《工程流體力學》綜合復習資料

一、判斷題

1、根據(jù)牛頓內(nèi)摩擦定律,當流體流動時，流體內(nèi)部內(nèi)摩擦力大小與該處的流速大小

成正比。

2、一個接觸液體的平而壁上形心處的水靜壓強正好等于整個受壓壁面上所有各點水

靜壓強的平均值。

3、流體流動時，只有當流速大小發(fā)生改變的情況下才有動量的變化。

4、在相同條件下，管嘴小流流量系數(shù)大于孔口出流流量系數(shù)。

5、穩(wěn)定1定常）流一定是緩變流動。

6、水擊產(chǎn)生的根本原因是液體具有粘性。

7、長管是指運算過程中流速水頭不能略去的流動管路。

8、所謂水力光滑管是指內(nèi)壁面粗糙度很小的管道。

D-d

9、外徑為D,內(nèi)徑為d的環(huán)形過流有效斷面，其水力半徑為------o

4

10、但凡滿管流流動，任何斷面上的壓強均大于大氣的壓強。

二、填空題

1、某輸水安裝的文丘利管流量計，當其汞-水壓差計上讀數(shù)Mud。%,通過的流量

為2L/s,分析當汞水壓差計讀數(shù)A/z=9cm,通過流量為L/s。

2、運動粘度與動力粘度的關系是，其國際單位是。

3、因次分析的根本原理是：；具體計算方法分為兩種。

4、斷面平均流速V與實際流速u的區(qū)別是。

5、實際流體總流的伯諾利方程表達式為，

其適用條件是。

6、泵的揚程H是指。

7、穩(wěn)定流的動量方程表達式為。

8、計算水頭損失的公式為與。

9、牛頓內(nèi)摩擦定律的表達式，其適用范圍是。

10、壓力中心是指。

三、簡答題

1、穩(wěn)定流動與不穩(wěn)定流動。

2、產(chǎn)生流動阻力的原因。

3、串聯(lián)管路的水力特性。

4、如何區(qū)分水力光滑管和水力粗糙管，兩者是否固定不變？

5、靜壓強的兩個特性。

6、連續(xù)介質(zhì)假設的內(nèi)容。

7、實際流體總流的伯諾利方程表達式及其適用條件。

8、因次分析方法的根本原理。

9、歐拉數(shù)的定義式及物理意義。

10、壓力管路的定義。

11、長管計算的第一類問題。

12、作用水頭的定義。

13、噴射泵的工作原理。

14、動量方程的標量形式，

15、等壓面的特性。

16、空間連續(xù)性微分方程式及其物理意義。

17、分析局部水頭損失產(chǎn)生的原因。

18、雷諾數(shù)、富勞德數(shù)及歐拉數(shù)三個相似準數(shù)的定義式及物理意義。

19、流線的特性。

四、計算題

1、如下圖，將一平板垂直探入水的自由射流中，設平板截去射流的局部流量6=

0.012m7s,并引起射流的剩余局部偏轉(zhuǎn)一角度。。射流速度為30m/s,總流量Q°=

0.036m7s,不計重量及水頭損失。求射流加于平板上的力？

2、有泵管路如下圖，流量。=240根3/小)“，泵的吸入管長乙=15〃z,沿程阻力系

數(shù)4=0.03,總局部阻力系數(shù)為=6；壓力管長4=&)機，4=0.03,

=10,管徑為0.25加。

求：(1)泵入口處真空表讀數(shù)6.6〃ZH2。，求吸入高度九。

(2)兩個液面高差〃2=24加，求泵的揚程”。

3、水平直管半徑為R,不可壓縮流體作層流流動，其半徑r處點流速為〃，并等于管

72

內(nèi)平均流速V。求證：r=-R

2

4、如下圖一貯水容器。器壁上有兩個半球形蓋，設d=0.5m,h=2m,H=2.5m。

試分別求出作用在兩個球蓋上的液體總壓力。

V2

5、如圖水泵進水系統(tǒng)，h=3m,管徑d=0.25口，1、2斷面間的總水頭損失h”=8.5——，

2g

斷面2處的真空度為￡=4.08mH,O,求流量。

參考答案

一、判斷題

XJXJXXXXJX

二、填空題

1、3L/s

2、V=^/p,斯(〃/Is)

3、因次和諧的原理，n定理

4、過流斷面上各點的實際流速是不相同的，而平均流速在過流斷面上

是相等的

22

5、4+且+也=42+也+也—穩(wěn)定流，不可壓縮流體，作用于

72g-72g

流體上的質(zhì)量力只有重力，所取斷面為緩變流動

6、單位重量液體所增加的機械能

8、T=±^A—,是指在溫度不變的條件下，隨著流速梯度的變化，p值始

dy

終保持一常數(shù)

9、總壓力的作用點

三、簡答題

1、穩(wěn)定流動與不穩(wěn)定流動。-一在流場中流體質(zhì)點通過空間點時所有的運動要素

都不隨時間改變，這種流動稱為穩(wěn)定流；反之，通過空間點處得流體質(zhì)點運動要

素的全部或局部要素隨時間改變，這種流動叫不穩(wěn)定流。

2、產(chǎn)生流動阻力的原因。-一外因：水力半徑的大小；管路長度的大小；管壁粗

糙度的大小。內(nèi)因：流體流動中永遠存在質(zhì)點的摩擦和撞擊現(xiàn)象，質(zhì)點摩擦所表

現(xiàn)的粘性，以及質(zhì)點發(fā)生撞擊引起運動速度變化表現(xiàn)的慣性，才是流動阻力產(chǎn)生

的根本原因。

3、串聯(lián)管路的水力特性。-一串聯(lián)管路無中途分流和合流時，流量相等，阻力疊

力L串聯(lián)管路總水頭損失等于串聯(lián)各管段的水頭損失之和，后一管段的流量等于

前一管段流量減去前管段末端泄出的流量。

4、如何區(qū)分水力光滑管和水力粗糙管，兩者是否固定不變？-一不是固定不變

的。通過層流邊層厚度與管壁粗糙度值的大小進行比擬。

6八水力光滑管；6＜卜水力粗糙管。

5、靜壓強的兩個特性。.靜壓強的方向是垂直受壓面，并指向受壓面。2.

