北师大 流体力学思考题答案
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Baidu Nhomakorabea第一章
绪论
1.流体与固体的物理性质都有哪些区别，什么是流体的易流动性？ 答：固体：形状、体积固定，能够承受拉、压、弯、剪、扭等外力，在外力作用下产生相应形变； 液体：体积固定，形状不定，不能承受拉力，具有表面张力；具有易流动性 气体：体积、形状都不固定，压缩性、膨胀性较大，不具有表面；具有易流动性。 流体的易流动性：静止的流体在微小切向力作用下将发生连续不断的变形（相对运动） ，直到切向力 消失为止的特性。 2、液体与气体的物理性质都有哪些区别？ 答：宏观上： 气体密度小，流动性好，易压缩； 液体密度较气体大，流动性不如气体好，不易压缩。 微观上： 气体分子能够非常自由地振动和平动， 液体分子间距小、作用力较大，液体分子有振动和平动，但不如气体分子自由度大。 3、什么是流体微团，连续介质模型，该模型的引入对流体的研究有何意义？ 答：流体微团(流体质点)：在研究流体的机械运动中所取的最小流体单元，它的体积无穷小却又包含无数 多个流体分子。 连续介质模型：认为流体是由无数质点（流体微团）组成、质点之间没有空隙、连续地充满其所占据 空间的连续体。 物理意义：将流体看成是连续介质，描述流体运动的各物理要素可用连续函数来表征，从而利用微积 分的方法研究流体的受力和运动规律。 4、作用在流体上的力分为哪些、表达式，各有何特点？ 答：根据力的作用方式不同，作用在流体上的力分为质量力(体积力)和表面力（面积力） 。 质量力：是作用在流体每一个质点（或微团）上与受作用流体的质量成正比的力，常采用单位质量力 的坐标分量来表示，
第二章
流体静力学
P A
1、静水压强的定义及其特性，静水压强函数的特点是什么？ 答：静水压强定义：作用在静止液体微元面积ΔA 上的静压力ΔP，与作用面积ΔA 的比值 p 均静水压强；当面积ΔA 无限缩小到 a 点时，其比值的极限值为 a 点的静压强。 特性： （1）静水压强的方向为垂直并指向受作用面（与受作用面的内法线方向一致） ； （2）某点静水压强的大小和受压面方位无关（作用于某点上的静水压强沿各方向大小都相等） 。 静水压强函数的特点：连续介质的平衡液体内，任一点静止液体压强仅是空间坐标的连续函数而与受 压面的方位无关。即 p=p(x,y,z)。 2、欧拉液体平衡微分方程的综合表达式，说明什么物理意义？ 答：欧拉平衡微分方程综合表达式： dp
：单位面积上的内摩擦力；
du dy ：速度梯度，表示速度大小沿垂直于速度方向 y 的变化率，单位为 s-1；
1
。单位 N /（ m2·s）或 Pa·s，表征单位速度梯度时的切应力； ：动力粘度（动力粘滞系数）
：运动粘度（运动粘滞系数） ，单位 m s ， = /ρ。
2
8、流体力学中所定义的流体力学模型有哪些，各模型的概念、物理意义是什么？ （连续介质模型、不可压缩流体模型、理想流体模型、一元流动模型、 ） 答：流体力学模型： （1）连续介质模型：将流体认为是充满其所占据空间无任何间隙的质点所组成的连续 体。连续介质模型是对物质结构的简化，使我们不再考虑复杂的微观分子运动，只考虑在外力 作用下的宏观机械运动，并且在流体的研究中可以运用连续函数的数学分析工具。 （2）无粘性流体（理想流体）模型：不考虑流体的粘性。无粘性流体（理想流体）模型是 对流体物理性质的简化。 （3）不可压缩流体模型：不考虑流体的压缩性和热涨性，认为其密度为常熟的流体。不可 压缩流体模型是对流体物理性质的简化。 （4）一元流动模型：流场中流体的运动参数仅是空间坐标一个坐标分量的函数，如元流。 9、什么是液体的汽化压强，它与温度的关系如何？ 答：在液体自由表面上，汽化和凝结同时存在，当这两个过程达到动态平衡时，宏观的气化现象停止，此 时液体表面上的气体压强称为饱和蒸汽压强，或汽化压强。 液体的汽化压强随温度的升高而增大。 10、什么是流体的压缩性和热胀性，液体和气体的压缩性和热胀性有何不同？ 