工程流体力学绪论..
《工程流体力学》习题参考答案
闻建龙主编的《工程流体力学》习题参考答案第一章 绪论1-1 物质是按什么原则分为固体和液体两大类的？解：从物质受力和运动的特性将物质分成两大类：不能抵抗切向力，在切向力作用下可以无限的变形（流动），这类物质称为流体。
如空气、水等。
而在同等条件下，固体则产生有限的变形。
因此，可以说：流体不管是液体还是气体，在无论多么小的剪应力（切向）作用下都能发生连续不断的变形。
与此相反，固体的变形与作用的应力成比例，经一段时间变形后将达到平衡，而不会无限增加。
1-2 何谓连续介质假设？引入连续介质模型的目的是什么？在解决流动问题时，应用连续介质模型的条件是什么？解：1753年，欧拉首次采用连续介质作为流体宏观流动模型，即不考虑流体分子的存在，把真实的流体看成是由无限多流体质点组成的稠密而无间隙的连续介质，甚至在流体与固体边壁距离接近零的极限情况也认为如此，这个假设叫流体连续介质假设或稠密性假设。
流体连续性假设是流体力学中第一个根本性假设，将真实流体看成为连续介质，意味着流体的一切宏观物理量，如密度、压力、速度等，都可看成时间和空间位置的连续函数，使我们有可能用数学分析来讨论和解决流体力学问题。
在一些特定情况下，连续介质假设是不成立的，例如：航天器在高空稀薄气体中飞行，超声速气流中激波前后，血液在微血管（1μm ）内的流动。
1-3 底面积为25.1m 的薄板在液面上水平移动（图1-3），其移动速度为s m 16，液层厚度为mm 4，当液体分别为C 020的水和C 020时密度为3856m kg 的原油时，移动平板所需的力各为多大？题1-3图解：20℃ 水：s Pa ⋅⨯=-3101μ20℃，3/856m kg =ρ， 原油：s Pa ⋅⨯='-3102.7μ水： 233/410416101m N u=⨯⨯=⋅=--δμτN A F 65.14=⨯=⋅=τ油： 233/8.2810416102.7m N u=⨯⨯=⋅'=--δμτ N A F 2.435.18.28=⨯=⋅=τ1-4 在相距mm 40=δ的两平行平板间充满动力粘度s Pa ⋅=7.0μ液体（图1-4），液体中有一边长为mm a 60=的正方形薄板以s m u 15=的速度水平移动，由于粘性带动液体运动，假设沿垂直方向速度大小的分布规律是直线。
(完整版)工程流体力学习题及答案
(完整版)工程流体力学习题及答案-CAL-FENGHAI-(2020YEAR-YICAI)_JINGBIAN第1章 绪论选择题【1.1】 按连续介质的概念，流体质点是指：（a ）流体的分子；（b ）流体内的固体颗粒；（c ）几何的点；（d ）几何尺寸同流动空间相比是极小量，又含有大量分子的微元体。
解：流体质点是指体积小到可以看作一个几何点，但它又含有大量的分子，且具有诸如速度、密度及压强等物理量的流体微团。
（d ）【1.2】 与牛顿内摩擦定律直接相关的因素是：（a ）切应力和压强；（b ）切应力和剪切变形速度；（c ）切应力和剪切变形；（d ）切应力和流速。
解：牛顿内摩擦定律是d d v y τμ=，而且速度梯度d d v y 是流体微团的剪切变形速度d d t γ，故d d t γτμ=。
（b ）【1.3】流体运动黏度υ的国际单位是：（a ）m 2/s ；（b ）N/m 2；（c ）kg/m ；（d ）N·s/m 2。
解：流体的运动黏度υ的国际单位是/s m 2。
（a ）【1.4】理想流体的特征是：（a ）黏度是常数；（b ）不可压缩；（c ）无黏性；（d ）符合RTp=ρ。
解：不考虑黏性的流体称为理想流体。
（c ）【1.5】当水的压强增加一个大气压时，水的密度增大约为：（a ）1/20 000；（b ）1/1 000；（c ）1/4 000；（d ）1/2 000。
解：当水的压强增加一个大气压时，其密度增大约95d 1d 0.51011020 000k p ρρ-==⨯⨯⨯=。
（a ）【1.6】 从力学的角度分析，一般流体和固体的区别在于流体：（a ）能承受拉力，平衡时不能承受切应力；（b ）不能承受拉力，平衡时能承受切应力；（c ）不能承受拉力，平衡时不能承受切应力；（d ）能承受拉力，平衡时也能承受切应力。
解：流体的特性是既不能承受拉力，同时具有很大的流动性，即平衡时不能承受切应力。
工程流体力学课后习题答案(第二版)