任一點靜壓強的大小和受壓面方向無關，或者說任一點各方向的靜壓強均相等。

6、連續(xù)介質(zhì)假設的內(nèi)容。-一即認為真實的流體和固體可以近似看作連續(xù)的，充

滿全空間的介質(zhì)組成，物質(zhì)的宏觀性質(zhì)依然受牛頓力學的支配。這一假設忽略物

質(zhì)的具體微觀結構，而用一組偏微分方程來表達宏觀物理量（如質(zhì)量，數(shù)度，壓

力等）。這些方程包括描述介質(zhì)性質(zhì)的方程和根本的物理定律，如質(zhì)量守恒定律，

動量守恒定律等。

7、實際流體總流的伯諾利方程表達式為

22

6+也=/%°+正+&^-+22］，其適用條件是穩(wěn)定流，不兀壓縮流

y2g-y2g

體，作用于流體上的質(zhì)量力只有重力，所取斷面為緩變流動。

8、因次分析方法的根本原理。-一就是因次和諧的原理，根據(jù)物理方程式中各個

項的因次必須相同，將描述復雜物理現(xiàn)象的各個物理量組合而成無因次數(shù)群兀，

從而使變量減少。

9、歐拉數(shù)的定義式及物理意義。--pV~,其物理意義為壓力與慣性力

的比。

10、壓力管路的定義，-一但凡液流充滿全管在一定壓差下流動的管路都稱為壓力

管路。

11、長管計算的第一類問題。一一管徑，管長和地形，當一定流量的某種液體通

過時，確定管路中的玉力降，或確定起點所需的壓頭，或計算水利坡降。

12、作用水頭的定義，-一任意斷面處單位重量水的能量,等于比能除以重力加速

度。含位置水頭、壓力水頭和速度水頭。單位為m。

13、噴射泵的工作原理。-一噴射泵主要由噴嘴、吸入室和擴散室等組成。工作流

體在壓力作用下經(jīng)管子進入噴嘴，并以很高的速度由噴嘴出口噴出。由于噴出的

工作流體速度極高，因此使噴嘴附近的液體（或氣體）被帶走。此時，在噴嘴出口的

后部吸入室便形成真空，因此吸入室可從吸入管中吸進流體并和工作流體一起混

合，經(jīng)擴散管進入排出管。如果工作流體不斷地噴射，便能連續(xù)不斷地輸送液體（或

氣體）。

14、J呢〃0=￡匕，，叫=生qM=三個方

程為動量方程的標量形式。

15、等壓面的特性。…作用于靜止流體中任一點上的質(zhì)量力必定垂直于通過該點

的等壓面。

16、空間連續(xù)性微分方程式及其物理意義。

..烏+華咚°+咚。=0,其物理意義為：流體在單位時間內(nèi)經(jīng)

