流体力学

流体力学基本练习题

一、流体力学名词解释

流体质点：流体中宏观尺寸非常小而微观尺寸又足够大的任

意一个物理实体。

流体的体膨胀系数：当压强不变时，每增加单位温度所产生的流体体

积相对变化率。

流体的等温压缩率：当温度不变时，每增加单位压强所产生的流体体

积相对变化率。

流体的体积模量：当温度不变时，每产生一个体积相对变化率所需要

的压强变化量。

流体的粘性：流体内部质点或流层间因相对运动而产生内摩擦力以及

反抗相对运动的性质。（流体运动时内部产生切

应力的性质）

理想流体：粘度为0的流体。

牛顿流体：可以用一条通过原点而非坐标轴的直线所表示的流体叫作

牛顿流体。

不可压缩流体：等温压缩率和体膨胀系数完全为零的流体。

质量力：与流体微团质量大小有关（成正比）并且集中作用在质量微

团中心上的力称为质量力。

表面力：大小与表面面积有关而且分布作用在流体表面上的力称为表

面力。

等压面：流体中压强相等各点所组成的平面或曲面称为等压面。

等势面：流体中势能相等各点所组成的平面或曲面称为等势面。

质点导数：运动中的流体质点所具有的物理量N（如速度、压强、密

度、温度、质量、动量等）对时间的变化率称为

物理量N的质点导数。

定常场：如果流场中的速度、压强、密度、温度等等物理量的分布于

与时间t无关，则称为定常场或定常流动，此时

物理量具有对时间的不变性。

均匀场：如果流场中的速度、压强、密度、温度等等物理量均与空间

坐标无关，则称为均匀场或均匀流动，此时物理

量具有对空间的不变性。

流线：流线是流场中的瞬时光滑曲线，曲线上各点的切线方向与该点

的瞬时速度方向一致。

迹线：流体质点的运动轨迹。

流管：无数流体围成的一个管状的假象表面。

流束：充满流管的一束流体。

微元流束：截面积无穷小的流束，极限是流线。

流量：单位时间内流过某一控制面的流体体积称为流量。

多流断面（有效截面）：速度方向相互垂直度端面。

层流（滞流）：当流速较小时，各流层间流体质点互不掺混，这种流

动形态称为层流。（Re<2320）

湍流（紊流）：当流速较大时，各流层间的流体质点相互剧烈掺混，

这种运动形态称为紊流。（Re>13800）层流起始段：从入口到层流速度呈现抛物线稳定的距离。

粘性底层：靠近壁面处的层流层称为粘性底层。

水力光滑管：当δ>Á时，管壁的凹凸不平部分完全被粘性底层覆盖，

粗糙度对湍流核心几乎没有影响，这种情况称为水

力光滑管。

水力粗糙管：当δ<Á时，管壁的凹凸不平部分暴露在粘性底层之外，

湍流核心的运动流体冲击在凸起部分，不断产生漩

涡，加剧湍流乱程度，增大能量损失。粗糙度的大

小对湍流特性产生直接影响，这种情况称为水力粗

糙管。

沿程阻力：在等径管路中，由于流体与管壁以及流体本身的内部摩擦，

使得流体能量沿流动方向逐渐降低，这种引起能量

损失的原因称为沿程阻力。

局部阻力：在管路局部范围内产生的损失。

二、简答题

1.流体在力学性能上的特点。

答：第一点是流体不能承受拉力，因此流体内部永远不存在抵抗拉伸

变的拉应力；第二点是流体在宏观平衡状态下不能

承受剪切力，任何微小的剪切力都会导致流体连续

变形、平衡破坏、产生流动。

2.流体质点的含义。

•宏观尺寸非常小

•微观尺寸足够大

•足够多的分子在内的一个物理实体

•流体质点的形状可以任意划分

3.非牛顿流体的定义、分类和各自特点。

凡不遵循牛顿内摩擦定律的流体称为非牛顿流体，例如泥浆、有机胶体、油漆、污水等。

非牛顿流体有三种类型

塑性流体、假塑性流体和胀塑性流体

塑性流体：克服初始应力后，τ与速度梯度成正比

假塑性流体：当速度梯度较小时， τ对速度梯度的变化率较大；当

速度梯度较大时τ的变化率逐渐变小。

胀塑性流体：当速度梯度较小时， τ对速度梯度的变化率较小；速

度梯度较大时τ的变化率逐渐变大。

4.粘度的物理意义及单位。

年度分为运动粘度和动力粘度： 动力粘度：dy dv τ

μ=，μ代表单位速度梯度下的切应力，Pa.s ，可以

直接判断流体粘性的大小。 运动粘度s mm s m s m //c / 222，或单位ρ

μυ=。运动粘度是动力粘度与流

体密度的比值，不能直接判断粘性大小，只适合于

判别密度几乎恒定的同一种流体在不同温度下的

粘性变化情况

5.液体和气体的粘度变化规律。

液体的粘度大小取决于分子间距和分子引力，当温度升高或压强降低

时，液体膨胀、分子间距增大、分子引力减小，粘

度降低。

液体粘度受温度影响非常显著，温度稍有升高，则各种液体的动力粘

度和运动粘度均有明显下降。

气体分子间距比较大而且分子运动比较剧烈，影响气体粘度大小的主

要因素是分子热运动所产生的动量交换。

温度升高或压强减小时，气体的动力粘度和运动粘度增大

6.利用欧拉平衡方程式推导出等压面微分方程、重力场中平衡流体的

微分方程。

等压面的微分方程：

00

)(0

=++=++===dz f dy f dx f dz f dy f dx f dp dp C

p z y x z y x ρ

重力场中平衡流体的微分方程：

g f f f z y x -===，，00

gdz dW =