环境流体力学-1

基础知识-流体力学(一)(总分72,考试时间90分钟)一、单项选择题1. 水的弹性系数K=2.10×103MPa，压强增加98kPa时，水体的体积5m3，则体积的相对变化量近似为( )。

(A) -4.67×10-5 (B) 4.67×10-5(C) -2.3×10-4 (D) 2.3×10-42. 连续介质的概念指的是( )。

(A) 有黏性的、均质的流体(B) 理想不可压缩流体(C) 分子充满所占据的空间，分子之间没有间隙的连续体(D) 不可压缩恒定且分子之间距离很小的连续体3. 在测量液体压强时，小直径测压管出现上升或下降的现象，主要是受到( )作用。

(A) 重力 (B) 表面张力 (C) 黏性力 (D) 压力4. 一根小玻璃管(d≤8mm)插入水液体中，图6-6示可能正确的是( )。

5. ( )流体可作为理想流体模型处理。

(A) 不可压缩(B) 速度分布为线性(C) 黏性力为零(D) 黏性力很小6. 对于流体力学的一个重要特性：黏滞性，下列说法不正确的是( )。

(A) 液体的黏滞性是抵抗切向变形的一种性质(B) 相同温度的水与石油，水比石油的黏滞性要小(C) 同一种液体，因温度降低而使液体的内聚力升高，从而黏滞性减小(D) 黏滞性是液体流动时产生能量损失的内因7. 如图6-7示封闭容器内表面的压强p0＜pa。

(环境大气压)，剖面ABC静水压强分布可能正确的是( )。

8. 如图6-8所示封闭水容器安装两个压力表，上压力表的读数为0.05kPa一下压力表的读数为5kPa，A点测压管高度h应为( )m。

(A) 0.305 (B) 0.505 (C) 0.510 (D) 0.3109. 为了求二向曲面引入压力体的概念，压力体是由三个条件构成的封闭体，下列不是构成二向曲面剖面的条件是( )。

(A) 受压面曲线本身(B) 水面或水面的延长线(C) 水底或水底的延长线(D) 受压面曲线边缘点到水面或水面的延长线的铅垂线10. 某点用测压管测得高度如图6-9所示，液体为水，环境大气压98kPa则该点的压力真空值应为( )kPa。