dtdxdydz

過單位體積空間流出與流入的質(zhì)量差與其內(nèi)部質(zhì)量變化的代數(shù)和為零。

17、分析局部水頭損失產(chǎn)生的原因。--6）任何斷面形狀的改變，都必將引起流

速的重新分布，因而附加了流體間的相對運動和流體質(zhì)點的急劇變形，結果導致

質(zhì)點間附加摩擦和相互撞擊，使流體能量受到損失，液流中流速重新分布。（b）

流速的重新分布，總是伴隨有流動別離和旋渦的形成，在旋渦區(qū)由于粘性的存在，

便有摩擦的能量損失,在旋渦中粘性力作功。（c）在旋渦區(qū)中，又有質(zhì)點被主流所

帶走，即有動量交換，因而消耗運動流體的能量，流體質(zhì)點的混摻引起的動量變

化。

18、雷諾數(shù)、富勞德數(shù)及歐拉數(shù)三個相似準數(shù)的定義式及物理意義。…

Re**

雷諾數(shù)：v〃慣性力與粘性力之比

富勞德數(shù)：g/慣性力與重力之比

Eu=-^-

歐拉數(shù)：pV~壓力與慣性力之比

19、流線的特性。-一（1）在定常流動時，因為流場中各流體質(zhì)點的速度不隨時間

變化，所以通過同一點的流線形狀始終保持不變，因此流線和跡線相重合。而在

非定常流動時，一般說米流線要隨時間變化，故流線和跡線不相重合。

（2）通過某一空間點在給定瞬間只能有一條流線，一般情況流線不能相交

和分支。否那么在同一空間點上流體質(zhì)點將同時有幾個不同的流動方向。只有在

流場中速度為零或無窮大的那些點，流線可以相交，這是因為，在這些點上不會

出現(xiàn)在同一點上存在不同流動方向的問題。速度為零的點稱駐點，速度為無窮大

的點稱為奇點。

（3）流線不能突然折轉(zhuǎn)，是一條光滑的連續(xù)曲線。

（4）流線密集的地方，表示流場中該處的流速較大，稀疏的地方，表示該

處的流速較小。

四、計算題

1、參見教材p.77

2、參見教材p.63/p.70

3、參見教材p.Ill

4、解：上面的蓋為〃蓋，對于。蓋，其壓力體體積%為

^=/^=9810x0.262=2.57kN（方向1）

左面水平的蓋為。蓋，對于。蓋，靜水壓力可分解成水平及鉛重兩

個分力，其中

22

Fx=yH-cl=9810x2.5x-x0.5=4.813kN

水平方向分力44（方向一）鉛重

3

￡=7v=9810x—x0.5=0.321kN

方向分力-12（h向I）

5、解：列自由液面1-1和2—2斷面的伯諾利方程：

Y2g

得：v=1.49m/sQ=v—cl2=0.073/T73/s

4

答:流量為O.O73W/s

粘性：流體層間發(fā)生相對滑移運動時產(chǎn)生切向力的性質(zhì)。

粘性系數(shù)：切應力與速度梯度成正比的比例系數(shù)。

牛頓流體：切應力與角變形速率（速度梯度）之間存在線性關系的流體。

非牛頓流體：切應力與角變形速率（速度梯度）之間不存在線性關系的流體。

理想流體：假想的粘性為零的（"=0）的流體。

體積壓縮系數(shù)：單位壓力變化所對應的流體體積的相對變化值。

體積彈性模數(shù)：流體體積的單位相對變化所對應的壓力變化值。

液體外表任意兩個相鄰局部之間的垂直與它們的分界線的相互作用

外表張力：

的拉力。

外表張力系數(shù)：單位長度分界線上的張力。

質(zhì)量力：作用于流體質(zhì)量上的非接觸力。

外表力：由毗鄰的流體質(zhì)點或其它的物體所直接施加的外表接觸力。

流體靜止平衡時施加于不可壓流體外表的壓力，以同一數(shù)值沿各個

帕斯卡定理：

方向傳遞到所有流體質(zhì)點。

正壓流場：整個流場中流體密度只是壓力的函數(shù)。

絕對壓力：以真空為基準的壓力。

相對壓力：以大氣壓力為基準的壓力，又稱為表壓。

位置水頭：流體質(zhì)點距離某基準面的高度。

壓力水頭：單位重量流體的壓力勢能，可■用壓力所對應的液柱身度來表不。

靜水頭：位置水頭和壓力水頭之和，又稱測壓管水頭。

等壓面：流體靜止平衡時，壓力相等的曲面（或平面）。

跡線：流體質(zhì)點的軌跡線；

流線：用歐拉法描述速度場時的速度矢量線；

串線：相繼通過空間某一固定點的流體質(zhì)點依次串聯(lián)而成的線；

流體線：由確定的流體質(zhì)點組成的連續(xù)線：

線變形速率：單位時間內(nèi)微元流體線的相對伸長率；

體積膨脹率：單位時間內(nèi)微元流體團的體積膨脹率；

角變形速率：正交流體線的夾角對時間的變化率的1/2；

流體微團整體轉(zhuǎn)動過某流體質(zhì)點A的所有流體線轉(zhuǎn)動角速度的平均值，可用正交微元

角速度：流體線的角平分線的轉(zhuǎn)動角速度來衡量；

無旋流場：=O的流場，又稱有勢場；

速度勢：當流場無旋時，存在y=v%?稱為速度勢；

相對于坐標系固定不動的封閉體積，它是歐拉方法描述流動用的兒

控制體：

何體。

包含固定不變物質(zhì)的集合，它是拉格朗日方法描述流動的質(zhì)量體，

系統(tǒng)：

其形狀，大小，位置，隨時間變化。

連續(xù)方程：反映物質(zhì)不滅質(zhì)量守恒的方程。

動量方程：反映物質(zhì)動量變化與受力關系的方程，其本質(zhì)是牛頓第二定律。

能量方程：反映物質(zhì)能量變化與作功、吸收熱量關系的方程。

反映理想流體定常運動時，流體的壓力能，動能，質(zhì)量力勢能以及

伯努利方程：

內(nèi)能關系的方程。

它的物理意義是作用在流體上的慣性力與粘性力的比值的度量，是

雷諾數(shù)：

粘性流體運動中重要的特征量。

當流體運動規(guī)那么，各局部分層流動互不摻混，流體質(zhì)點的跡線是

層流：

光滑的，而且流場穩(wěn)定時，此種流動形態(tài)稱為層流。

湍流：當流體運動極不規(guī)那么，各局部流體相互劇烈摻混，流體質(zhì)點的跡

線雜亂無章，流場極不穩(wěn)定時。此種流動形態(tài)稱為“湍流〃。

《工程流體力學》復習題及參考答案

一、名詞解釋。

1、雷諾數(shù)2、流線3、壓力體4、牛頓流體5、歐拉法6、拉格朗

日法

7、濕周8、恒定流動9、附面層10、卡門渦街11、自由紊流射

流

12、流場13、無旋流動14、貼附現(xiàn)象15、有旋流動16、自由射流

17、濃差或溫差射流18、音速19、穩(wěn)定流動20、不可壓縮流體21、

駐點22、自動模型區(qū)

二、是非題。

1.流體靜止或相對靜止狀態(tài)的等壓面一定是水平面。

()

2.平面無旋流動既存在流函數(shù)又存在勢函數(shù)。

()

3.附面層別離只能發(fā)生在增壓減速區(qū)。

)

4.等溫管流摩阻隨管長增加而增加，速度和壓力都減少。

)

5.相對靜止狀態(tài)的等壓面一定也是水平面

()

6.平面流只存在流函數(shù)，無旋流動存在勢函數(shù)

()

7.流體的靜壓是指流體的點靜壓

()

8.流線和等勢線一定正交

()

9.附面層內(nèi)的流體流動是粘性有旋流動

()

10.亞音速絕熱管流摩阻隨管長增加而增加,速度增加，壓力減小。

()

11.相對靜止狀態(tài)的等壓面可以是斜面或曲面。

()

12.超音速絕熱管流摩阻隨管長增加而增加，速度減小，壓力增加。

()

13.壁面靜壓力的壓力中心總是低于受壓壁面的形心。

()

14.相1鄰兩流線的函數(shù)值之差，是此兩流線間的單寬流量。

)

附

1面層外的流體流動時理想無旋流動。

56.