第一章 绪论1-1．20℃的水2.5m 3，当温度升至80℃时，其体积增加多少？ [解] 温度变化前后质量守恒，即2211V V ρρ= 又20℃时，水的密度31/23.998m kg =ρ 80℃时，水的密度32/83.971m kg =ρ 321125679.2m V V ==∴ρρ 则增加的体积为3120679.0m V V V =-=∆1-2．当空气温度从0℃增加至20℃时，运动粘度ν增加15%，重度γ减少10%，问此时动力粘度μ增加多少（百分数）？ [解] 原原ρννρμ)1.01()15.01(-+==原原原μρν035.1035.1==035.0035.1=-=-原原原原原μμμμμμ此时动力粘度μ增加了3.5%1-3．有一矩形断面的宽渠道，其水流速度分布为μρ/)5.0(002.02y hy g u -=，式中ρ、μ分别为水的密度和动力粘度，h 为水深。
试求m h 5.0=时渠底（y =0）处的切应力。
[解] μρ/)(002.0y h g dydu-=)(002.0y h g dydu-==∴ρμτ 当h =0.5m ，y =0时)05.0(807.91000002.0-⨯⨯=τPa 807.9=1-4．一底面积为45×50cm 2，高为1cm 的木块，质量为5kg ，沿涂有润滑油的斜面向下作等速运动，木块运动速度u=1m/s ，油层厚1cm ，斜坡角22.620 （见图示），求油的粘度。
[解] 木块重量沿斜坡分力F 与切力T 平衡时，等速下滑yu AT mg d d sin μθ== 001.0145.04.062.22sin 8.95sin ⨯⨯⨯⨯==δθμu A mg s Pa 1047.0⋅=μ1-5．已知液体中流速沿y 方向分布如图示三种情况，试根据牛顿内摩擦定律yud d μτ=，定性绘出切应力沿y 方向的分布图。
[解]1-6．为导线表面红绝缘，将导线从充满绝缘涂料的模具中拉过。
工程流体力学 绪论 华中科技大学 莫乃榕主编
第一章绪论1、什么叫流体？流体与固体的区别？流体是指可以流动的物质，包括气体和液体。
与固体相比，流体分子间引力较小，分子运动剧烈，分子排列松散，这就决定了流体不能保持一定的形状，具有较大流动性。
2、流体中气体和液体的主要区别有哪些？（1）气体有很大的压缩性，而液体的压缩性非常小；（2）容器内的气体将充满整个容器，而液体则有可能存在自由液面。
3、什么是连续介质假设？引入的意义是什么？流体充满着一个空间时是不留任何空隙的，即把流体看作是自由介质。
意义：不必研究大量分子的瞬间运动状态，而只要描述流体宏观状态物理量，如密度、质量等。
4、何谓流体的压缩性和膨胀性？如何度量？压缩性：温度不变的条件下，流体体积随压力变化而变化的性质。
用体积压缩系数βp表示，单位Pa-1。
膨胀性：压力不变的条件下，流体体积随温度变化而变化的性质。
用体积膨胀系数βt表示，单位K-1。
5、何谓流体的粘性，如何度量粘性大小，与温度关系？流体所具有的阻碍流体流动，即阻碍流体质点间相对运动的性质称为粘滞性，简称粘性。
用粘度µ来表示，单位N·S/m2或Pa·S。
液体粘度随温度的升高而减小，气体粘度随温度升高而增大。
6、作用在流体上的力怎样分类，如何表示？（1）质量力：采用单位流体质量所受到的质量力f表示；（2）表面力：常用单位面积上的表面力Pn表示，单位Pa。
7、什么情况下粘性应力为零？（1）静止流体（2）理想流体第二章流体静力学1、流体静压力有哪些特性？怎样证明？（1）静压力沿作用面内法线方向，即垂直指向作用面。
证明：○1流体静止时只有法向力没有切向力，静压力只能沿法线方向；○2流体不能承受拉力，只能承受压力；所以，静压力唯一可能的方向就是内法线方向。
（2）静止流体中任何一点上各个方向静压力大小相等，与作用方向无关。
证明：2、静力学基本方程式的意义和使用范围？静力学基本方程式:Z+gP=C 或 Z1+gP1=Z2+gP 2（1）几何意义：静止流体中测压管水头为常数物理意义：静止流体中总比能为常数（2）使用范围：重力作用下静止的均质流体 3、等压面及其特性如何？在充满平衡流体的空间里，静压力相等的各点组成的平面称为等压面。
工程流体力学教学作者闻建龙工程流体力学习题+答案
闻建龙主编的《工程流体力学》习题参考答案第一章 绪论1-1 物质就是按什么原则分为固体与液体两大类的？解:从物质受力与运动的特性将物质分成两大类:不能抵抗切向力,在切向力作用下可以无限的变形(流动),这类物质称为流体。
