工程流体力学泵与风机课后答案

第1章绪论1.1 试从力学分析的角度，比较流体与固体对外力抵抗能力的差别。

答：固体在承受一定的外力后才会发生形变;而流体只要承受任何切力都会发生流动，直到切力消失;流体不能承受拉力，只能承受压力。

1.2 何谓连续介质模型？为了研究流体机械运动的规律，说明引用连续介质模型的必要性和可能性。

答：把流体当做是由密集质点构成的、内部无空隙的连续体来研究，这就是连续介质模型。

建立连续介质模型，是为了避开分子运动的复杂性，对流体物质的结构进行简化，建立连续介质模型后．流体运动中的物理量都可视为空间坐标和时间变址的连续函数．这样就可用数学分析方法来研究流体运动。

1.3 按作用方式的不同，以下作用力：压力、重力、引力、摩擦力、惯性力，哪些是表面力？哪些是质量力？答：压力、摩擦力是表面力；重力、引力、惯性力是质量力。

1.4 为什么说流体运动的摩擦阻力是内摩擦阻力？它与固体运动的摩擦力有何不同？答：上平板带动与其相邻的流层运动，而能影响到内部各流层运动，说明内部各流层间存在切向力，即内摩擦力，这就是黏滞性的宏观表象。

也就是说，黏滞性就是流体的内摩擦特性。

摩擦阻力存在于内部各流层之间，所以叫内摩擦阻力。

固体运动的摩擦力只作用于固体与接触面之间，内摩擦阻力作用于流体各流层之间。

1.5 什么是流体的粘滞性？它对流体流动有什么作用？动力粘滞系数μ和运动粘滞系数v有何区别及联系？答：黏滞性的定义又可表示为流体阻抗剪切变形的特性。

由于流体具有黏性,在流动时存在着内摩擦力,便会产生流动阻力，因而为克服流动阻力就必然会消耗一部分机械能。

消耗的这部分机械能转变为热，或被流体吸收增加了流体的内能,或向外界散失，从而使得推动流体流动的机械能越来越小。

运动黏滞系数是动力黏滞系数与密度的比。

1.6 液体和气体的粘度随着温度变化的趋向是否相同？为什么？答：水的黏滞系数随温度升高而减小，空气的黏滞系数则随温度升高而增大。

原因是液体分子间的距离小，分子间的引力即内聚力是构成黏滞性的主要因素，温度升高，分子动能增大，间距增大，内聚力减小，动力黏滞系数随之减小：气体分子间的距离远大于液体，分子热运动引起的动掀交换是形成黏滞性的主要因素．温度升高．分子热运动加剧，动址交换加大，动力黏滞系数随之增大。

1.7 液体和气体在压缩性和热胀性方面有何不同？他们对密度有何影响？答：压缩性是流体因压强增大．分子间距离减小，体积缩小，密度增大的性质。

热胀性是温度升高．分子间距离增大，体积膨胀，密度减小的性质。

水的压缩性和热胀性都很小，一般均可忽略不计。

气体具有显著的压缩性和热胀性。

压强与温度的变化对气体密度的影响很大。

1.8 理想流体、不可压缩流体的流体的特点是什么？答：理想流体，往往给流体运动规律的研究带来极大困难。

为了简化理论分析，特引入理想流体概念，即所谓无黏性的流体（μ=0）。

理想流体实际上是不存在的，它只是一种对物性简化的力学模型。

由于理想流体不考虑黏滞性，使得对流动的分析大为简化，从而容易得出理论分析的结果，该结果对某些黏滞性影响很小的流动，能够较好地符合实际；对粘滞性影响不能忽略的流动，则可通过实验加以修正。