處

1于靜止或相對平衡液體的水平面是等壓面。

17.流體的粘滯性隨溫度變化而變化，溫度升高粘滯性減少；溫度降低

粘滯性增大°

()

18.流體流動時切應力與流體的粘性有關，與其他無關。

()

三、填空題。

1lmmH2O=Pa

2、描述流體運動的方法有和。

3、流體的主要力學模型是指、和不可壓縮性。

4、雷諾數(shù)是反映流體流動狀態(tài)的準數(shù)，它反映了流體流動時

與的比照關系。

5、流量Q1和Q2,阻抗為Si和S2的兩管路并聯(lián)，那么并聯(lián)后總管路的流

量Q為，總阻抗S為。串聯(lián)后總管路的流量Q為，總阻抗S為。

6、流體紊流運動的特征是，處理方法是。

7、流體在管道中流動時，流動阻力包括和。

8、流體微團的根本運動形式有：、和。

9、馬赫數(shù)氣體動力學中一個重要的無因次數(shù)，他反映了

與的相比照值。

10、穩(wěn)定流動的流線與跡線。

11、理想流體伯努力方程z+R+近二常數(shù)中，其中Z+R稱為水頭。

r2gr

12、一切平面流動的流場，無論是有旋流動或是無旋流動都存在，因而

一切平面流動都存在，但是，只有無旋流動才存在。

13、雷諾數(shù)之所以能判別，是因為它反映了

和的比照關系。

14、流體的主要力學性質(zhì)有、、

、和。

15、畢托管是廣泛應用于測量和一種儀器。

16、流體的力學模型按粘性是否作用分為和。作用與液上的力包括，。

17、力學相似的三個方面包括、與。

18、流體的力學模型是模型。

2

19、理想氣體伯努力方程p+d")(九-幾)+2^-中，

p+(Zj-z2)-/?)稱，稱全壓，稱總壓。

20、紊流射流的動力特征是。

21、流體的牛頓內(nèi)摩擦定律的表達式,u的單位為°

22、濃差或溫差射流的熱力特征是。

23、流體微團的運動是由運動，運動，運動和運動四種根本運動形式符

合而成。

24、兒何相似是力學相似的，運動相似是模型實驗的，動力相似是運動

相似的。

25、歐拉準數(shù)是和的相比照值。

26、馬赫數(shù)M反映了慣性力和相比照值。

27、流體流動的狀態(tài)分為和。

28、弗魯?shù)脺蕯?shù)反映了和相比照值。

四、選擇題。

1、按連續(xù)介質(zhì)的概念，流體質(zhì)點是指。

A、流體的分子B、流體內(nèi)的固體顆粒C、無大小的幾何點

D、幾何尺寸同流動空間相比是極小量，又含有大量分子的微元體

2、一下哪種流體為非牛頓流體。

A、空氣B、清水C、血液D、酒精

3、絕對壓強「械、相對壓強P、真空值入、當?shù)卮髿鈮簭妏a之間的關系

是。

A.Pabs=p+PvB、P=Pabs+PaC、Pv=Pa-Pabs

4、圓管層流過流斷面的流速分布為。

A、均勻分布B、對數(shù)曲線分布C、二次拋物線分布

5、一下那些概念屬于歐拉法。

A、流線B、跡線C、液體質(zhì)點D、液體微團

6、圓管紊流粗糙區(qū)的沿程摩阻系數(shù)4。

A、與雷諾數(shù)Re有關B、與管壁相應粗糙度。有關

d

C、與Re和9有關D、與和管長1有關

d

7、速度V、長度1、時間t的無量綱組合是。

vt1

A>-B.—C、<D、I'

Itvlvfvt

8、圓管斷面直徑由di突然擴大到d2,假設將一次擴大改為兩級擴大，

那么該擴大的局部水頭損失。

A、減小B、不變C、增大

9、在圓管流動中，層流的斷面速度分布符合。

A、均勻規(guī)律B、直線變化規(guī)律C、拋物線變化規(guī)律D、對數(shù)曲線規(guī)