如空气、水等。
而在同等条件下,固体则产生有限的变形。
因此,可以说:流体不管就是液体还就是气体,在无论多么小的剪应力(切向)作用下都能发生连续不断的变形。
与此相反,固体的变形与作用的应力成比例,经一段时间变形后将达到平衡,而不会无限增加。
1-2 何谓连续介质假设？引入连续介质模型的目的就是什么？在解决流动问题时,应用连续介质模型的条件就是什么？解:1753年,欧拉首次采用连续介质作为流体宏观流动模型,即不考虑流体分子的存在,把真实的流体瞧成就是由无限多流体质点组成的稠密而无间隙的连续介质,甚至在流体与固体边壁距离接近零的极限情况也认为如此,这个假设叫流体连续介质假设或稠密性假设。
流体连续性假设就是流体力学中第一个根本性假设,将真实流体瞧成为连续介质,意味着流体的一切宏观物理量,如密度、压力、速度等,都可瞧成时间与空间位置的连续函数,使我们有可能用数学分析来讨论与解决流体力学问题。
在一些特定情况下,连续介质假设就是不成立的,例如:航天器在高空稀薄气体中飞行,超声速气流中激波前后,血液在微血管(1μm)内的流动。
1-3 底面积为25.1m 的薄板在液面上水平移动(图1-3),其移动速度为s m 16,液层厚度为mm 4,当液体分别为C 020的水与C 020时密度为3856m kg 的原油时,移动平板所需的力各为多大？题1-3图解:20℃ 水:s Pa ⋅⨯=-3101μ20℃,3/856m kg =ρ, 原油:s Pa ⋅⨯='-3102.7μ水:233/410416101m N u=⨯⨯=⋅=--δμτ N A F 65.14=⨯=⋅=τ油: 233/8.2810416102.7m N u =⨯⨯=⋅'=--δμτ N A F 2.435.18.28=⨯=⋅=τ1-4 在相距mm 40=δ的两平行平板间充满动力粘度s Pa ⋅=7.0μ液体(图1-4),液体中有一边长为mm a 60=的正方形薄板以s m u 15=的速度水平移动,由于粘性带动液体运动,假设沿垂直方向速度大小的分布规律就是直线。
工程流体力学(水力学)-第1章绪论
§1.4
流体的主要物理性质
y
F’
x
牛顿发现：
F U F A 1 F h
AU h y F T h
F
U x
o
并且F与流体的种类有关 即：
U F A h
式中，μ为流体的动力粘度，与流体的种类、温度、压强有关，在一定 的温度压强下为常数，单位Pa· S；
U/h为速度梯度，表示在速度的垂直方向上单位长度的速度增量，单位 S-1；
§1.4
2. 流体的压缩性 体积压缩率
流体的主要物理性质
流体在一定温度下，压强增高，体积缩小。
在一定温度下单位压强增量引起的体积变化率，单位Pa-1。
V V V p Vp
为了保证压缩率为正， 故加上负号“-”
式中，δp为压强增量，δV为体积的变化量。 可见，对于同样的压强增量，κ值大的流体体积变化率大，容易压 缩； κ值小的流体体积变化率小，不容易压缩。 体积弹性模量 为压缩率的倒数，单位为Pa。
都江堰
流体力学的发展
• 古代流体力学
– 16世纪以后，西方资本主义处于上升阶段，工农业生 产有了很大的发展，对于液体平衡和运动规律的认识 才随之有所提高 – 18至19世纪，沿着两条途径建立了液体运动的系统理 论
流体力学的发展
• 途径一 –一些数学家和力学家，以牛顿力学理论和数学分析为基本 方法，建立了理想液体运动的系统理论，称为“水动力学 ”或古典流体力学 – 代表人物有伯努利（D.I.Bernouli）、欧拉（L.Euler）等
0 C，1mm3 水含3.4×1019个分子 如此大量的分子， 容易取得它们共同 作用的有代表性的 统计平均值
气体含2.7×1016个分子
工程流体力学(杜广生主编)电子教案第一章绪论
将用于研究固体平衡的凝结原理转用到流体上。 伽利略（Galileo,1564-1642）
在流体静力学中应用了虚位移原理，并首先提出，运动物 体的阻力随着流体介celli,1608-1647）
论证了孔口出流的基本规律。
西汉武帝时期，为引洛水灌溉农田，在黄土高原上修建了龙首渠，创 造性地采用了井渠法，即用竖井沟通长十余里的穿山隧洞，有效地防止 了黄土的塌方。
水利风力机械
在古代，以水为动力的简单机械也有了长足的发展，例如用水轮提水， 或通过简单的机械传动去碾米、磨面等。东汉杜诗任南阳太守时（公元 37年）曾创造水排（水力鼓风机），利用水力，通过传动机械，使皮制 鼓风囊连续开合，将空气送入冶金炉，较西欧约早了一千一百年。