所谓不可压缩流体，是指每个质点在运动全过程中，密度不变地流体。

对于均质的不可压缩流体，密度时时处处都不变化，即ρ为常数。

不可压缩流体是又一理想化的力学模型。

1.9 非牛顿流体有哪些？它们与牛顿流体的区别是什么？答：凡是符合牛顿内摩擦定律的流体，称为牛顿流体。

dd tγτμ=。

凡不符合的流体称为非牛顿流体。

第2章流体静力学2.1 试述静力学基本方程pz Cpg+=的物理意义与几何意义？答：z为某点在基准面以上的高度，可直接测量，称为位置高度或位置水头。

它的物理意义是单位重量液体具有的相对于基准面的位置势能，简称位能。

ppg是可以直接测量的高度。

测量的方法是，当该点的绝对压强大于大气压时，在该点接一根竖直向上的开口玻璃管，即测压管。

液体在压强p的作用下沿测压管上升h p，h p测压管高度或者压强水头。

其物理意义是单位重量液体具有的压强势能，简称压能。

pzpg+为测压管水头，是单位重量液体具有的总势能。

pz Cpg+=表示静止液体中各点的测压管水头相等，各点测压管水头相等的连线即测压管水头线是水平线。

其物理意义是静止液体中各点单位重量液体具有的总势能相等。

2.2 绝对压强、相对压强、真空度的定义是什么？如何换算？答：绝对压强是以无气体分子存在的完全真空为基准起算的压强。

相对压强是以当地大气压为基准起算的压强。

绝对压强和相对压强之间相差一个当地大气压强p a。

真空度，当某点的绝对压强小于当地大气压，即处于真空状态时，v p gρ也是可以直接测量的高度。

方法是在该点接一根竖直向下插入液槽内的玻璃管。

因此玻璃管内液面的压强等于被测点的压强，故根据液体静力学基本方程式有：1a v p p gh ρ=+1a v v p p p h g gρρ-== h v 称为真空高度，简称真空度。

2.3 流体静压强有何特性？答：流体静压强主要有以下两个特性。

1.静压强的方向和作用面的内法线方向一致。

2.静压强的大小于作用面方位无关。

2.4 何谓压力体？虚、实压力体如何界定？答：d z z A h A V =⎰表示的几何体为压力体。

压力体的界定方法是，设想取铅垂线沿曲面边缘平行移动一周，割出的以自由液面为上底，曲面本身为下底的柱体就是压力体。

实压力体，压力体和液体在曲面AB 的同侧，如同压力体内有实有液体，习惯上称为实压力体。

压力体和液体在曲面AB 的异侧，其上底面为自由为自由液面的延伸面，压力体内虚空，习惯上称为虚压力体，Pz 方向向上。

2.5 液体表面压强不为零时， 平面或曲面上的静水总压力如何计算？答：加上液体表面压力。

2.6 处于相对平衡的流体的等压面是否为水平面？为什么？什么条件下的等压面是水平面？答：由等压面的这一性质，便可根据质量力的方向来判断等压面的形状。

例如，质量力只有重力时，因重力的方向铅锤向下，可知等压面是水平面。

若除重力之外还有其他质量力的作用，则等压面是与各质量力的合力正交的非水平面。

第3章 流体运动学3.1 比较拉格朗日法和欧拉法，此两种方法及其数学表达式有何不同？答：拉格朗日法是连续的描述某个选定的质点。

欧拉法，描述每个时刻整个场或者某个点的速度,温度，密度分布。

欧拉法的数学表达式中加入了质点加速度随位置的变化关系3.2 流线和迹线有什么不同？流线有哪些主要性质，在什么条件下流线和迹线重合？ 答：流线是某一确定时刻在流场中所作的空间曲线，线上各质点在该时刻的速度矢量，都与之相切。

