流体力学作业

流体力学作业

第一部分

1.流体和固体的主要区别有哪些？

答案：流体和固体的主要区别在于液体的易流动性，即固体具有抵抗一定量的拉力、压力和剪切力的能力；而流体可以抵抗压力，但不能承受拉力，特别是静止的流体不能抵抗剪切力，在切向力的作用下可以无限变形。

2.什么类型的力使流体变形？

答案：使流体变形的主要力是剪切力，在剪切力作用下，流体可以无线变形。

3.理想流体的定义是什么？

答案：理想流体是不考虑粘性、热传导、质量扩散等扩散特性的流体。

4. 完全气体的定义是什么？怎么用表达式表达？

答案：符合气体状态方程：p=ρRT的气体为理想气体，其表达式就是p=ρRT 式中p——压强；ρ——密度；R——气体常数；T——温度。

5. 马赫数的定义是什么？超音速和亚音速的区别？能否多谈一些？

答案：物体运动的速度与声速的比值叫做马赫数，用M表示。当M>1时，即物体速度大于声速的时候为超声速，当M<1时，即物体的速度小于声速，此时为亚声速，马赫数为1时即为声速，马赫数大于五左右为超高声速。在大多数情况下，对于马赫数M ≤0.3时，若密度的改变只有平均值的2%，那么气体的流动就认为是不可压缩的；一般来说，马赫数小于0.15时可以将此流动看作不可压缩流动来处理。

6. 层流和湍流的现象，能否描述一下？用什么来判断它们？

答案：层流：流体只做轴向运动，而无横向运动，此时水在管中分层流动，各层之间互不干扰、互不相混。

湍流：水剧烈波动，断裂并混杂在许多小旋涡中，处于完全无规则的乱流状态。

比如自来水管中的自来水，当水龙头开的较小的时候为层流，当水龙头开的最大时的状态为湍流状态。

比如雷诺的实验中，当水速较小时染色水为一条直线，湍流时乱作一团。

判断的标准用雷诺数，根据雷诺数的大小来区分是层流还是湍流。

7. 粘度会引起流动产生什么？气体和液体中的粘度产生有什么区别吗？

答案：粘度会使流体各层之间产生内摩擦力，引起能量的耗损。

液体的粘性主要是由分子内聚力决定的，即分子之间的引力；而气体

的粘度主要是由分子的动量交换决定的。

8. 温度对粘度的影响如何？

答案：对于气体体来说，随着温度的升高，粘度逐渐增大，这是由于温度升

高，分子运动加剧，动量交换剧烈，表现为应力增大，粘度也相应增大；对于液体来说，随着温度的升高粘度逐渐减小，这主要是由于温度升高，分子运动的幅度增大，分子间的平均距离增大，分子间引力减小，故粘度减小。

9. 什么是牛顿流体？什么是非牛顿流体？

答案：凡是符合牛顿内摩擦定律dy

du μ

τ

=的流体称为牛顿流体，反之称为非牛顿

流体。

10. 说出你所知道的用流体力学来解释的现象。

答案：虹吸现象，即平时我们所用到的用一根灌满某种液体的管子来利用位置

差造成的压力差来吸抽这种液体；连通器原理也是，都是利用压强水头差的

作用。

11. 表面拉伸会引起毛细现象。为什么当毛细管中的液面向上凹时，其液面会高出容器的液面“为什么当毛细管中的液面上凸时，其液面会低于容器中的液面？

答案：根据接触角θ的大小可以将固体分为液体湿润固体和液体不湿润固体，

当θ为锐角时为液体湿润固体，否则为不是润固体。对于液体湿润固体其呈现为液面上凹，这时由于液体的表面张力为斜向上的，为了平衡表面张力，故液体高于液面用重力平衡来平衡张力；对于液体不湿润固体，其表面张力斜向下，由于张力的作用，其液面低于液面。

12. 均匀流动会存在于什么流体中，即什么流体会产生均匀流动。非均匀流动是什么产生的？

答案：均匀流动即为流动的速度不随位置的变化而改变，在类似圆管中的理想

流动为均匀流动，均匀流动一定为层流；非均匀流动是由于流体的粘性产生的，同时流动过程中流动走向的改变也会造成非均匀流动，其可能为层流，可能为湍流，湍流一定为非均匀流。

13. 请解释定常流动和非定常流动。

答案：定常流动：在任何点，流动的形式不随时间变化，且在任意点处速度保

持为常数，否则为非定常流。由此可知，均匀流动一定为定常流动，非均匀

流可能为定常流动。

14. 什么是毛细现象？有几种形状？

答案：毛细现象：在足够细的管中，由于流体表面张力的作用，使管中的液面

高于或低于正常液面的现象。其形状有两种：一种是上凹形，一种是上凸形。

第二部分

1. 静压力作用在物面的什么方向？

答案：静压力的方向总是垂直指向作用面的，且其大小与作用面

的方位无关，

只与作用点的位置有关，且在某一作用点沿各个方向作用力的大小相等。

2. 静压力用P 来表示。理解P+ρgz=constant 的意义。静压力只与高度有关系，这句话对运动流体还管用吗？

答案：在这里,z 指的是这点离自由液面的距离，这个公式表明在垂直方向上，

压强与淹深成线性关系；在垂直方向上，说明水平面为等压面。对于运动的

流体来说，这句话不管用，这句话说只对静止的液体管用。

3. 什么是重力中心（几何中心）和压力中心？为什么后者的位置总是在前者的下面？

答案：几何中心：几何中心即为形心，是通过面积矩求得的，A y ydA c =?

，本

质上是指通过这点对面求矩为零的点。

压力中心：压力中心即为合力通过的点，通过对力求矩得到，本质上是指通过这点对力求矩力矩为零的点。

对于均布荷载来说，其合力作用点即在形心处，而对于液体中的平板来说，由于压力由板顶到板底是线性增加的，压力的总体分布在下方，所以其合力相对于均匀分布肯定要在其下方，所以压力的合力作用中心在形心的下方。也可以用公式推导如下：坐标与老师上课所建的相同，设合力作用中心为A

y I y y c c c d +=，0>=

-=c

C c d e Ay I y y y ，故可知合力作用中心d y 在c y 的下

方。

4. 写出平行轴定理的公式，并解释物理意义。

答案：若有任一轴与过质心的轴平行，且该轴与过质心的轴相距为d ，刚体对其