流体力学在中国
• 真州船闸 • 北宋（960-1126）时期，在运河上修建的真州船闸与十
四世纪末荷兰的同类船闸相比，约早三百多年。
• 潘季顺 明朝的水利家潘季顺（1521-1595）提出了“筑堤防溢，
建坝减水，以堤束水，以水攻沙”和“借清刷黄”的治黄 原则，并著有《两河管见》、《两河经略》和《河防一 揽》。
• 达朗伯（J.le R.d‘Alembert,1717－1783） 1744年提出了达朗伯疑题（又称达朗伯佯谬），即在理想 流体中运动的物体既没有升力也没有阻力。从反面说明了 理想流体假定的局限性。
• 拉格朗日（grange,1736 －1813） 提出了新的流体动力学微分方程， 使流体动力学的解析方法有了进一 步发展。严格地论证了速度势的存 在，并提出了流函数的概念，为应 用复变函数去解析流体定常的和非 定常的平面无旋运动开辟了道路。
流体力学的西方史
• 阿基米德（Archimedes，公元前287－212） • 欧美诸国历史上有记载的最早从事流体力学
工程流体力学第三版绪论
杨浦大桥
总之，没有流体力学的发展，现代 工业和高新技术的发展是不可能的。 流体力学在推动社会发展方面做 出过很大贡献，今后仍将在科学与技 术各个领域发挥更大的作用。
公元前3世纪，中国四川都江堰水利工程
公元前3世纪，中国四川都江堰水利工程
鱼嘴
宝瓶 口
飞沙 堰
公元前3世纪，阿基米德浮力定律
第一章
绪
流体力学的研究内容 流体力学的研究方法
第一章 绪 论
流 体 力 学 初 识
流体力学与物体的运动
流体力学与工程技术
流体力学发展简史
虽然生活在流体环境中，人们对一些 流体运动却缺乏认识，比如：
1. 高尔夫球 ：表面光滑还是粗糙？ 2. 汽车阻力： 来自前部还是后部？ 3. 机翼升力 ：来自下部还是上部？
达朗伯（J.le R.d‘Alembert,1717－1783）
1744年提出了达朗伯疑题（又称达朗伯佯谬）， 即在理想流体中运动的物体既没有升力也没有阻力。 从反面说明了理想流体假定的局限性。
拉格朗日（grange,1736－ 1813）
提出了新的流体动力学微 分方程，使流体动力学的解析 方法有了进一步发展。严格地 论证了速度势的存在，并提出 了流函数的概念，为应用复变 函数去解析流体定常的和非定 常的平面无旋运动开辟了道路。
目前在汽车外形设计中，流体力学性能研究已 占主导地位，合理的外形使汽车具有更好的动 力学性能和更低的耗油率。
机翼升力 人们的直观印象是空气从下面冲击着 鸟的翅膀，把鸟托在空中。
19世纪初流体力学环流理论彻底改变了人们的传 统观念。
脱体涡量与机翼环量大小相等方向相反
足球运动的香蕉球现象可以帮助理解环流理论：
• 阿基米德（Archimedes，公元前 287－212） • 欧美诸国历史上有记载的最早从事 流体力学现象研究的是古希腊学者 阿基米德在公元前250年发表学术 论文《论浮体》，第一个阐明了相 对密度的概念，发现了物体在流体 中所受浮力的基本原理──阿基米 德原理。
工程流体力学教学课件ppt作者工程流体力学习题答案
解：
,,=83.3
求：
，
2-11 绕轴转动的自动开启式水闸，当水位超过时，闸门自动开启。若闸门另一侧的水位，角，试求铰链的位置。
题2-21图
解： （取）
第三章 流体运动学基础
3-1 已知不可压缩流体平面流动的流速场为，，试求在时刻时点处流体质点的加速度。
解：
将代入得：，
3-2 用xx观点写出下列各情况下密度变化率的数学表达式：
基本比例尺之间的换算关系需满足相应的相似准则（如Fr，Re，Eu相似准则）。线性比例尺可任意选择，视经济条件、场地等条件而定。
4-2 何为决定性相似准数？如何选定决定性相似准数？
解：若决定流动的作用力是粘性力、重力、压力，则只要满足粘性力、重力相似准则，压力相似准则数自动满足。
所以，根据受力情况，分别确定这一相似相似流动的相似准则数。
1）假定截面1、2和3上的速度是均匀分布的，在三个截面处圆管的直径分别为、、，求三个截面上的速度。2）当，，，时计算速度值。3）若截面1处的流量，但密度按以下规律变化，即，，求三个截面上的速度值。
题3-4图
解：1） ，，
2） ，，
3） ，
即
即
