主要优缺点是什么？ 答：优点：（1）与电动机相比，在同等体积下，液压装置能产生出更大的动力，也就 是说，在同等功率下，液压装置的体积小、重量轻、结构紧凑，即：它具有大的功率密度 或力密度，力密度在这里指工作压力。 （2）液压传动容易做到对速度的无级调节，而且调速范围大，并且对速度的调节还可 以在工作过程中进行。 （3）液压传动工作平稳，换向冲击小，便于实现频繁换向。 （4）液压传动易于实现过载保护，能实现自润滑，使用寿命长。 （5）液压传动易于实现自动化，可以很方便地对液体的流动方向、压力和流量进行调 节和控制，并能很容易地和电气、电子控制或气压传动控制结合起来，实现复杂的运动和 操作。
［陈书2-8］容器中盛有密度不同的两种液体，问测压管A 及测压管B 的液面是否和容器中的液面O-O 齐平？为什么？若不齐平，则A 、B 测压管液面哪个高？ ［解］依题意，容器内液体静止。 测压管A 与上层流体连通，且上层流体和测压管A 均与大气连通，故A 测压管的液面与液面O-O 齐平。 测压管B 与上下层流体连通，其根部的压强为： a p gh gh p ++=2211ρρ 其中1h 为上层液体的厚度，2h 为液体分界面到B 管根部的垂向距离，a p 为大气压 因测压管B 与大气连通，其根部的压强又可表示为： a p gh p +=2ρ 其中h 为B 管内气液界面到B 管根部的垂向距离 所以：gh gh gh 22211ρρρ=+ 212 1 22211h h h h h +=+= ρρρρρ 由此可知：若21ρρ<，B 测压管的液面低于A 测压管的液面和O-O 面；若21ρρ>，B 测 压管的液面高A 测压管的液面和O-O 面；若21ρρ=，A 、B 测压管的液面和O-O 面三者平 齐。 又因为密度为1ρ的液体稳定在上层，故21ρρ<。 ［陈书2-12］容器中有密度为1ρ和2ρ的两种液体，试绘出AB 面上的压强分布图。 2 ρ1 ρO O A B
［解］令上、下层液体的厚度分别为1h 和2h ，取垂直向下的方向为z 轴的正方向，并将原点设在自由表面上，可写出AB 表面上压强的表达式： ()???+≤<-++≤≤+=21121111 0 h h z h h z g gh p h z gz p p a a ρρρ 整理得： ()???+≤<+-+≤≤+=2 1121211 1 0 h h z h gz gh p h z gz p p a a ρρρρ A C B P 012P g AC g BC ρρ++01P g AC ρ+/h m /P Pa ［陈书2-24］直径D=1.2m ，L=2.5的油罐车，内装密度3 900m kg =ρ的石油，油面高度为h=1m ，以2 2s m a =的加速度水平运动。试确定油罐车侧盖 A 和B 上所受到的油液的作用 2 ρ1 ρA B