流體力學-問題的答案

第一章

1、什么是流體？流體的三大特性？

流體是能流動的物質(zhì)，從其力學特征看，流體是一種受任何微小剪切力都能連續(xù)變形的

物質(zhì)。

流體的三大特性：易流動性，可壓縮性，粘性

2、什么是流體的連續(xù)介質(zhì)假設？

對于流體質(zhì)點而言，我們假定他們之間沒有空隙,在空間連續(xù)分布,所以將流體視為由

無數(shù)連續(xù)分布的流體質(zhì)點所組成的連續(xù)介質(zhì)，這就是流體的連續(xù)介質(zhì)假設。

連續(xù)介質(zhì)假設是流體力學的基本假設之一，我們依據(jù)了這個假設，才能把微觀問題轉(zhuǎn)化

為宏觀問題來處理。

3、什么是不可壓縮流體？

流體的膨脹系數(shù)和壓縮系數(shù)全為零的流體叫不可壓縮流體。

4、體積壓縮系數(shù)、溫度膨脹系數(shù)如何定義？

體積壓縮系數(shù)：表示當溫度保持不變時，單位壓強增量所引起的體積變化率。

溫度膨脹系數(shù)：表示當壓強不變時，單位溫升所引起的流體體積的變化率。

5、什么是流體的黏性？

流體的粘性是指流體質(zhì)點運動發(fā)生相對滑移時產(chǎn)生切向阻力的性質(zhì)。

6、什么是牛頓內(nèi)摩擦定律？

作用在流層I：的切向力與速度梯度成正比，其比例系數(shù)為流體的動力粘度

7、動力黏度與壓強、溫度有什么關系？

普通壓強對流體的黏度幾乎沒有影響，可以認為，流體的黏度只隨溫度變化。

溫度對流體粘度的影響很大。液體的黏度隨著溫度的上升而減小，氣體的黏度隨著溫度

的上升而增大。之所以會出現(xiàn)這種情況，是因為構(gòu)成它們縱性的機理不同。液體分子間的吸

引力是構(gòu)成液體黏性的主要因素：構(gòu)成氣體黏性的主要因素是氣體分子做隨機運動時，在不

同流速的流層間所進行的動量交換。

8、什么是理想流體？

黏性為零的流體稱為理想流體

9、如何計算肥皂泡內(nèi)的壓強？

設肥皂泡外壓強為大氣壓強尸。,表面張力系數(shù)為。。表面張力引起的附加壓力成為毛細

壓力，曲面的凹面高于凸面的壓強差為AP二言（R為球面的曲率半徑）。對肥皂泡，因為存

在兩個液體表面，故泡內(nèi)高于泡外的壓強差為

1\

所以肥皂泡內(nèi)壓強：

4。

P.=Pn+—

第二章

1、什么是質(zhì)量力、表面力，二者有何關系？

質(zhì)量力：指作用在流體內(nèi)部每一個質(zhì)點上的力，它的大小與流體的質(zhì)量成正比。質(zhì)量力

是某種力場對流體質(zhì)點的作用力，它不需要與流體直接接觸

表面力：指作用在所研究的流體體積表面上的力，它是由與流體相接觸的其他物體（流

體或固體）的作用產(chǎn)生的。任一表面力都可以分解為：與流體表面相垂直的法向力和與流體

表面相切的切向力。

2、流體靜壓強有什么特性？

流體靜壓強具有兩個重要特性：

特性一：流體靜壓強的方向總是和作用面相垂直且指向該作用面，即沿著作用面的內(nèi)法

線方向。

特性一：在靜止流體內(nèi)部任意點處的流體靜壓強在各個方向都是相等的。

3、流體靜力學基本方程的適用條件和物理意義？

適用條件：1.靜止2,不可壓縮均質(zhì)流體3.只受重力

物理意義：z+二=C說明在靜止的不可壓縮均質(zhì)重力流體中，任何一點的壓強勢能和

P9

位勢能之和是常數(shù)，即總靜能頭保持不變。位勢能和壓強勢能可以相互轉(zhuǎn)換，但其總和始終

保持不變。

4、達朗貝爾原理在靜力學中有何應用？

解決等加速水平直線運動容器中液體的相對平衡和等角速度旋轉(zhuǎn)容器中液體的相對平

衡問題。

5、什么是物體受到的總壓力？

在靜止液體中，作用在平面上的合力（總壓力），等于作用在該平面幾何中心點處的靜

壓強與該平面面積的乘積，