3-5 二维、定常不可压缩流动，方向的速度分量为，求方向的速度分量，设时，。
1-3 底面积为的薄板在液面上水平移动（图1-3），其移动速度为，液层厚度为，当液体分别为的水和时密度为的原油时，移动平板所需的力各为多大？
题1-3图
解： 水：
，， 原油：
水：
油：
1-4 在相距的两平行平板间充满动力粘度液体（图1-4），液体中有一边长为的正方形薄板以的速度水平移动，由于粘性带动液体运动，假设沿垂直方向速度大小的分布规律是直线。
工程流体力学
工程流体力学（水力学）第一章 绪论学习重点：流体的粘性及牛顿内摩擦定律。
尤其是牛顿内摩擦定律应熟练掌握。
了解工程的发展及在工程中的应用。
§1—1 工程流体力学简介1． 工程流体力学——是利用实验和理论分析的方法研究流体的平衡和运动规律及其在工程中的应用的一门学科。
2． 自然界中物质的存在形式有：（1）固体 ← 相应的研究学科有材料力学、弹性力学 等。
（2）液体（3）气体← 统称流体 。
相应的研究学科即流体力学。
3．流体与固体的比较：（1）从微观上说，流体分子之间的距离相对较大，分子运动丰富（振动、转动、移动）。
（2）从宏观上说，流体没有固定的形状，易流动、变形，静止的流体不能承受剪力及拉力。
4．发展史（随着生产的发展，继固体力学之后发展起来的一门学科）：论浮体 （建立在实验、直观基础上）古典水力学（纯理论分析、理论模型） 计算流体力学5．意义：流体力学已经发展成一门涉及多专业的基础性学科。
工程流体力学在工程中的应用也越来越广泛。
例如：给排水、农田灌溉、道路、桥涵、港口设计等等。
§1—2 连续介质假设 流体的主要物理性质 一． 连续介质假设1． 流体的组成：由大量不断运动的分子组成，分子之间有间隙，不连续。
2． 假设：假设将流体看作是由无数质点组成的连续的介质。
因为我们研究的是流体的宏观机械运动而不是微观运动，这样的假设可以满足工程需要。
3． 连续介质：假定流体在充满一个体积空间时，不留任何空隙，整个空间均被流体质点所占据。
4． 质点——宏观体积足够小（可以忽略线性尺寸），但又包含大量分子的集合体。
5． 注：流体的分子运动是客观存在的，在一般的工程计算中可以把流体看成连续的介质，但在特殊情况下还是应加以考虑的。
二． 流体的主要物理性质1．易流动性——是指流体在静止时不能承受切力及不能抵抗剪切变形的性质。
一般的，固体可承受一定的拉力、压力及剪力；而静止的流体只能承受一定的压力。
工程流体力学 第1章 绪论
∂u y
1 ∂p + ux + uy + uz + ν∇ 2 u y =Y − ∂t ∂x ∂y ρ ∂y ∂z
∂u y
∂u y
∂u y
du ∂u 1 = + ( u ⋅ ∇ ) u = f − ∇p + ν∇ 2 u dt ∂t ρ
中国海洋大学 高等流体力学 王树青
三、流体力学的发展概括
流和紊流。
9 秦朝在公元前256—公元前210年修建了我国
历史上的三大水利工程（都江堰、郑国渠、灵 渠）——明渠水流、堰流。
中国海洋大学
高等流体力学
王树青
三、流体力学的发展概括
9 古代的计时工具“铜壶滴漏”——孔口出流。
中国海洋大学
高等流体力学
王树青
三、流体力学的发展概括
9 隋朝（公元587—610年）完成的南北大运河。
b. 温度：主要影响因素。当温度升高时，液体的粘度 温度：
减小，气体的粘度增大。
c. 压强：对常见流体，如水、气体等，影响不大，一 压强：
中国海洋大学
般可忽略不计。
高等流体力学
王树青
二、流体的粘性 二、
流体分类
du τ =µ dy
（a）无粘性流体（理想流体）与粘性流体 （b）粘性流体分为牛顿流体与非牛顿流体
9 1904年普朗特提出了边界层理论。
中国海洋大学
高等流体力学
王树青
不同雷诺数条件下绕圆柱的流动图谱
中国海洋大学
高等流体力学
王树青
三、流体力学的发展概括
在我国，水利事业的历史十分悠久:
9 4000多年前的 “大禹治水”的故事——顺水之
性，治水须引导和疏通。
杜编《工程流体力学》总结
杜编《工程流体力学》总结第一章绪论一、 流体的定义：通常说能够流动的物质为流体；如果按照力学的术语进行定义，则在 任何微小剪切力的作用下都能够发生连续变形的物质称为流体。
液体、气体统称为流体。