流体力学在环境工程中的应用研究引言环境工程是应用工程学的一个重要分支，旨在保护和改善人类居住的环境质量。

而流体力学则是研究流体的运动规律和力学性质的学科。

流体力学在环境工程中的应用研究具有重要的意义，可以帮助人们更好地理解和解决环境问题。

本文将探讨流体力学在环境工程中的应用研究，并分析其中的关键问题和发展趋势。

流体力学在环境模拟中的应用流体力学在环境模拟中的应用是环境工程领域中最为常见和重要的应用之一。

通过对流体的运动规律进行建模和模拟，可以对环境中的流动过程进行研究和预测，从而指导环境工程的设计和规划。

在城市排水系统中，流体力学的应用可以帮助工程师更好地理解和解决排水问题。

通过建立排水管网的流体力学模型，可以预测排水系统中的流速、流量分布和压力变化，从而确定管道的设计参数，提高排水系统的效率和稳定性。

同时，通过流体力学模拟还可以研究雨水径流对城市排水系统的影响，为合理规划和管理城市水资源提供科学依据。

此外，流体力学还在海洋工程中发挥着重要作用。

海洋环境具有复杂的流动规律和力学性质，如海浪、洋流等。

通过建立海洋流体动力学模型，可以提供海洋资源开发、海洋环境保护和海洋工程设计等方面的科学依据。

流体力学模拟还可以用于预测海洋灾害（如风暴潮、海啸）的发生和影响，为防灾减灾提供技术支持。

流体力学在水环境治理中的应用研究流体力学在水环境治理中的应用研究是环境工程领域的另一个重要方向。

水污染是当前全球面临的严重环境问题之一，流体力学提供了一种研究和解决水污染问题的新思路和新方法。

在水污染治理中，流体力学模拟可以用于研究污染物在水体中的传输和扩散过程，预测污染物在水体中的分布和浓度变化，从而指导治理工作。

同时，流体力学模拟还可以研究水体中污染物与底泥的相互作用过程，为污染物的沉降和清除提供科学依据。

另外，流体力学还可以用于研究水体混合和循环过程。

在水环境治理中，通过控制水体的混合和循环，可以有效改善水质，提高水体中溶解氧的含量，减少水体富营养化等问题。

第一章绪论§1—１流体力学及其任务1、流体力学的任务：研究流体的宏观平衡、宏观机械运动规律及其在工程实际中的应用的一门学科。

研究对象：流体,包括液体和气体。

2、流体力学定义：研究流体平衡和运动的力学规律、流体与固体之间的相互作用及其在工程技术中的应用.3、研究对象：流体(包括气体和液体）。

4、特性：•流动(flow)性，流体在一个微小的剪切力作用下能够连续不断地变形,只有在外力停止作用后,变形才能停止。

•液体具有自由（free surface）表面，不能承受拉力承受剪切力（ shear stress)。

•气体不能承受拉力,静止时不能承受剪切力，具有明显的压缩性，不具有一定的体积，可充满整个容器。

流体作为物质的一种基本形态，必须遵循自然界一切物质运动的普遍，如牛顿的力学定律、质量守恒定律和能量守恒定律等。

5、易流动性：处于静止状态的流体不能承受剪切力,即使在很小的剪切力的作用下也将发生连续不断的变形,直到剪切力消失为止。

这也是它便于用管道进行输送，适宜于做供热、制冷等工作介质的主要原因.流体也不能承受拉力，它只能承受压力.利用蒸汽压力推动气轮机来发电，利用液压、气压传动各种机械等,都是流体抗压能力和易流动性的应用.没有固定的形状，取决于约束边界形状，不同的边界必将产生不同的流动。

6、流体的连续介质模型流体微团——是使流体具有宏观特性的允许的最小体积。

这样的微团，称为流体质点。

流体微团：宏观上足够大,微观上足够小。

流体的连续介质模型为:流体是由连续分布的流体质点所组成，每一空间点都被确定的流体质点所占据,其中没有间隙，流体的任一物理量可以表达成空间坐标及时间的连续函数，而且是单值连续可微函数。

7流体力学应用:航空、造船、机械、冶金、建筑、水利、化工、石油输送、环境保护、交通运输等等也都遇到不少流体力学问题。

例如,结构工程:钢结构，钢混结构等.船舶结构；梁结构等要考虑风致振动以及水动力问题；海洋工程如石油钻井平台防波堤受到的外力除了风的作用力还有波浪、潮夕的作用力等，高层建筑的设计要考虑抗风能力;船闸的设计直接与水动力有关等等。

1.4 速度场由v =(αx +t 2，βy −t 2，0)给出，求速度及加速度的拉格朗日表示。

解：对欧拉型速度分量{u =dxdt =αx +t 2v =dydt =βy −t 2w =dz dt=0进行积分，得{x =c 1e αt −1αt 2−2α2t −2α3y =c 2e βt +1βt 2+2β2t +2β3z =c 3令t =0时，(x ，y ，z)=（a ，b ，c ），代入上式，得，{c 1=a +2α3c 2=b −2β3c 3=c则质点的拉格朗日描述为{x =(a +2α3)e αt −1αt 2−2α2t −2α3y =(b −2β3)e βt +1βt 2+2β2t +2β3z =c速度的拉格朗日描述为{u =ðxðt =α(a +2α3)e αt−2αt −2α2v =ðy ðt =β(b −2β3)e βt +2βt +2β2w =ðz ðt =0.加速度的拉格朗日描述为{a x =ðuðt =α2(a +2α3)e αt−2αa y =ðv ðt =β2(b −2β3)e βt +2βa z =ðw ðt=01.5 已知质点的位置表示如下：x =a ，y =b +a (e −2t −1)，z =c +a(e −3t −1) 求：（1）速度的欧拉表示；（2）加速度的欧拉表示及拉格朗日表示，并分别求(x ，y ，z)=（1，0，0）及（a ，b ，c ）=（1，0，0）的值；（3）过点（1，1，1）的流线及t =0时在（a ，b ，c ）=（1，1，1）这一质点的迹线；（4）散度、旋度及涡线； （5）应变率张量及旋转张量。

解：（1）速度的拉格朗日描述为{u=ðxðt=0v=ðyðt=−2ae−2tw=ðzðt=−3ae−3t将a=x代入上式可得速度的欧拉描述为{u=0v=−2xe−2tw=−3xe−3t（2）加速度的拉格朗日描述为{a x=ðuðt=0a y=ðvðt=4ae−2ta z=ðwðt =9ae−3t。

