工程流体力学复习题(华科题库)

华北科技学院工程流体力学期末复习题
流体力学
一、名词解释。

1、流体：在静力平衡时，不能承受拉力或剪力的物体。

2、连续介质：由无穷多个、无穷小的、紧密毗邻、连绵不断的流体质点所组成的一种绝无间隙的连续介质。

3、流体的黏性：流体运动时，其内部质点沿接触面相对运动，产生的内摩擦力以阻抗流体变形的性质。

4、流体的压缩性：温度一定时，流体的体积随压强的增加而缩小的特性。

5、流体的膨胀性：压强一定时，流体的体积随温度的升高而增大的特性。

6、不可压缩流体：将流体的压缩系数和膨胀系数都看做零，称作不可压缩流体。

/密度等于常数的流体，称作不可压缩流体。

7、可压缩流体：流体的压缩系数和膨胀系数不等于零，称作可压缩流体。

/密度不等于常数的流体，称作可压缩流体。

8、质量力：指与流体微团质量大小有关并且集中作用在微团质量中心上的力。

9、表面力：指与流体表面积有关且分布作用在流体表面上的力。

10、等压面：流体中压强相等的各点所组成的平面或曲面叫做等压面。

11、绝对压强：以绝对真空或完全真空为基准计算的压强称绝对压强。

12、相对压强：以大气压强为基准计算的压强称相对压强。

13、真空度：如果某点的压强小于大气压强时，说明该点有真空存在，该点压强小于大气压强的数值称真空度。

14、迹线：指流体质点的运动轨迹，它表示了流体质点在一段时间内的运动情况。

15、流线：指流体流速场内反映瞬时流速方向的曲线，在同一时刻处在流线上所有各点的流体质点的流速方向与该点的切线方向重合。

16、定常流动：如果流体质点的运动要素只是坐标的函数而与时间无关，这种流动称为定常流动。

17、非定常流动：如果流体质点的运动要素，既是坐标的函数又是时间的函数，这种流动称为非定常流动。

18、流面：通过不处于同一流线上的线段的各点作出的流线，则可形成由流线组成的一个面称为流面。

19、流管：通过流场中不在同一流面上的某一封闭曲线上的各点做流线，则形成由流线所组成的管状表面，称为流管。

20、微元流束：充满于微小流管中的流体称为微元流束。

21、总流：由无限多的微元流束所组成的总的流束称为总流。

22、点速：指流场中某一空间位置处的流体质点在单位时间内所经过的位移，称为该流体质点经过此处时的速度，简称点速。

23、均速：在同一过流断面上，求出各点速度u与断面A的算术平均值，称为该断面的平均速度，简称均速。

24、过流断面：与微元流束（或总流）中各流线相垂直的截面称为此微元流束（总
流）的过流断面（过水断面）。

25、运动流体的连续性：运动流体经常充满它所占据的空间（即流场），并不出
现任何形式的空洞或裂隙，这一性质称为运动流体的连续性。

26、急变流：指流线之间的夹角β很大或流线的曲率半径r很小的流动。

27、缓变流：指流线之间的夹角很小或流线的曲率半径很大的近乎平行直线或平行直线的流
动。

28、湿周：过流断面与固体边界相接触的周界长χ，简称湿周。

29、均匀流动：流体运动时的流线为直线，且相互平行的流动称为均匀流动。

30、非均匀流动：过流断面的大小、形状或方位沿流程发生了急剧的变化，流体运动的速度也发生了急剧的变化，这种流动为非均匀流动。

31、沿程阻力：在均匀流动中，流体所受的阻力只有不变的摩擦力，称沿程阻力。

32、沿程损失：由沿程阻力所做的功而引起的能量损失或水头损失与流程长度成正比，可称为沿程水头损失，简称沿程损失。

33、局部阻力：在非均匀流动中，流体所受到的阻力是各式各样的，但都集中在很短的流段内，这种阻力称为局部阻力。