6、什么是總壓力的作用點？

總壓力的作用線與平面的交點即為總壓力的作用點，叫壓力中心。

壓力中心總是在平面的幾何中心之下。

7、什么是壓力體？如何區(qū)分虛、實？（P54）

壓力體是從積分式人力d七得到的一個純幾何體積，是一個數(shù)學概念，與這個體積內(nèi)是

否充滿著液體無關。

對于實壓力體，垂直分離方向一定垂直向下：而對于虛壓力體，垂直分力方向一定鉛直

向上。

8、如何計算彎曲表面的水平分力？

流體作用在柱形曲面上的合力的水平分離等于曲面的垂直投影面積與垂直投影面幾何

中心處的總壓力的乘積。

&=（Po+Pghc）4

9、如何計算彎曲表面的豎直分力？

FZ=+P9%

由兩部分組成：一部分為自由液面上壓強P。與曲面在水面內(nèi)的投影面積人的乘積；另一部分

為曲面之上壓力體體積％的液重。

注：容器內(nèi)液面敞開于大氣的條件下，去掉項。

第三章

1、歐拉法與拉格朗日法有何不同？

拉格朗人法是通過跟隨每一個流體質(zhì)點的運動來研究整個流場。

歐拉發(fā)是從流場各空訶點出發(fā)，通過研究經(jīng)過該店的不同流體質(zhì)點的運動，來研究整個

流場。

兩種方法測量流體流動參數(shù)的方法也是不同的。

2、隨體導數(shù)、當?shù)貙?shù)和遷移導數(shù)有什么關系？

隨體導數(shù)（全導數(shù)）等于當?shù)貙?shù)和遷移導數(shù)之和。

3、跡線是如何形成的？

跡線就是流體質(zhì)點的運動軌跡。在水流中用細針注入染色水，或在氣流中注入煙氣，在

對這些作了標記的流體質(zhì)點攝像，就可以得到流體質(zhì)點某段時刻的運動軌跡。

4、流線有什么特征？

在某一瞬時，該曲線上的每一點的速度矢量都在該點與曲線相切。

流線實際上是一條想象的曲線，流線上各點的速度矢量都是同一瞬時的值。如果流體流

動的各參量不隨時間變化，這種流動稱為定常流動。

5、什么是有效截面、濕周、水力半徑？P70

截面與速度矢量（或流線）處處垂直，這種與流線處處垂直的截面稱為有效截面。

在有效截面，流體同固體壁面邊界接觸部分的周長稱為濕周。

有效截面與濕周之比稱為水力半徑。

6、流體微團的運動可分解為哪幾種形式？

與M點流體質(zhì)點一起運動的評議速度，繞M點的旋轉(zhuǎn)角速度，以及線變形速率和角變

形速率。

7、旋轉(zhuǎn)運動的角速度怎么求？

1idwdv\1（dudw\1dvdu

%=2（方一法）,%=武法一菽＞心二"技一萬）

8、流體流動的分類方法有哪些？

按壓縮性、粘性、流型、流速、時間、空間分類。

9、從層流轉(zhuǎn)變到湍流的臨界雷諾數(shù)怎么確定？P80

實驗。

工程上通常將卜.臨界雷諾數(shù)Re,作為判別層流和湍流的準則，一般取圓管的雷諾數(shù)

/?ec=2000.

第五章

1、什么是量綱齊次原理？

一個正確而完整的物理方程，其各項的量綱都是相同的，這一規(guī)律稱為“量納齊次

原理”。

2、白金漢定理有何價值？

通過量綱分析和換算，將原來含有較多物理量的方程，轉(zhuǎn)化為含有比原物理量少的

無量綱數(shù)組方程，使方程變量減少，為研究這些變量的關系而進行的實驗大大簡化。

江定理為實驗研究工作提供了便利的條件，它把研究的量歸并成組，使參數(shù)個數(shù)減

少，函數(shù)結(jié)構(gòu)簡化，試驗次數(shù)減少。

3、如何應用白金漢定理？

1.列出影響該物理現(xiàn)象的全部n個變量：f（xl.x2,…，xn）=0；

2.選擇m個基本顯綱，例如L、M、I；

3.從所列變量中選出k（=m）個重復變量，重復變量應包括幾何變量、運動變量和

動力變量；

4.用重復變量與其余變量中的一個建立無量綱方程，從而獲得（n-m）個無量綱數(shù)