10、流線與流線通常情況下。

A、能相交也能相切B、僅能相交不能相切

C、僅能相切不能相交D、既不能相交也不能相切

11、速度v,密度夕，壓強p的無量綱集合是。

A、型B、包C、巨D(zhuǎn)、3

vpppy~

12、雷諾數(shù)代表的是之比。

A、慣性力與壓力B、慣性力與重力

C、慣性力與外表張力D、慣性力與粘性力

13、壓力輸水管模型實驗，長度比尺為8,模型水管的流量應為原型輸水

管流量的。

14、一維流動中，“截面積大處速度小，截面積小處速度大〃成立的條件

是。

A、理想流體B、粘性流體C、可壓縮流體D、不可壓縮流體

15、彈簧管壓力表的讀數(shù)是。

A、絕對壓強B、相對壓強

C、絕對壓強加當?shù)卮髿鈮篋、相對壓強加當?shù)卮髿鈮?/p>

16、靜水中斜置平面壁的形心淹沒深hc與壓力中心淹沒深hD的關系是。

A、大于B、小于C、等于D、無規(guī)律

17、某風管的斷面尺寸為300mmx200mm,那么該風管的當量直徑是。

A、240mmB、250mmC、300mmD>200mm

18、有一變直徑管流，小管直徑力，大管直徑d2=2di，那么兩斷面雷諾

數(shù)的關系是。

A、Rei=—Re?B、Re.=Re>C、Re.=1.5Re、D、Re.=2Re、

I2NI/1L1L

19、以下流體哪個屬于牛頓流體。

A、汽油B、紙漿C、血液D、瀝青

五、簡答題。

1、薪體靜壓強的特性是什么？

2、尼古拉茲實驗分區(qū)級意義是什么？

3、附面層提出的意義？

4、溫差或濃差射流彎曲產(chǎn)生的原因是什么？

5、附面層別離的原因是什么？

6、運動粘滯系數(shù)r的物理意義是什么？

7、流體動力粘滯系數(shù)u的物理意義是什么？

8、元流的特性是什么？

2

9、伯努利方程z+?+±=常數(shù)中各項的物理意義？

r2g

10、管網(wǎng)水力計算遵循的原那么是什么？

11、水擊(水錘)現(xiàn)象及產(chǎn)生的原因是什么？

12、管嘴出流產(chǎn)生真空的原因和條件是什么？

13、自由紊流射流的運動、動力特征是什么？

14、射流彎曲產(chǎn)生的原因？

15、繞流升力產(chǎn)生的原因？

16、畢托管是廣泛應用于測量水流和氣流的一種儀器，試畫出其示意圖，

并說明其工作原。

17、簡要說明管道流動局部阻力損失產(chǎn)生的機理。

18、下式不可壓縮流體N-S方程中，各項的物理意義是什么？

六、計算題。

1、有一鋼板制風管，斷面尺寸為

40()mmx200mm,管內(nèi)氣流平均速度為.5m/s,氣體運動粘滯系數(shù)

為15.0XKT8m2/s,判斷管內(nèi)氣體的流態(tài)?

2、一高壓管末端接噴嘴，如以下圖所示，噴嘴出口直徑為10cm,管道直徑

為40cm,水在管中流量Q為0.4n?/s,求管嘴對水流的作用力。

22

3、不可壓縮流體的流速分量為：ux=x-y,uy=-2xy,L=0,問該流

動是否為無旋流動？

2

4、平面流動的速度分量為：ux=x+t,u,=-y+t2；求：當t=l是過M

(1,1)的流線方程。

5、一車間用直徑為0.5m的風口送風，風口風速為6.0m/s,如長度比例

常數(shù)為4,確定實驗模型風口風速。假設在模型內(nèi)測得某點氣流速度

為3.0〃z/s,那么車間相應點的速度為多少？(空氣的運動粘滯系數(shù)

>90.000015W/s)

6、對某一橋墩采用模型比例為仝進行實驗。模型中水流速度為

In16

0.76m/s,實測模型橋墩受水流作用力為4N。求原型中相應的流速與

作用力。

7、在水平放置的管線中接彎管，直徑從600mm逐漸減小到300mm,水

流方向偏轉(zhuǎn)60°如下圖，在直徑較大一端壓強為172kN/n?,求作用于

彎管上的力的大小和方向，①當水不流動時；②當通過的流量為

876L/s時;

8、一弧形閘門AB,寬4m,圓心角為45°,半徑為2m,閘門轉(zhuǎn)軸恰好與水

面平齊，求作用于閘門的水靜壓力。

A

C

O

9、如以下圖所示，一水箱側面開孔并接有一直徑為50mm的短管，形成

管嘴出流，作用水頭H=5m,管嘴出流流量系數(shù)u=0.82,試問：①管

嘴出流流量Q;②靠近水箱一側管嘴內(nèi)壁形成真空的原因是什么？③

適宜的管嘴長度是多少？

H

―?

，Q

10、如下圖，一水平射流沖擊光滑平板，流量為密度。直徑為d0,求:

①平板所受的沖擊力。②流量Q1和Q2o

冊VIy

X

do

V。，Qo

。2，V2

11、如以下圖所示：水箱側壁接出一根由西段不同管徑所組成的管道，

d1=2(X)mm,d2=l(X)mm,兩管短長均為L=50m,W=10m,沿程阻力系

數(shù)4=0.01,必=0.3,必=02求：管道中水的流量、流速.

d2

，A-B,c

參考答案：

一、名詞解釋。

1、雷諾數(shù)：是反響流體流動狀態(tài)的數(shù)，雷諾數(shù)的大小反響了流體流動

時，流體質(zhì)點慣性力和粘性力的比照關系。

2、流線：流場中，在某一時刻，給點的切線方向與通過該點的流體質(zhì)