二、 特征在给定的剪切力作用下，固体只产生一定量的变形，而流体将产生连续的变形，即流 体具有流动的特征；当剪切力停止作用时，在弹性极限内固体可以恢复原来的形状，而流体 只是停止变形，而不能恢复到原来的位置；在静止状态下，固体能够同时承受法向应力和切 向应力，而流体仅能够承受法向应力，只有在运动状态下才能够同时承受法向应力和切向应 力；固体有一定的形状，而流体则取其容器的形状。
三、 连续性假设把流体视为由无数连续分布的流体微团组成的连续介质，这就是流体的“连续介质模 型”。
四、密度密度是流体的重要物理属性之一，它表征流体的质量在空间的密集程度。
对于非均质流 体，若围绕空间某点的体积为印，其中流体的质量为5m ，则它们的比值5m /印为印内 流体的平均密度。
令5V 30取该值的极限，便可得到该点处流体的密度，即式中m 为流体的质量（kg ）, V 为流体的体积（m 3），p 表示流体单位体积内具有的质量 （kg/m 3）。
式中数学上的5V 30，在这里应从物理上理解为，体积缩小为上节所定义的流 体微团。
以后遇到类似情况，都应该这样去理解。
对于均质流体，其密度为m P = 一V五、可压缩流体和不可压缩流体流体的膨胀性：流体的膨胀性系数用a 活示，它是在一定压强下单位温升引起的体积 变化率，即dV a =V VdT式中dT 为温度增量，dV :V 为d T 引起的体积变化率。
流体的压缩性：用流体的压缩系数k 表示，它是在一定温度下单位压强增量引起的体 积变化率，即5V V5VK ——5p V 5p式中5p 为压强增量，5V/V 为。
p 引起的体积变化率。
由于压强增高，体积缩小，0 p 和6 V 异号，为了保证压缩系数为正，故在等式的右侧冠以负号。
(流体力学)第1～5章思考题解答
(流体力学)第1～5章思考题解答《工程流体力学》思考题解答第1章绪论1.1 答：流体与固体相比，流体的抗剪切性能很差，静止的流体几乎不能承受任何微小的剪切力；在一般情况下，流体的抗压缩性能也不如固体的抗压缩性能强。
液体与气体相比，液体的压缩性与膨胀性均很小，能够承受较大的外界压力，而气体由于压缩性和膨胀性都很大，所以气体不能承受较大的外界压力。
气体受压时，变形通常会非常明显。
1.2——1.7答：④①④①④④1.8正确。
1.9错误。
第2章流体静力学基础思考题2.1答：C2.2答：D2.3答：不能认为压强是矢量，因为压强本身只是流体内部位置坐标点的函数，与从原点指向该点的方向转角没有关系。
2.4答：测管1和测管2液面与容器中液面0-0不平齐。
测管1液面比测管2液面要高，因为液体1的密度比液体2的密度要小。
2.5答：两个底面上所受的静水总压力相同，而两个秤盘上所称得的重量不相同。
这是因为两个容器内所盛液体的质量不相同，而秤盘上得到的重量取决于容器内液体的质量。
（或两图的压力体不同。
）2.6答：该浮力不会使圆柱绕轴O转动。
根据静水压强的垂直性可以知道，圆柱体上每一个点所受到的压强都垂直与该点并指向圆柱体的轴心，所以，不会对圆柱体产生任何转动的力矩作用。
2.7答：修改后图：油水ABCDEA BBC C相等第3章流体动力学基础3.1 答：Lagrange方法以个别流体质点的运动作为观察对象，综合每个质点的运动来获得整个流体的运动规律，其函数表达式为个别质点运动的轨迹方程。
Euler 方法以流体运动所经过的空间点作为观察对象，观察同一时刻各固定空间点上流体质点的运动，综合不同时刻所有空间点的情况，构成整个流体运动。
3.2 答：流线是表示某一瞬时流动方向的曲线，该曲线上所有各点的流速矢量均与曲线相切。
流线的性质：a. 恒定流时，流线的形状和位置不随时间而改变；b. 恒定流时流体质点运动的迹线与流线重合；c. 除特殊点外，流线不能相交；d. 除特殊点外，流线是不发生转折的光滑曲线（或直线）。
工程流体力学第三版课件
日本名古屋矢田川桥抗风性能数值模拟
压强分布 速度分布
13
涡轮机叶片流线和总压分布数值模拟。 （日本：国家空间实验室）
14
第二章 流体及其物理性质
第一节 流体的定义及特征
第二节 流体作为连续介质假设
主
第三节 作用在流体上的力
要
内
第四节 流体的密度
容
第五节 流体的压缩性和膨胀性
第六节 流体的粘性
17
第二节 连续介质假设
一、连续介质假设的提出
微观：流体是由大量做无规则运动的分子组成的，分 子之间存在空隙，但在标准状况下，1cm3液体中含有 3.3×1022个左右的分子，相邻分子间的距离约为 3.1×10-8cm。1cm3气体中含有2.7×1019个左右的 分子，相邻分子间的距离约为3.2×10-7cm