組；

5.建立無量綱數(shù)組方程，F(xiàn)（nl,n2,…，）=0

4、雷諾數(shù)、弗勞德數(shù)、歐拉數(shù)、韋伯數(shù)、馬赫數(shù)各代表哪些力的比值？

雷諾數(shù)：慣性力和粘性力的比值

弗勞德數(shù)：慣性力和重力的比值

歐拉數(shù)：壓力和慣性力的比值

韋伯數(shù)：慣性力和表面張力的比值

馬赫數(shù)：慣性力與彈性力的比值

5、相似原理的表述？

兩種流動現(xiàn)象相似的充分必要條件是：凡同一種類現(xiàn)象，能夠用同一微分方程所描

述；單值條件相似；由單值條件中的物理量所組成的相似準則在數(shù)值上相等。

6、什么是全面力學相似？

全面力學相似，指的是兩種流動（如模型和原型）滿足幾何相似、運動相似、動力

相似，且具有相似的初始條件和邊界條件。

7、為什么要在模型試驗中使用近似?；?？

當定性準則有兩個時，模型中的流體介質(zhì)選擇要受模型尺寸選擇的限制。若定性選

擇準則有三個時，除介質(zhì)的選擇受限制外，流體的其他物理量也要相互受限制。這樣就使模

型設計難以進行。為此，工程上常常采用近似的模型試驗方法。

8、相似原理在模型實驗中有什么應用價值？

1.弗勞德?；?.雷諾?；?.歐拉?；?/p>

第八草

1、什么是內(nèi)部流動、總流、緩變流、急變流？

內(nèi)部流動：流體被固體避免包圍，在管道或渠道中的流動稱為內(nèi)部流動，簡稱內(nèi)流。

總流:對不可壓縮黏性流體的內(nèi)部流動，即在管道或渠道中的流動，是有效截面為有限

的流動，稱為總流。

緩變流：流線間夾角很小、流線的曲率半徑很大的流動，否則，就是急變流。

2、如何確定動能修正系數(shù)？

1fV,

a=（）dA

A]AV

A為總流的有效截面積。計算中a近似地取I

3、為什么伯努利方程只能用于緩變流截面？

在彎管、閥門等流動發(fā)生急劇變化的急變流處的流動不再是微元流束的簡單組合，不滿

足伯努利方程的前提條件，

4、什么是沿程損失、局部損失？

沿程損失：發(fā)生在緩變流流程中的能量損失，由流體黏性力造成。

局部損失：是發(fā)生在流動狀態(tài)急劇變化的急變流中的能量損失。

5、圓管層流速度與切應力的分布有何特點？

流速u在圓管的有效截面上呈旋轉(zhuǎn)拋物面分布。

切應力與半徑r呈線性分布，呈K字形。

6、泊肅葉流和庫艾特剪切流有什么特點？

泊肅葉流動：上下兩板均不運動，兩平行平板間的黏性流體在壓強梯度作用下的層流流

動。速度呈拋物線分布，在y=0處取得最大值。

庫艾特剪切流：速度隨y呈線性分布，由上板運動帶動而產(chǎn)生的流動。

不可壓縮黏性流體在兩平行平板間的定常層流流動可視為上述兩種流動的簡單疊加。

7、流體潤滑承載力與摩擦力的大小有何不同？pl71

軸承間隙中的承載能力遠遠大于摩擦阻力。

8、穆迪圖中五個流動區(qū)域的阻力系數(shù)各有什么特點？

1.層流區(qū)：和相對粗糙度無改觀，隨Re數(shù)增長線性下降

2.臨界區(qū)：隨Re數(shù)增長而增長

3.湍流光滑管區(qū)：只與Rc數(shù)有關，與相對粗糙度無關。1.75次方阻力區(qū)。

4.過渡區(qū)：Re數(shù)與相對粗糙度對阻力系數(shù)都有影響，

5.湍流粗糙管區(qū)：只與相對粗糙度有關，又稱為平方阻力區(qū)。

9、孔板流量計的工作原理是什么？