點的劉速方向重合的空間曲線稱為流線。

3、壓力體：壓力體是指三個面所封閉的流體體積，即底面是受壓曲面,

頂面是受壓曲面邊界線封閉的面積在自由面或者其延長面上的投影面，中間

是通過受壓曲面邊界線所作的鉛直投影面。

4、牛頓流體：把在作剪切運動時滿足牛頓內(nèi)摩擦定律的流體稱為牛頓

流體。

5、歐拉法：研究流體力學的一種方法，是指通過描述物理量在空間的

分布來研究流體運動的方法。

6、拉格朗日法：通過描述每一質(zhì)點的運動到達了解流體運動的方法稱

為拉格朗日法。

7、濕周：過流斷而上流體與固體壁面接觸的周界稱為濕周c

8、恒定流動：流場中，流體流速及由流速決定的壓強、粘性力、慣性

力等也不隨時間變化的流動。

9、附面層：粘性較小的流體在繞過物體運動時，其摩擦阻力主要發(fā)生

在緊靠物體外表的一個流速梯度很大的流體薄層內(nèi)，這個薄層即為附面層。

10、卡門渦街：當流體經(jīng)繞流物體時，在繞流物后面發(fā)生附面層別離，

形成旋渦，并交替釋放出來，這種交替排列、有規(guī)那么的旋渦組合稱為卡門

渦街。

11、自由紊流射流：當氣體自孔口、管嘴或條縫以紊流的形式向自由空

間噴射時，形成的流動即為自由紊流射流。

12、流場：充滿流體的空間。

13、無旋流動：流動微團的旋轉(zhuǎn)角速度為零的流動。

14、貼附現(xiàn)象：貼附現(xiàn)象的產(chǎn)生是由于靠近頂棚流速增大靜壓減少，而

射流下部靜壓大，上下壓差致使射流不得脫離頂棚。

15、有旋流動：運動流體微團的旋轉(zhuǎn)角速度不全為零的流動。

16、自由射流：氣體自孔口或條縫向無限空間噴射所形成的流動。

17、濃差或溫差射流：射流介質(zhì)本身濃度或溫度與周圍氣體濃度或溫度

有差異所引起的射流。

18、音速：音速即聲速，它是弱擾動波在介質(zhì)中的傳播速度。

19、穩(wěn)定流動：流體流動過程與時間無關的流動。

20、不可壓縮流體：流體密度不隨溫度與流動過程而變化的液體。

21、駐點：流體繞流物體迎流方向速度為零的點。

22、自動模型區(qū)：當某一相似準數(shù)在一定的數(shù)值范圍內(nèi)，流動的相似性

和該準數(shù)無關，也即原型和模型的準數(shù)不相等，流動仍保持相似，準數(shù)的這

一范圍稱為自動模型區(qū)。

二、是非題。

1、錯誤2、正確3、正確4、錯誤5、錯誤6、正確7、正確

8、正確9、正確10、正確11、正確12、正確13、正確14、正確

15、正確16、錯誤17、錯誤18、錯誤

三、填空題。

1、9.807；

2、歐拉法；拉格朗日法；

3、連續(xù)介質(zhì)；無粘性；

4、慣性力；粘性力；

5、Q=Q1+Q2;3=~^=+~^=;Q=Q1=Q2;S=S1+S2；

Js《S[y]S2

6、脈動現(xiàn)象；時均法；

7、沿程阻力；局部阻力；

8、平移運動；旋轉(zhuǎn)流動；變形運動；

9、慣性力；彈性力；

10、重合；

11、測壓管；

12、流線；流函數(shù)；勢函數(shù)；

13、流態(tài)；慣性力；粘性力

14、慣性；重力性；粘滯性；壓縮性和熱脹性；外表張力特性；

15、氣體；水流；

16、理想氣體；粘性氣體；質(zhì)量力；外表力；

17、幾何相似；運動相似；動力相似；

18、連續(xù)介質(zhì)；

22

19、勢壓；p+^-；p+(z)-z2)

20、各橫截面上的動量相等；

du

21、r=+u—；pa-5；

dy

22、各截面的相對焰值相等；

23、平移；旋轉(zhuǎn)；線變形；角變形；

24、前提；目的；保證；

25、壓力;

26、彈性力；

27、層流：紊流：

28、重力；慣性力;

四、選擇題。

1-5:DCCCA6-10:BDACC11-15:DDCDB16-19：BADA

五、簡答題。

1、流體靜壓強的方向是沿著作用面的內(nèi)法線方向；在靜止或相對靜止

的流體中，任一點流體靜壓強的大小作用面方向無關，只與該點的位置有關。

2、①層流區(qū)②臨界過渡區(qū)③紊流光滑區(qū)④紊流過度區(qū)⑤紊流粗糙

區(qū)

意義：比擬完整地反響了沿程阻力系數(shù)的變化規(guī)律，揭示了沿程阻力系數(shù)變

化的主要因素。

3、在于將流場劃分為兩個計算方法不同的區(qū)域，即勢流區(qū)和附面層。

在附面層外的勢流區(qū)按無旋流動理想流體能量方程或動量方程求解；在附面

層內(nèi)，按粘性有旋流動流體能量方程或N-S方程求解；

4、濃差或溫差射流由于濃度或溫度不同，引起射流介質(zhì)密度與周圍其

氣體密度與周圍氣體密度不同，所受的重力與浮力不相平衡，使得整個射流

將發(fā)生向上或向下的軸彎曲c

5、當流體繞流曲面體流動時，在減壓增速區(qū)，流動維持原來的附面層;

流動進入增壓減速區(qū)時，流體質(zhì)點受到與主流方向相反的壓差作用，將產(chǎn)生

方向的回流，而附面層外的流體仍保持原有的前進，這樣，回流和前進這兩

局部運動方向相反的流體相接觸，就形成旋渦。旋渦的產(chǎn)生使得附面層與壁

面發(fā)生別離。

6、流體運動粘滯系數(shù)r表征單位速度梯度作用下的切應力對單位體積

質(zhì)量作用產(chǎn)生的阻力加速度，具有運動學要素。

7、流體動力粘滯系數(shù)u表征單位速度梯度作用下的切應力，反映了粘

滯的動力性質(zhì)。

8、元流的特性：元流的邊界由流線組成：流體質(zhì)點不能出入元流；元

流斷面上的流速和壓強是均勻分布。

9、Z：斷面對基準面高度，水力學中稱位置水頭，單位位能；

與在斷面壓強作用下，流體沿測壓管所能上升的高度，壓強水頭，單

位位能；

2

土:斷面以速度U為初速度的鉛直向上射流所能到達的理論的高度，流

2g

速水頭，單位位能。

10、①任一節(jié)點流入和流出的流量相等；②任一閉合環(huán)路中，如規(guī)定順

時針方向流動的阻力損失為正，反之為負，那么各管段阻力損

失的代數(shù)和必等于零。

11、有壓管路中運動著的液體，由于閥門或水泵突然關閉，使得液體

的速度和動量發(fā)生急劇變化，從而造成液體壓強驟然變化，該現(xiàn)