宏观：考虑宏观特性，在流动空间和时间上所采用的一 切特征尺度和特征时间都比分子距离和分子碰撞时间大 的多。
18
连续介质假设：把流体视为没有间隙地充满它所占据的整 个空间的一种连续介质，且其所有的物理量都是空间坐标 和时间的连续函数的一种假设模型：u =u(t,x,y,z)。
流体质点：也称流体微团，是指尺度大小同一切流动空 间相比微不足道又含有大量分子，具有一定质量的流体 微元。
观看动画
19
2.连续介质假设的意义
排除了分子运动的复杂性。 表征流体性质和运动特性的物理量和力学
量为时间和空间的连续函数，可用数学中连续 函数这一有力手段来分析和解决流体力学问题。
练习题
20
第三节 作用在流体上的力
一、表面力： 外界通过接触传递的力，用应力来表示。
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lim Fn A0 A
工程流体力学孔珑第四版ppt课件
《工程流体力学》——第一章 绪论——课程的工程地位 石油化工
专业基础课
11
2021/4/11
《工程流体力学》——第一章 绪论——课程的工程地位 机械冶金
专业基础课
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2021/4/11
《工程流体力学》——第一章 绪论——课程的工程地位 环境
专业基础课
13
2021/4/11
《工程流体力学》——第一章 绪论——课程的工程地位 气象
1883年用实验验证了粘性流体 的两种流动状态——层流和紊流的 客观存在，找到了实验研究粘性流 体运动规律的相似准则——雷诺数， 以及判别层流和紊流的临界雷诺数。
专业基础课
32
2021/4/11
《工程流体力学》——第一章 绪论——流体力学发展简史
专业基础课
L. Prandtl (1875-1953)
一、流体的定义、特征
1、定义：能够流动的物质为流体；力学定义，则在任何微小 切力的作用下都能发生连续变形的物质称为流体。
2、特征： 流动性、压缩、膨胀性、粘性
物态
固体 液体 气体
专业基础课
分子间的作用力、分子间距离的影响下
固定 固定 自由 明显压 抵抗微 体积 形状 液面 缩 小剪力
有有 否
否
能
有无 有
w —4o C时 水 的 密 度 。 2021/4/11
《工程流体力学》——第二章 流体及物理性质
四、流体的密度
混合物的密度：
11 22 ii nn 其中，i — 第i种物质的密度；i — 第i种物质的体积百分比；
或者，混合物的密度：
1
2
1
i
n
1 2
i
n
其 中 ，i — 第i种 物 质 的 密 度 ；i — 第i种 物 质 的质 量百 分 比 ；
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工程力学 流体力学
结构力学 流体力学
绪 论
一、工程流体力学的研究对象
流体力学是研究流体的平衡和运动的规律、流体与固体相互作用 的力学规律、以及这些规律在实际工程中的应用的一门科学。
第一章 流体及其物理性质 流体平衡和运动的内因 流 体 平 衡 规 律
1847年~1921年：茹可夫斯基（Joukowski）是实验和理论空气 动力学的创始人，提出了著名的环量升力定理。 1868年~1945年：兰彻斯特（Lanchester）研究了升力原因的 环量概念。 绪 论
1875年~1953年：普朗特（Prandtl）在1904年提出 边界层理论，从而使粘性流体和无粘性流体的概念 协调起来。 1881年~1963年：冯·卡门（Von Karman），超声 速时代之父，师从普朗特教授。提出卡门涡街理 论、边界层控制理论以及超声速相似律等。是我国 著名学者钱学森教授的导师。
第三阶段 20世纪初至中叶，流体力学理论、实验全面展开，航空航天迅速 发展，湍流理论、稳定性理论逐渐完善。
绪 论
Hale Waihona Puke 周培源（ 1902 ~ 1993)：1902年8月28日出生，
江苏宜兴人。理论学家、流体力学家主要从事
物理学的基础理论中难度最大的两个方面即爱因 斯坦广义相对论引力论和流体力学中的湍流理论