流體通過孔板使流束收縮，流通截面變小，使流速增大，靜壓下降，于此同時，孔板作

為一種局部阻力原件，流體流過時將產(chǎn)生能量損失，使總能降低。所以，測出孔板前后的靜

壓降Ap，就能根據(jù)黏性流體總流的伯努利方程和連續(xù)性方程，求得通過孔板的流體流量。

10、串聯(lián)、并聯(lián)管路的流動各有什么特點？

串聯(lián)管路：通過串聯(lián)管路各管段的流量是相同的，而串聯(lián)管路的能量損失等于各段能量

損失之和。

并聯(lián)管路：總流量等于各分管道流量的總和，而并聯(lián)管道的能量損失等于個分管道的能

量損失。

第七章

1、邊界層是如何形成的？

在大Re數(shù)下，黏性流體繞流固體，黏性的影響僅限于緊貼物面的薄層中，這一薄層成

為邊界層

2、邊界層流動有什么特點？

1.與物體的特征長度L相比，邊界層的厚度5很小，即b/L?l；

2.邊界層內(nèi)沿物面法向的速度變化劇烈，即速度梯度?很大

為

3.邊界層內(nèi)黏性力和慣性力為同一數(shù)量級；

4.邊界層沿流動方向逐漸增厚；

5.邊界層內(nèi)流體的流動也分為層流和湍流兩種狀態(tài)，用Re》數(shù)判別

6.邊界層內(nèi)壓強p與y無關，即p=p(x),故邊界層各橫截面上的壓強等于同一戳面上

邊界層外邊界的壓強。

3、如何用N?S方程描述邊界層流動？

通過假定邊界層內(nèi)的流動都是層流，忽略質(zhì)量力，對方程進行無量綱化，再經(jīng)過數(shù)量級

比較化簡，得到普朗特邊界層方程，來描述邊界層的流動。

4、平板層流邊界層的精確解是什么？

布拉休斯解。

-1/2

6=5.0x/?ex

CD=1.328R&T/2

5、平板層流、湍流邊界層的流動有什么不同？

1.湍流邊界層沿平板避免法向的速度增長要比層流邊界層的速度增長快得多，即湍流邊

界層的速度剖面比層流邊界層的速度剖面飽滿得多。

2.層流的6是隨x1/2增長，而湍流的6是隨xV5增長。因此，沿平板流動湍流邊界層的厚

度比層流邊界層的厚度增長得快。

3.層流摩擦阻力系數(shù)Q與Ra一1"成正比，而湍流摩擦阻力系數(shù)Q與/?4T乃成正比。當

ReL大于2.2X10M時，湍流摩擦阻力系數(shù)就大于層流摩擦系數(shù)。使層流邊界層至湍流邊界

層的轉(zhuǎn)戾點離平板前緣點的距離與越長，則平板的摩擦阻力就越小。

6、如何利用馮卡曼動量積分關系式推導平板邊界層阻力系數(shù)？

1.用y的哥級數(shù)表示速度分布，聯(lián)立邊界條件求得速度分布。

2.運用牛頓內(nèi)摩擦定律求得切應力的表達式。

3.將速度分布式和切應力表達式帶入平板流層動量積分關系式，即可求得邊界層的厚度

So

4.將邊界層的厚度帶入切應力表達式，得到新的切應力表達式。通過積分算得平板在一

個避免上由黏性力引起的總摩擦阻力。再用總摩擦阻力除以總4即可求得阻力系數(shù)

7、曲面邊界層分離的原因與后果是什么？

原因：黏性流體繞曲面流動時，邊界層外勢流的流速沿曲面要發(fā)生變化，使勢流區(qū)和邊

界層區(qū)內(nèi)的壓強也沿曲面發(fā)生變化。造成邊界層分離的原因，在于逆壓強梯度作用和物面黏

性滯止效應的共同影響下，使物面附近的流體不斷減速，最終由于慣性力不能克服上述阻力

而停滯，邊界層開始脫離物面。

后果：邊界層分離后將產(chǎn)生漩渦，并不斷被主流帶走，在物體后面形成尾渦區(qū)，尾渦區(qū)