34、局部损失：由局部阻力所引起的水头损失则称为局部水头损失，简称局部损失。

35、层流底层：在靠近管壁处，由于管壁及流体黏性影响，有一层厚度为δ的流体做层流运动，这一流体层称为层流底层。

36、紊流核心：黏性影响在远离管壁的地方逐渐减弱，管中大部分区域是紊流的活动区，称为紊流核心。

37、短管：是指管路中局部损失和速度水头之和超过沿程损失或与沿程损失相差不大，在计算时不能忽略局部损失与速度损失。

38、长管：是指是指管路中局部损失与速度水头之和与沿程损失相比很小，以至于可以忽略不计。

39、串联管路：由直径不同的几段简单管道一次连接而成，这种管路称为串联管路。

40、并联管路：凡是两根或以上的简单管道在同一点分叉而又在另一点回合而组成的管路称为并联管路。

41、欧拉法：研究流体力学的一种方法，指通过描述物理量在空间的分布来研究流体运动的方法。

42、拉格朗日法：通过描述每一质点的运动达到了解流体运动的方法称为拉格朗日法。

43、汽蚀现象：金属在机械剥蚀与化学腐蚀的作用下的加速损坏现象。

44、雷诺数：反应流体流动状态的数，雷诺数的大小反应了流体流动时，流体质点惯性力和粘性力的对比关系。

45、流场：充满流体的空间。

46、尼古拉兹实验：选择不同直径，流速，黏度，长度，粗糙度的管道来测量hf，计算λ，找出λ—Re的规律的实验叫作尼古拉兹实验。

二、简答。

1、等压面的性质？
答：（1）等压面也是等势面； (2)等压面与单位质量力垂直；（3）两种不相混合液体的交界面是等压面。

2、流线的特征？
答：（1）流线不相交；（2）流线是长滑曲线，无折点；（3）定常流动时流线形状不变，非定常流动时流线形状发生变化。

3、伯努利积分的使用条件？
答：（1）质量力定常且有势；（2）流体是不可压缩的；（3）流体运动时定常的。

4、总伯努利方程的使用条件？
答：（1）流体是不可压缩的； （2）流体做定常流动； （3）作用于流体上的力只有重力； （4）过流断面上的流动必须是渐变流； （5）无能量输出。

5、黏度的变化规律？
答：液体的运动黏度随温度的升高而减小，气体的运动黏度随温度的升高而增大。

6、尼古拉兹实验五个区域的特点和变化规律？ 答：管道中的流动可分为五个区域：
第Ⅰ区域——层流区，雷诺数Re ＜2320（lgRe ＜3.36），可得λ=64/Re 。

第Ⅱ区域——临界区。

层流开始转变为紊流，2320＜Re ＜4000（lgRe=3.36—3.6） λ的值不确定。

第Ⅲ区域——紊流水力光滑管区。

4000＜Re ＜22.2（d/△）8/7。

第Ⅳ区域——过渡区。

由紊流水力光滑管开始转变为紊流水力粗糙管，雷诺数22.2（d/△）8/7<Re<597（d/△）8/7.
第Ⅴ区域——紊流水力粗糙管区.雷诺数Re>597（d/△）8/7。

意义：比较完整地反应了沿程阻力系数的变化规律，揭示了沿程阻力系数变化的主要因素。

1、流体静压强的特性是什么？
答：流体静压强的方向是沿着作用面的内法线方向；在静止或相对静止的流体中，任一点流体静压强的大小作用面方向无关，只与该点的位置有关。

3、附面层提出的意义？
答：在于将流场划分为两个计算方法不同的区域，即势流区和附面层。

在附面层外的势流区按无旋流动理想流体能量方程或动量方程求解；在附面层内，按粘性有旋流动流体能量方程或N-S 方程求解；
4、温差或浓差射流弯曲产生的原因是什么？
答：浓差或温差射流由于浓度或温度不同，引起射流介质密度与周围其气体密度与周围气体密度不同，所受的重力与浮力不相平衡，使得整个射流将发生向上或向下的轴弯曲。