答：流体的压缩性：流体受压，体积缩小，密度增大的性质。 流体的热涨性：流体受热，体积膨胀，密度减小的性质。 液体的压缩性和热涨性很小，通常忽略不计，当水击、热水采暖时要考虑； 气体的压缩性和热涨性显著，当气体流速小于 68m/s 时，流动过程中压强和温度变化较小，可认为其 密度为常熟。 11、液体的表面张力及其表现，哪些物理过程需要考虑该因素？ 答：表面张力：由于分子间的吸引力，在自由表面上的液体分子受到指向液体内部的合力，该微小拉力称 为表面张力。 需考虑该因素的物理过程： （1）液体的毛细管现象； （2）水滴和气泡的形成的研究； （3）液体的雾化研究； （4）气液两相流的传热与传质的研究。
f Xi Yj Zk
表面力：是作用在所考察的流体（或称分离体）表面上与受作用流体的表面积成正比的力，常用单位 面积上表面力，分为切向力τ （内摩擦力）和法向力 p（压强）来表示。 5、什么是流体的粘性,粘性有何特征？ 答：流体的粘性：流体内部相邻质点间或流层间存在相对运动时，在其接触面上会产生内摩擦力（内力） 以反抗（阻碍）其相对运动的性质。 粘性的特征：粘性是流体的固有属性，粘性阻碍或延缓液体相对运动的过程而不能消除，静止流体的 粘性无法表现表现。 6、流体粘性的产生原因和主要影响因素是什么，液体和气体的粘性变化有何不同？ 答：产生的原因：流体分子间的内聚力和碰撞（布朗运动） 。 影响因素：温度（主要） 、压强、流速、杂质含量等。 液体和气体的粘性变化的不同：气体粘性随温度升高而增大；气体粘性的决定因素是分子不规则运动 的动量交换产生的阻力，温度升高动量交换加剧、内聚力下降，由于前者增加的幅度大于后者减少的幅度 因此粘性随温度升高而增大。 液体粘性随温度升高而减小：液体粘性的决定因素是分子的内聚力，温度升高液体分子间距增大，动 量交换加剧、内聚力下降，由于前者增加的幅度小于后者减少的幅度，因此液体粘性随温度升高而增大。 7、牛顿内摩擦定律及其各项含义是什么？描述流体粘性的物理参数及其关系是什么？ 答：牛顿内摩擦定律： du / dy
绪论
1.流体与固体的物理性质都有哪些区别，什么是流体的易流动性？ 答：固体：形状、体积固定，能够承受拉、压、弯、剪、扭等外力，在外力作用下产生相应形变； 液体：体积固定，形状不定，不能承受拉力，具有表面张力；具有易流动性 气体：体积、形状都不固定，压缩性、膨胀性较大，不具有表面；具有易流动性。 流体的易流动性：静止的流体在微小切向力作用下将发生连续不断的变形（相对运动） ，直到切向力 消失为止的特性。 2、液体与气体的物理性质都有哪些区别？ 答：宏观上： 气体密度小，流动性好，易压缩； 液体密度较气体大，流动性不如气体好，不易压缩。 微观上： 气体分子能够非常自由地振动和平动， 液体分子间距小、作用力较大，液体分子有振动和平动，但不如气体分子自由度大。 3、什么是流体微团，连续介质模型，该模型的引入对流体的研究有何意义？ 答：流体微团(流体质点)：在研究流体的机械运动中所取的最小流体单元，它的体积无穷小却又包含无数 多个流体分子。 连续介质模型：认为流体是由无数质点（流体微团）组成、质点之间没有空隙、连续地充满其所占据 空间的连续体。 物理意义：将流体看成是连续介质，描述流体运动的各物理要素可用连续函数来表征，从而利用微积 分的方法研究流体的受力和运动规律。 4、作用在流体上的力分为哪些、表达式，各有何特点？ 答：根据力的作用方式不同，作用在流体上的力分为质量力(体积力)和表面力（面积力） 。 质量力：是作用在流体每一个质点（或微团）上与受作用流体的质量成正比的力，常采用单位质量力 的坐标分量来表示，
第二章
流体静力学
P A
1、静水压强的定义及其特性，静水压强函数的特点是什么？ 答：静水压强定义：作用在静止液体微元面积ΔA 上的静压力ΔP，与作用面积ΔA 的比值 p 均静水压强；当面积ΔA 无限缩小到 a 点时，其比值的极限值为 a 点的静压强。 特性： （1）静水压强的方向为垂直并指向受作用面（与受作用面的内法线方向一致） ； （2）某点静水压强的大小和受压面方位无关（作用于某点上的静水压强沿各方向大小都相等） 。 静水压强函数的特点：连续介质的平衡液体内，任一点静止液体压强仅是空间坐标的连续函数而与受 压面的方位无关。即 p=p(x,y,z)。 2、欧拉液体平衡微分方程的综合表达式，说明什么物理意义？ 答：欧拉平衡微分方程综合表达式： dp