內(nèi)的流體由于漩渦存在，產(chǎn)生很大的摩擦損失，消耗能量，所以邊界層分離產(chǎn)生很大的阻力

損失。

8、馮卡曼渦街有什么特征？

由于逆壓強梯度和壁面黏性滯止的共同作用，將在圓柱體后部產(chǎn)生邊界層分離，在主流

的帶動下，分離的邊界層將在圓柱體后面產(chǎn)生一對旋轉(zhuǎn)方向相反的漩渦，而后交替脫落，在

圓柱體后的尾跡中排列成渦列，稱為馮卡曼渦街。

9、如何減小黏性流體繞流物體的阻力？

對摩擦阻力，由于層流邊界層作用在物體表面上的切向應力要比湍流邊界層小得多，為

了減小摩擦阻力，應使繞流物體表面的層流邊界層盡可能長，即讓層流邊界層轉(zhuǎn)變?yōu)橥牧鬟?/p>

界層的轉(zhuǎn)戾點盡可能往后推移。

對于壓差阻力，則要盡量減小分離區(qū)。這可采用減小逆壓強梯度的方法，即采用具有圓

頭尖尾細長外形的流線型物體，使分離點位置盡量往后推移。

第八章

1、斯…定理、湯…定理、亥…定理？

斯托克斯定理：當封閉周線內(nèi)有渦束時，沿封閉周線的速度環(huán)量等于該封閉周線內(nèi)所有

渦數(shù)的漩渦強度之和：

1=2,w門dA

湯姆孫定埋：正壓性的理想流體在有勢的質(zhì)量力作月下，沿任何由流體質(zhì)點所組成的封

閉周線的速度環(huán)量不隨時旬而變化。

亥姆霍茲第一定理：同一時刻渦管個截面上的漩渦強度都相等。

亥姆霍茲第二定理：正壓性的理想流體在有勢的質(zhì)量力作用下，渦管在運動過程中一直

保持為相同流體質(zhì)點組成的渦管。

亥姆霍茲第三定理：正壓性的理想流體在有勢的質(zhì)量力作用下，在運動過程中渦管的漩

渦強度不隨時間變化。

2、速度勢、流函數(shù)存在的條件各是什么？

速度勢的存在條件：流體作無旋流動，即有勢流動。

流函數(shù)的存在條件：不可壓縮流體的、卜面流動，必然存在流函數(shù)。

3、速度勢、流函數(shù)滿足拉普拉斯方程的條件？

不可壓縮流體平面有勢流動的流函數(shù)滿足拉普拉斯方程。

4、基本平面勢流的速度場各有什么特點？

平行流：流體作等速直線運動，所有質(zhì)點的速度相等。

點源和點匯：流體的速度只有徑向速度，圓周速度為零。由連續(xù)性條件，流體通過任一

圓柱面的流量Q都相等。

渦流和點渦：在渦流區(qū)域速度與半徑成反比，在渦束內(nèi)部速度與半徑成正比。渦流區(qū)域

也可稱為勢流旋轉(zhuǎn)區(qū)，渦束內(nèi)部稱為泯核區(qū)。

5、偶極流、螺旋流是如何疊加而成的？

偶極流：點源和點匯無限接近，便得到偶極流。

渦旋流：點匯和點渦的疊加。

6、平行流繞圓柱體流動是如何疊加而成的？

無環(huán)量的流動可視為平行流和偶極流的疊加。

有環(huán)量的流動可視為平行流、偶極流、點渦三種基本勢流疊加而成。

7、平行流繞圓柱體流動，無環(huán)量時壓強、速度在柱體表面是如何分布的？

在圓柱體表面上，r=r0,%=(),%=-2%sin。.徑向速度為零說明符合物面條件。圓

周速度按正弦規(guī)律分布，在前、后駐點(8=n,6=0)處為零，在8=TT/2處達到最大值2%,

即無窮遠處平行流速度的兩倍。

8、平行流繞圓柱體流動，環(huán)量對駐點位置有何影響？

1

sinO=-------

4口-也

如果則兩個駐點位于圓柱體表面，且左右對稱位于第三第四象限內(nèi)。隨