环境流体力学环境流体力学是一门关于水和大气之间流体运动的环境科学分支。

它用于研究和解决大气、水文、地质和气候过程之间的交互作用。

它是一种跨学科的学科，涉及数学、物理、化学、地理和生态学等各种学科，其目标是建立对大气、水文、地质和气候过程之间的动力学过程的有效模型。

环境流体力学被用来识别和预测流体力学中的物理过程，从而准确地表征流体行为，例如水源分布和水污染。

它也用于研究和改进水资源管理、环境保护、水质监测和水质污染控制的方法。

环境流体力学的研究主要集中在描述与模拟流体动力学过程，以及探索多相流体运动的动力学规律。

它还可以用于解释多种气候和地质现象，以及气象现象如降水模式的变化。

环境流体力学是一门完整的科学，它可以帮助我们理解气候变化，精确预测降水量、延长降雨季节以及改善水质等，以便更好地保护环境和改善人类生活质量。

环境流体力学研究也结合了分析和实验两种方法，以提高水文和气象领域中的理解和模拟能力。

在分析方面，研究者们借助数学模型，结合基础物理原理，推导出对气象、水文现象描述的解析公式，用以定义物理过程，例如风速与降雨量、水流量与湿度等。

实验方面，则是以试验为主要手段，采用各种精密仪器来测量研究对象，以获得实验数据。

环境流体力学的应用也越来越广泛，它已用于许多领域，如水资源开发、水利工程、水质评价、海洋动力学研究等。

环境流体力学研究还可以提高水文和气象监测系统的准确性，从而改进和调整水资源开发、灌溉、水利工程、洪水治理和水质监测等实践，让水资源的管理更加有效。

总之，环境流体力学是一门融合了多个学科的交叉学科，是现代环境科学技术的重要组成部分，具有重要的工程应用价值和社会价值，为我们更有效地管理水资源，保护环境发挥了重要作用。

流体力学1.流体特征：a. 具有流动性b. 无固定形状c. 外力作用, 内部发生相对运动，不断变形2.粘度是流体本身所固有的，总是与速度梯度相联系，只有在运动时才显现出来。

3.影响因素分析a) 液体的粘度：是内聚能的体现，随温度升高而减小，而压强有所变化时，液体的粘度也基本不变。

b) 气体的粘度: 是分子热运动互相碰撞的表现，随温度升高而增大4.在重力作用下，静止流体中各点的势能相等。

为势能和压强势能可以相互转化总量不变5.粘性系数等于零的流体，即不具有粘性的流体为理想流体。

6.流体处于静止或相对静止状态，两者都表现不出黏性作用，即切向应力都等于零7.流体静力学的方程的表达式表明，静止流体的总势能，既为势能和压力势能的和是恒定的8.流体的压缩性和膨胀性9.静止流体的静压能是pv（错）10.计示压力Pe= 绝对压强－大气压；真空度p p v v = 大气压－绝对压强11.用倾斜U型管压差计，双液体U型管压差计可用来测量微小压差12.等压面成立的条件：连通、静止、均质、等高13.流体静压强有两个基本特性：（1 ）流体静压强的方向与作用面相垂直，并指向作用面的内法线方向。

（2 ）静止流体中任意一点流体压强的大小与作用面的方向无关，即任一点上各方向的流体静压强都相同。

14.流体不随时间变化，紧随位置改变15.U型管压差计，密闭容器内液体测量，室内U型管，液压千斤顶是流体静力学方程的应用的例子16.1截面势> 2截面势,流体从1截面流向2截面17.一维流动：管道内流体流动；二维流动：玻璃面上水流动；三维流动：浇铸钢水的流动18.某流体做稳定流动，从细管子流进粗管子，管子水平放置能量形式动能转化为静压能19.运动流体某一截面的总机械能包括动能，位能，静压能20.拉格朗日法-也称随体描述，着眼于流体质点，认为流体物理量随流体质点及时间变化；欧拉法-也称空间描述，着眼于空间点，认为流体物理量随流体空间点及时间变化21.垂直于总流的横断面称为总流的过流截面，可以是平面，也可以是曲面22.生产中运输任务一定，采用的输送管管径与管内流速成反比23.要测量管道中流体的速度，一般采用皮托管来进行24.上口水槽中放置一虹吸管放水，虹吸管内流体的压强小于当地大气压强25.流动状态1.层流与湍流的区别：层流没有径向运动（脉动），只有轴向运动。

环境流体力学环境流体力学是应用流体力学原理，以环境流体系统为研究对象，研究环境中流体运动方式及其影响的一门学科。

它是一门综合性学科，涵盖了许多方面，其中涵盖了气体动力学、湍流动力学、海洋流体力学、水文学、渗流力学等学科。

环境流体力学主要探讨流体运动，特别是受环境因素影响的流体运动，以及其他与环境流体有关的物理和化学过程。

例如，有环境流体力学家研究大气中的流动，以及大气中特征污染物的运动和转化。

环境流体力学还研究水土流失和河流淤积，以及河流系统中泥沙运动的影响。

同时，环境流体力学还涉及海洋、湖泊、河流和大气中流体运动的研究，根据不同的地质条件和环境梯度，确定流体运动的特性。

环境流体力学的研究可以帮助我们深入了解环境体系，并揭示不同的环境过程和关联，以及与环境过程相关的物理和化学原理。

研究成果可以应用于水质污染、大气污染和水资源管理等领域，并可以用于解决环境中出现的不同问题和挑战。

流体力学常用一些数学模型来描述流体运动，如 Navier-Stokes 方程、Poisson方程、二维Laplace方程、Stokes方程等；而在环境流体力学中，常用数学模型也不断地发展，比如湍流方程、海洋流场模型，用于描述环境流体系统中流体的运动。