流体质点在某一时刻的运动轨迹称为迹线。

在恒定流中，流线不随时间变化，流线上的质点继续沿流线运动，此时流线和迹线在几何上是一致的，两者完全重合。

3.3 在同一流场中，同一时刻不同流体质点组成的曲线是否都是流线？答：不是。

流线是指某一确定时刻在流场中所作空间曲线，线上各质点在该时刻的速度矢量,都必筠之相切。

3.4 何谓均匀流及非均匀流？以上分类与过流断面上流速分布是否均匀有无关系？ 答：在给定的某一时刻，若流体中各点迁移加速度为零，即，()0∇⋅=u u 。

并没有关系。

流束上与流线正交的横断面是过流断面。

过流断面不都是平面，只有在流线相互平行的均匀流段，过流断面才是平面；流线相互不平行的非均匀流段上，过流断面为曲面。

3.5 流场为有旋运动时，流体微团一定做圆周运动吗？无旋运动时，流体微团一定做直线运动吗？答：不一定,有旋运动是指流体微团做旋转运动，不定是圆周运动;无旋运动不-定是直线运动,即便微团运动的轨迹是圆,但微团本身无旋转，流体仍是无旋运动。

3.6 流体微团的旋转角速度与刚体的旋转角速度有什么本质差别？答：刚体的角速度是描述整个刚体转动的一个整体性的特征量；而流体的角速度只是描述流体微团旋转运动的一个局部性的特征量。

第4章 流体动力学基础思考题4.1 有人认为均匀流和渐变流一定是恒定流， 急变流一定是非恒定流， 这种说法是否正确？请说明理由。

答：渐变流是均匀流的宽延，均匀流是渐变流的极限状态。

首先区分均匀流和非均匀流以及恒定流和非恒定流的区别。

在给定的某一时刻，若流体中各点迁移加速度为零，均匀流各点流速都不随位置而变化，流体做均匀直线运动。

流场中各空间点上的运动要素（流速、压强、密度等）皆不随时间变化的流动是恒定流。

错误。

均匀流不一定是恒定流。

因均匀流是相对于空间而言，即运动要素沿流程不变,而恒定流是相对于时间而言，即运动要素不随时间而变。

两者判别标准不同。

错误。

急变流指流线曲率较大或流线间夹角较大、流速沿程变化较急剧的流动。

而如果流场中任何空间点上有任何一个运动要素是随时间而变化则为非恒定流。

4.2对水流流向问题有如下一些说法：“水一定是从高处向低处流”,“水一定从压强大的地方向压强小的地方流”,“水一定从流速大的地方向流速小的地方流”，这些说法是否正确？为什么？正确的说法应该如何？答：并不对，由于水在流动过程中有能量损失，所以水流过程中，只能由能量高的地方处向能量低处流。

位置高低，压强大小及流速大小不是判断依据。

说白了就是机械能高的地方向机械能低的地方流。

4.3何谓渐变流，渐变流有哪些重要性质？引入渐变流概念，对研究流体运动有什么实际意义？答：当流体质点的迁移加速度很小时，流线近乎于平行直线的流动，将其定义为渐变流，否则是急变流。

渐变流是均匀流的宽延，均匀流是渐变流的极限情况，所以均匀流的性质对于渐变流都近似成立，主要为：渐变流的过流断面近于平面，面上各点的速度方向近于平行；可以证明，恒定渐变流过流断面上的动压强按静压强的规律分布（此时内摩擦力在过流断面上的投影为零，对过流断面上的压强分布没有影响）。

渐变流是指各流线接近于平行直线的流动。

也就是说各流线之间的夹角很小，而且流线的曲率半径很大。

渐变流是属于非均匀流的范畴中的，之所以称其为渐变流是指流线虽不互相平行却几乎接近平行直线，其也可以称作缓变流。

实际流体运动中，由于影响因素很多,给研究问题带来很大的困难。

这时，为把问题简化,往往先按理想情况来考虑，找出规律后，再加以修正,然后应用于实际。

4.4 恒定总流的伯努利方程， 其各项的物理意义和几何意义是什么？221112221222l p v p v z z h g g g gααρρ++=+++. z 、p gρ分别为总流过流断面上某点(所取计算点)单位重量流体的位能和势能;因为所取过流断面是渐变流断面，面上各点的势能相等，即z +p g ρ是过流断面上单位重量流体的平均势能，而是22v g α过流断面上单位重量流体的平均动能，故三项之和z +p g ρ+22v g α是过流断面上单位重量流体的平均机械能。

l h 为总流的水头损失。