象就是水擊（水錘）現(xiàn)象，產(chǎn)生的原因①液體的可壓縮性②管道材

質(zhì)的彈性。

12、原因是流體質(zhì)點流動時由于有慣性，因而流線不能成折線，是光

滑的曲線，所以能夠形成真空區(qū)域;條件是:管嘴長度為管徑的3~

4倍；作用水頭此極限值為9.3機。

13、在自由紊流射流的主體段，射流各斷面上速度分布是相似的，軸

線速度越來越小，橫截面積越來越大，質(zhì)量流量也越來越大；個

橫截面上的動量守恒。

14、在溫差射流場中，由于氣流密度與周圍的氣體的不同，射流氣體

所受的浮力與重力不相平衡，使整個射流發(fā)生向下或向上彎曲。

15、當繞流物體為非對稱形或雖為對稱但其對稱軸與來流方向不平行

時，在繞流物體上部流線較密，流速大；下部流線較疏，流速小,

那么上部壓強小，下部壓強大，上、下部存在壓強差，由此產(chǎn)生

向上的力稱為升力.

16、（見第五版書P61）

17、（略）

18、X：是作用在流體微團上的單位質(zhì)量力。

,生：是作用在流體微團上單位質(zhì)量流體的壓力。

7（以十注十四）：是作用在流體微團上單位質(zhì)量流體粘性偏

5x2Sy2Sz2

應力的合力。

如:是流體質(zhì)點的加速度。

六、計算題。

1、解：^=4/?=4x0.067=0.267

Re=Jex-=-I?=2.67x104>2000

y15.0xl06

所以管內(nèi)氣體為紊流流動。

2、解：如下圖，由連續(xù)性方程得：

二3、18m/s

=51.0/n/s

—x3.14x(Ioo)

以軸線為基準面，列1-2斷面的伯努利方程a=l

9951.02-3.182

那么:9.8x=1295AkN/m2

2x9.8

設噴嘴對水流的作用力為F,沿水流方向列動量方程，并取a=1得:

3、①檢查流動是否無旋：

兩者相等，故為無旋流動

②求速度勢函數(shù)：

4、根據(jù)流線方程定義得流線方程：

當t二1時，應=上

x+1-y+l

化簡得：xdy+ydx+dy-dx=O

積分：xy+y-x+c=O

流線通過（1,1）點：即1Xl+lT+c=O得：c=-l

將c=-l帶入上式，得xy+y-xT=0

化簡得：（x+l）（y-1）-0

5、根據(jù)相似原理可得，實驗模型風口直徑為：

原型雷諾數(shù)為：Ren=6.0X0.5/0.0000157=191082.8>50000

所以氣流處于阻力平方區(qū)，（可采用粗糙度較大的管道），那么阻力平方區(qū)

的最低雷諾數(shù)為50000那么：相應的模型氣流出口速度Vm為：

VmXO.125/0.0000157=50000

Vm=6.28m/s

流速比尺為：A=—=0.955

6.28

假設在模型內(nèi)測得某點氣流速度為3.Om/s,那么車間相應點的速度為：

Vn=vx丸=3.0X0.955=2.87m/s

6、經(jīng)分析可知，此流動的主要作用力是重力，所以決定性相似準數(shù)為付魯

德準數(shù)。由付魯?shù)履Ｐ吐煽芍?/p>

由付魯?shù)聹蕯?shù)相等推理得：4=-^

匕”。

所以：=—XVx0.76=3.04m/s

由歐拉準數(shù)相等推理得：組=%=4=4

△化”叫匕;1m

7、建立以下圖所示的坐標，水流方向如下圖:

/P2,U2

①當水流不動時：

Pl=P2=172kN/m2

設Fx,Fy為水流作用于彎管的分力，如圖

X方向

產(chǎn)x=pr4,-P2A2COS600

=172X1X3.14X(-^-)2-172X-LX3.14X(^-)2X0.5

4100041000

=42.54N

Y方向：Fv=0-^/1,sina60°

=0-172X1/4X3.14X(300/1000)2x0.86

=-10.5kN

對彎管的合力：R=個F：+F；=43.8k7V

方向為:a=arctan(Fy/Fx)

=14°

②當有流動時：

由連續(xù)性方程得：；成：%=0X76

解得：A/,=3.2m/su2=12.4/;?/s

忽略阻力，應用伯努利方程，列IT,2-2斷面的方程：

帶入數(shù)據(jù)解得:P2/r=10.2H20=10.2X9.8=100Kn/m2

列動量方程：

X方向：P]A-p2A2cos60°-Fx=夕。(u2cos60"-0)

帶入數(shù)據(jù)得：Fx=42.4kN

{)

同理：y方向:Fy-P2A2sina6O=pQ(u2sina60°-0)

代入數(shù)據(jù)解得：Fy=15.2Kn

22

合力為：R=jFx+Fv=45.IKn

方向為:a=arctan(Fy/Fx)