建于公元前256年，是战国时 期秦国蜀郡太守李冰及其子率 众修建的一座大型水利工程。 都江堰不仅是中国古代水利工 程技术的伟大奇迹，也是世界 水利工程的璀璨明珠。最伟大 之处是建堰2260多年来经久 不衰，而且发挥着愈来愈大的 效益。工程主要有鱼嘴分水堤、 飞沙堰溢洪道、宝瓶口进水口 三大部分，科学地解决了江水 自动分流、自动排沙、控制进 水流量等问题，消除了水患， 使川西平原成为“水旱从人” 的“天府之国”。 都江堰工程
理论流体力学
侧重于用数学 分析方法进行 理论探讨
水力学
侧重于用物理分 析和实验方法进 行实用计算
工程流体力学
从实用角度，对工程中涉 及的问题建立相应的理论 基础，并进行计算 绪 论
二、流体力学的发展简况
第一阶段：经验阶段 17世纪前，主要是人们在与大自然斗争中的经验总结。例如，四 川都江堰工程，隋代大运河，汉代张衡发明的水力浑天仪，古代 铜壶滴漏计时等。
的研究与教学并取得出色成果。
第四阶段
多学科互相渗透：工业流体力学、实验流体力学、地球流体
力学、非牛顿流体力学、生物流体力学、多相流体力学、物理— 化学流体力学、渗流力学等，都已形成相对独立的学科。
绪 论
三、流体力学在石油工业中的地位和作用
钻井工程：洗井液、钻头水力学、泵、射流及喷射钻井、钻井浮 船及平台设计等
绪 论
第二阶段：理论阶段
17世纪～19世纪一些水力原理论著出现，标志着流 体力学的发展进入了理论阶段。
1643年：托里拆利提出孔口泄流定理。 1650年：巴斯加提出压强传递定律。（§2）
1686年：牛顿（Newton）提出液流内摩擦定理。 （§1） 1700年~1783年：伯努利（Daniel Bernoulli）提 出无粘流动流速和压强的关系式，即Bernoulli 能量方程。 （§3） 绪 论
课 程 结 构
（ 石 油 资 源 系 ）
第二章 流 体 静 力 学
第三章 流体运动学与动力学 流体运动规律及流固作用 第四章 流动阻力和水头损失 工程应用-压力管路水力计算
第五章 压力管路的水头计算
绪 论
流体的基本分类： 按流体的压缩性可分为：可压缩流体和不可压缩流体 按流体的变形特点可分为：牛顿流体和非牛顿流体 从学科上看，属于这一范畴的有理论流体力学、水力学、工程流 体力学。
1820年~1872年：兰金（Rankine）发展了源汇理论。 1821年~1894年：亥姆霍兹（Helmholtz）提出速度势，建立了 旋涡运动和间断运动理论。 1824年~1887年：客希霍夫继续研究间断运动及阻力。 1842年~1912年：雷诺（O.Reynolds）通过小直 径圆管中的粘性流体流动试验提出层、紊流流 态理论。 （§4）
一、工程流体力学的研究对象
流体力学与其他力学课程的研究对象、内容、范围比较
分类 一般力学 课程 理论力学 材料力学 固体力学 研究对象 刚体 弹性杆件 研究内容和范围 刚体的静、动力学 杆件在拉、压、剪、弯、扭状态 下的应力、位移分析
弹性力学
塑性力学
弹性体
塑性体 杆系结构 流体
复杂构件结构的应力、位移分析
绪 论
ms思考：高尔夫球表面光滑还是粗糙？
起初，人们认为表面光滑的球飞行阻力小。后来发现表面有很多 划痕的旧球反而飞得更远。这个谜直到20世纪建立流体力学边界 层理论后才解开。
绪 论
ms思考：高尔夫球表面光滑还是粗糙？
球在运动过程中，将有气流边界层形成并自分离点发生分离。经 分析得出：表面有凹坑的小球的分离点滞后，这在很大程度上减 小了小球阻力。现在的高尔夫球表面有许多窝，在同样大小和重 量下，飞行距离为光滑球的5倍。 绪 论
1717年~1783年：达朗贝尔（d’Alembert）提出流体 连续性方程。在《动力学》一书中提出了达朗贝尔 原理，把动力学问题转化为静力学问题处理。 （§2） 1707年~1783年：欧拉（Euler）建立了理想不可 压缩流体运动的微分方程（欧拉方程）。（§3） 1785年~1863年：纳维尔（Navier）将欧拉流体运动 方程加以推广，加入粘性项，导出了粘性流体运动 方程。 （§4） 1819年~1903年：斯托克斯（Stokes）从不同的出 发点也导出了粘性流体运动方程。 （§4） 绪 论
思考：船舶航行中的船吸现象的原理是什么？
绪 论
采油工程：油气渗透、抽油机、注水驱油、振荡解堵、原油集输， 油-水-气分离、清洗炮眼等
绪 论
储运工程：管道及泵功率的设计、船舶运输等
绪 论
炼油工程：设备流程设计、设备清洗
绪 论
三流体力学在其他领域中的应用
医疗（高压水射流手术刀、人工心脏）、食品加工、飞机制造、 跑道清洗、除尘、水利工程等