环境流体力学的研究也与环境监测技术有关，比如气象站监测系统、海洋气象系统、洪水预警系统等，它们的安装、调试和使用都是基于流体力学的原理。

此外，环境流体力学也可以应用于环境污染的防治，用来设计排放系统、排污口的位置以及监控系统等。

归结起来，环境流体力学是一门广泛的学科，它研究流体运动，及其在环境体系中所引发的各种影响，可以应用于解决环境污染及水资源管理等问题。

环境流体力学与流体力学的理论及方法有着紧密的联系，也与环境监测技术的应用息息相关。

它是一门跨学科的学科，涉及到气象、水文、地理、海洋、化学等许多领域，其研究成果可以用来促进我们对环境过程和变化的理解，从而指导有针对性的环境保护与管理。

第1章 绪论【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3340.4530.90610 kg/m 510m V ρ-===⨯⨯相对密度 330.906100.9061.010w 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×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10-1510.001 5.110 Pa 5(4.91098000)p dV V dP β-=-==⨯⨯⨯- 910111.9610 Pa 5.110pE 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 =，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 dVV dtβ=则2113600.00055(8020)6061.98 m /ht Q Q dt Q β=+=⨯⨯-+= 【1-4】用200升汽油桶装相对密度的汽油。

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，弹性系数为×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1β=-=P p dV Vdp E可得，由于压力改变而减少的体积为6200176400.257L 13.7210⨯∆=-===⨯P p VdP V dV E由于温度变化而增加的体积，可由1β=tt dV V dT得 0.000620020 2.40L β∆===⨯⨯=t t t V dV VdT（2）因为∆∆t p V V ?，相比之下可以忽略由压力变化引起的体积改变，则 由 200L β+=t V V dT 得 1198.8%200110.000620β===++⨯t V dT 【1-5】图中表示浮在油面上的平板，其水平运动速度为u =1m/s ，δ=10mm ，油品的粘度μ=·s ，求作用在平板单位面积上的阻力。

壹、静水压强实验一、实验目的1、加深对水静力学基本方程物理意义的理解，验证静止液体中，不同点对于同一基准面的测压管水头为常数（即C gp z =+ρ）。

2、学习利用U 形管测量液体密度。

3、建立液体表面压强a p p >0，a p p <0的概念，并观察真空现象。

4、测定在静止液体内部A 、B 两点的压强值。

二、实验原理在重力作用下，水静力学基本方程为：C gp z =+ρ 它表明：当质量力仅为重力时，静止液体内部任意点对同一基准面的z 与gp ρ两项之和为常数。

重力作用下，液体中任何一点静止水压强gh p p ρ+=0，0p 为液体表面压强。

a p p >0为正压；a p p <0为负压，负压可用真空压强v p 或真空高度v h 表示：abs a v p p p -= gp h v v ρ= 重力作用下，静止均质液体中的等压面是水平面。

利用互相连通的同一种液体的等到压面原理，可求出待求液体的密度。

三、实验设备在一全透明密封有机玻璃箱内注入适量的水，并由一乳胶管将水箱与一可升降的调压筒相连。

水箱顶部装有排气孔1k ，可与大气相通，用以控制容器内液体表面压强。

若在U 形管压差计所装液体为油，水油ρρ<，通过升降调压筒可调节水箱内液体的表面压强，如图1-1所示。

图 1—1四、实验步骤1、熟悉仪器，测记有关常数。

2、将调压筒旋转到适当高度，打开排气阀1k ，使之与水箱内的液面与大气相通，此时液面压强a p p =0。

待水面稳定后，观察各U 形压差计的液面位置，以验证等压面原理。

3、关闭排气阀1k ，将调压阀升至某一高度。

此时水箱内的液面压强a p p >0。

观察各测压管的液面高度变化并测记液面标高。

4、继续提高调压筒，再做两次。

5、打开排气阀1k ，使之与大气相通，待液面稳定后再关闭1k （此时不要移动调压筒）。

6、将调压筒降至某一高度。

此时a p p <0。