5、附面层分离的原因是什么？
答：当流体绕流曲面体流动时，在减压增速区，流动维持原来的附面层；流动进入增压减速区时，流体质点受到与主流方向相反的压差作用，将产生方向的回流，而附面层外的流体仍保持原有的前进，这样，回流和前进这两部分运动方向相反的流体相接触，就形成旋涡。

旋涡的产生使得附面层与壁面发生分离。

6、运动粘滞系数r 的物理意义是什么？ 答：流体运动粘滞系数r 表征单位速度梯度作用下的切应力对单位体积质量作用产生的阻力加速度，具有运动学要素。

7、流体动力粘滞系数u 的物理意义是什么？
答：流体动力粘滞系数u 表征单位速度梯度作用下的切应力，反映了粘滞的动力性质。

9、伯努利方程=++g
2u r p z 2
常数中各项的物理意义？
答：Z ：断面对基准面高度，水力学中称位置水头，单位位能；
：r
p
在断面压强作用下，流体沿测压管所能上升的高度，压强水头，单位位能；
：
g
2u 2断面以速度u 为初速度的铅直向上射流所能达到的理论的高度，流速水头，单位位能。

13、自由紊流射流的运动、动力特征是什么？
答：在自由紊流射流的主体段，射流各断面上速度分布是相似的，轴线速度越来越小，横截面积越来越大，质量流量也越来越大；个横截面上的动量守恒。

14、射流弯曲产生的原因？
答：在温差射流场中，由于气流密度与周围的气体的不同，射流气体所受的浮力与重力不相平衡，使整个射流发生向下或向上弯曲。

18、下式不可压缩流体N-S 方程中，各项的物理意义是什么？
dt du z u y u x u x p
1x 2
z 22y 2
2x 2=∂∂+∂∂+∂∂+∂∂-）（γρX 答：X ：是作用在流体微团上的单位质量力。

：x
p 1∂∂ρ是作用在流体微团上单位质量流体的压力。

）：（2
z 22y 22x 2
z
u y u x u ∂∂+∂∂+∂∂γ是作用在流体微团上单位质量流体粘性偏应力的合力。

：dt
du x
是流体质点的加速度。

如图，横截面为椭圆形的长圆柱体置于风洞中，来流稳定、风速风压均匀并垂直绕过柱体流动。

住体对流体的总阻力可通过测力天平测试柱体受力获得，也可通过测试流场速度分布获得。

现通过后一种方法，确定单位长度的柱体对流体的总阻力F x 。

解：由于柱体很长且来流均匀，可认为流动参数沿z 方向（柱体长度方向）无变化，将绕柱体的流动视为x-y 平面的二维问题。

⒈ 控制体：取表面A 1、A 2、 A 3、 A 4并对应柱体单位长度的流场空间。

⒉
控制面A 1：柱体上游未受干扰，故有：
p p ≈0
p p ≈0
p p ≈0u v x ≈0
u v x ≈
0p p =，0u v x =，0=y v ，于是控制面上x 方向受力、质量流量和动量流量分别为：
01bp F x =，()b u dA A 01
ρρ-=⋅⎰⎰n v ，()b u dA v A x 20
1
ρρ-=⋅⎰⎰n v 控制面A 2：设在柱体下游一定距离处，与面A 1相距l ，此处压力基本恢复均匀分布，故有
0p p ≈。

()y v v x x =是需要测量的物理量；()y v v y y =通常比x v 小得多，其精确测量较困
难，在计算x 方向受力时用不到，控制面上x 方向受力、质量流量和动量流量分别为：
02bp F x -=，()⎰
⎰
⎰⎰==⋅-2
/0
2
/2
/22
b x b b x A dy v dy v dA ρρρn v ，()⎰
⎰⎰=⋅2
/0
2
21
b x A x dy v dA v ρρn v
控制面A 3：b 应取得足够大，以使得面A 3上的流动受柱体影响较小，故有0p p ≈，0u v x ≈。

控制面上的质量流量由y v 确定，该量精确测定较为困难，计算结果最终不会用到该量，暂设()x v v y y =为已知量。

03≈x F ，()⎰⎰⎰≈⋅l y A dx v dA 0
223
ρρn v ，()⎰⎰⎰=⋅l
y A x dx v u dA v 0
0223
ρρn v
控制面A 4：为柱体横截面包络面，该面上流体所受表面力有正压力和摩擦力。