=19.7°

CAh=rsin45°=41m

8、解ZJ：

9、?Q=uA42gH=0.82x3.14xlx(-^)2V2xl0x5=0.016Im3/s

②孔口與管嘴出流流動時，在出流管嘴內(nèi)形成以真空區(qū)域主要原因是：流體

具有粘滯性，流體質(zhì)點流動時存在慣性，流線不能發(fā)生直接拐彎，只能是光

滑的曲線因此靠近水箱一側管嘴內(nèi)壁形成真空。

③L=(3—4)D=(3—4)X50=150—200mm

10、建立如下圖的坐標：

設平板對水流的沖擊力為R(方向與x軸正方向相同)，如圖中所示：

射流出口速度：v0=g=羋

磁磚

4

由于平板是光滑的，所以僅有法向力，由動量方程(x軸方向)得：

R二流出動量-流入動量

0-區(qū))(-匕98)=區(qū))心山。

4xM；sin〃

所以平板所受沖擊力大小與R相等，方向相反。

由連續(xù)性方程可得：Q0=Q1+Q2-------①

由于射流是水平方向，且置于大氣中，所以壓力能不變，能量損失不計,

072

由能量方程得:9=工=立得V。

2g2g2g

平板切線方向（y軸方向）無摩擦力，2歹=。滿足動量守恒；

注

即；O=（P2|V1-垃2V2）-p2（）V（）COS。

意

行化簡得：Q「Q2=QOCOS。-----------②

為聯(lián)立方程①②解得：Q[=；Qo（l+cos6）

規(guī)

11、選取水平面為截面IT,出口處為斷面2-2,由伯努利方程知：

范

連續(xù)性方程可知：匕所以入=q=1

所以

遵

守

考10+0+0=0+0+工+。0^-紅+0.01■4%+0.3生+0.2生

場2g2002g1002g2g2g

10001000

紀

律

所以V]=1.51Z7Z/S,所以吟=4匕=6.04/72/s

主管0=AM△礴％=-x3.14x(^-)2xl.51=0.047m3/s

領

導41141000

審

核

簽

字一.說明以下根本概念(30分)

1.連續(xù)介質(zhì)模型

在流體力學的研究中，將實際由分子組成的結構用流體微元代替。流體

微元有足夠數(shù)量的分子，連續(xù)充滿它所占據(jù)的空間，這就是連續(xù)介質(zhì)模型。

2.流體動力粘度和運動粘度

T

動力粘度：單位速度梯度時內(nèi)摩擦力的大小M=--------

dv/dz

運動粘度：動力粘度和流體密度的比值

P

3.斷面平均流速和時間平均流速

流經(jīng)有效截面的體積流量除以有效截面積而得到的商

在某一時間間隔內(nèi)，以某平均速度流經(jīng)微小過流斷面的流體體積與以真實速度流

經(jīng)此微小過流斷面的流體體積相等，該平均速度稱為時間平均流速。

4.層流、紊流

層流：定向的恒定流動紊流：不定向混雜的流動

5.沿程阻力、局部阻力

流體沿流動路程所受的阻礙稱為沿程阻力

局部阻力之流體流經(jīng)各種局部障礙〔如閥門、彎頭、變截面管等〕時，由于水流

變形、方向變化、速度重新分布，質(zhì)點間進行劇烈動量交換而產(chǎn)生的阻力。

6.有旋流動、無旋流動

有旋流動：流體微團的旋轉(zhuǎn)角速度不等于零的流動稱為有旋流動。

無旋流動：流體微團的旋轉(zhuǎn)角速度等于零的流動稱為無旋流動。

二.推求流線的微分方程（10分）

vxdJ=0=E和方向相同

某瞬時在流線上任取一點用（九,y,z）,位于M點的流體質(zhì)

點速度為叭其分量為％在流線上取無窮小線段,

其在三個坐標軸上的投影為dx,dy,dz,由空間幾何關系及有

。和曲方向相同：

—=cos(v,x)=cos阪止—

vds

vl、,尸、dydxdydzds

—y=cos(v,y)=cos3,y)=—=>——=—=——=——〔流線微分方程〕

v'dsvrv.,匕v

匕l(fā)、(「、dz

—=cos(v,z)=cos(as,z)=—

vds

三.推求流體靜平衡微分方程(10分)

在靜■止流體中取如下圖微小六面體。

設其中心點A(X,y,Z)的密度為夕，壓強為〃，所受質(zhì)量力為一。

由于壓強分布是空間坐標的連續(xù)函數(shù):p=p(x,y,z),那么6,c點上的靜壓

強為：

〔泰勒級數(shù)展開，略去小項〕

以X方向為例，列力平衡方程

式：

外表力：

質(zhì)量力：fx-pdxdydz

根據(jù)ZK=0,有

同理，考慮V,Z方向，可得:

上式即為流體平衡微分方程

四.推導圓管層流八外和心的計算公式(10分)

與圓管同軸取微元柱體r，/O受到切應力了和壓力P1,〃2，由均勻流動的力平

衡方程:

對于層流有

dv

T=-juA

7r,A=2mi,Ap=P'-Pi

代入整理可得

積分并代入條件r=F時，u=0得

過流斷面上半徑為r處取寬度為/的微元環(huán)形面積。通過該面積的流量為

由此可得通過整個過流斷面流量

由以上可求得流體作恒定層流時的平均流速為

丫=曳=_^^二巨4〔比擬u=組必可得v=J_u〕

A2%8mP皿4川02max

所以，\p=^-V

因此對于圓管層流，易得其水頭損失為

64/V2

令人=—,那么h=Z-------

Refd2g

五.說明靜止流體對曲面壁總作用力的計算方法（10分）

作用在微分面積上的壓力：

因作用在曲面上的總壓力為空間力系問題，為便于分析，擬采用理論力學中的分

解概念將其分解為

水平分力和垂直分力求解。

1.水平分力

因為rMcosct=dAx

結論：作用在曲面上的水平分力等于受壓面形心處的相對壓強（〃（.一〃0）與其在垂

直坐標面oyz的投影面積A1的乘積。

2.垂直分力

由dAsina=clA.

式中：匕為曲面"上的液柱體積近d的體積，稱為壓力體。

結論：作用在曲面上的垂直分力等于壓力體的液體重力。