：单位面积上的内摩擦力；
du dy ：速度梯度，表示速度大小沿垂直于速度方向 y 的变化率，单位为 s-1；
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。单位 N /（ m2·s）或 Pa·s，表征单位速度梯度时的切应力； ：动力粘度（动力粘滞系数）
：运动粘度（运动粘滞系数） ，单位 m s ， = /ρ。
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8、流体力学中所定义的流体力学模型有哪些，各模型的概念、物理意义是什么？ （连续介质模型、不可压缩流体模型、理想流体模型、一元流动模型、 ） 答：流体力学模型： （1）连续介质模型：将流体认为是充满其所占据空间无任何间隙的质点所组成的连续 体。连续介质模型是对物质结构的简化，使我们不再考虑复杂的微观分子运动，只考虑在外力 作用下的宏观机械运动，并且在流体的研究中可以运用连续函数的数学分析工具。 （2）无粘性流体（理想流体）模型：不考虑流体的粘性。无粘性流体（理想流体）模型是 对流体物理性质的简化。 （3）不可压缩流体模型：不考虑流体的压缩性和热涨性，认为其密度为常熟的流体。不可 压缩流体模型是对流体物理性质的简化。 （4）一元流动模型：流场中流体的运动参数仅是空间坐标一个坐标分量的函数，如元流。 9、什么是液体的汽化压强，它与温度的关系如何？ 答：在液体自由表面上，汽化和凝结同时存在，当这两个过程达到动态平衡时，宏观的气化现象停止，此 时液体表面上的气体压强称为饱和蒸汽压强，或汽化压强。 液体的汽化压强随温度的升高而增大。 10、什么是流体的压缩性和热胀性，液体和气体的压缩性和热胀性有何不同？ 答：流体的压缩性：流体受压，体积缩小，密度增大的性质。 流体的热涨性：流体受热，体积膨胀，密度减小的性质。 液体的压缩性和热涨性很小，通常忽略不计，当水击、热水采暖时要考虑； 气体的压缩性和热涨性显著，当气体流速小于 68m/s 时，流动过程中压强和温度变化较小，可认为其 密度为常熟。 11、液体的表面张力及其表现，哪些物理过程需要考虑该因素？ 答：表面张力：由于分子间的吸引力，在自由表面上的液体分子受到指向液体内部的合力，该微小拉力称 为表面张力。 需考虑该因素的物理过程： （1）液体的毛细管现象； （2）水滴和气泡的形成的研究； （3）液体的雾化研究； （4）气液两相流的传热与传质的研究。
f Xi Yj Zk
表面力：是作用在所考察的流体（或称分离体）表面上与受作用流体的表面积成正比的力，常用单位 面积上表面力，分为切向力τ （内摩擦力）和法向力 p（压强）来表示。 5、什么是流体的粘性,粘性有何特征？ 答：流体的粘性：流体内部相邻质点间或流层间存在相对运动时，在其接触面上会产生内摩擦力（内力） 以反抗（阻碍）其相对运动的性质。 粘性的特征：粘性是流体的固有属性，粘性阻碍或延缓液体相对运动的过程而不能消除，静止流体的 粘性无法表现表现。 6、流体粘性的产生原因和主要影响因素是什么，液体和气体的粘性变化有何不同？ 答：产生的原因：流体分子间的内聚力和碰撞（布朗运动） 。 影响因素：温度（主要） 、压强、流速、杂质含量等。 液体和气体的粘性变化的不同：气体粘性随温度升高而增大；气体粘性的决定因素是分子不规则运动 的动量交换产生的阻力，温度升高动量交换加剧、内聚力下降，由于前者增加的幅度大于后者减少的幅度 因此粘性随温度升高而增大。 液体粘性随温度升高而减小：液体粘性的决定因素是分子的内聚力，温度升高液体分子间距增大，动 量交换加剧、内聚力下降，由于前者增加的幅度小于后者减少的幅度，因此液体粘性随温度升高而增大。 7、牛顿内摩擦定律及其各项含义是什么？描述流体粘性的物理参数及其关系是什么？ 答：牛顿内摩擦定律： du / dy