由于流场相
对于x 轴对称，所以表面力在y 轴方向的合力为零，在x 轴方向的合力F x 即为流体受到的总阻力（形体阻力与摩擦阻力），控制面上无流体输入和输出。

x F （待定）
，()04
=⋅⎰⎰dA A n v ρ，()04
=⋅⎰⎰dA v A x n v ρ ⒊ 将上述各控制面x 方向的受力和动量流量代入动量守恒方程，并考虑到稳态流动条件下控制体内流动的栋梁变化率为零，可得：
()⎰⎰
⎰⎰⎰⎰
∑++-=+++-=++-→
⋅=l
y b x
x l
y b x
x CS
x x
dx
v u dy v b u F dx v u dy v b u F bp bp dA v F 0
02/0
220
02/0220
00220220ρρρρρρρn v (a)
⒋ 将上述各控制面质量流量代入质量守恒方程，并考虑稳态流动条件，得到;
()()⎰
⎰⎰⎰
⎰⎰⎰⎰-==++-=⋅→
=⋅+++2/0
00
2
/0
02202204
321b x l
y l
y b x A A A A CS
dy
v b u dx v dx v dy v b u dA dA ρρρρρρρρn v n v (b)
⒌ 将式（b ）代入式（a ），得到：
()⎰
⎰
⎰
--=-++-=2
/0
02
/0
02
02/0
220222b x x b x b x x dy v u v dy v u b u dy v b u F ρρρρρ
解：
1． 控制体：1和2截面之间的管道。

2． 液体的受力： （1） 进出口压力p1和p2 （2） 重力G
（3） 弯头内壁对液体的作用力的合力F ，其分量分别是F x 和F y 3． 作用于流体上的力在x 和y 方向的合力为
βcos 2211A p F A p F x x -+=∑ βs i n
22A p G F F y y +-=∑ 4． x 和y 方向动量在出口面上的输出流量与进口面上的输入流量
之差为
()()1
2112222111122221122cos cos A A A A q q m x m x υρβυρυρυυρβυυυ-=-=-()()βυρυρυρβυυυsin 0sin 222211122221122A A A q q m y m y -=-⨯--=-
5． 由于流动是稳态的，控制体内的动量变化率为0，所以有
1
12212112222121122222211cos cos cos cos A p A p A A F A A A p F A p x x -+-=⇒-=-+βυρβυρυρβυρβββυρβυρβsin sin sin sin 222222222222A p G A F A A p G F y y -+-=⇒-=+-
β
已知：mm d 501=，mm d 202=，mm d 100=，3−3截面处射流的厚度为mm 4=δ，
045=α，流量h m Q 325=。

求：1. 喷嘴与水管接头处所受拉力。

2. 若水流冲入煤壁后，
沿已切开口均匀向四周分开，则水流沿轴线方向对煤壁的冲击力为多少？ 解：
1. 取包含喷嘴和1−1、2−2截面为控制体。

设接头处所受的拉力为F ，接头对流体的作用力为R ，对于x 方向有：
()x x x
v v Q A p R A p F
122211-=--=∑ρ
R F -=
()221112A p A p v v Q F x x +--=∴ρ
由连续性方程知
()s m d Q
v 54.342
1
1==
π ()s m d Q
v 1.2242
2
2==
π 取轴心为基准，对1−1、2−2截面列相对压力的伯努利方程，得
()
()Pa 1038.22
20205212210
2
22211
2⨯=-=−−→−++=++=v v p g v p g v p p ργγ
()()N 338221112-=+--=A p A p v v Q F x x ρ
2. 取2−2、3−3截面间射流所占据空间表面为控制面，射流沿轴线方向对煤壁的冲击力，实质是改变射流动量所需的力，设煤壁对射流在x 方向的作用力为T ，则
()()N 180sin 223-=⎪⎭
⎫
⎝⎛--=-=v d Q Q v v Q T x x δπαρρ
45=αF。