(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：C 2.2 答：D

2.3 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：

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。

A

B

C 相等

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）。

迹线是表示某一流体质点在运动过程中，不同时刻所流经的空间点的连线，即流

体质点运动的轨迹线。 3.3 答：② 3.4 答：（1）是恒定流，其中I 、III 是均匀流，II 是非均匀流。 （2）非恒定流。

（3）有关系。如果II 段较长，则为渐变流；较短则为急变流。

3.5 答：与过流断面上流速分布是否均匀没有关系，存在非恒定均匀流和恒定急变流。 3.6 答：③ 3.7 答：③

3.8 答：断面平均流速：断面各个点流速的平均值。采用一元流动分析法时必须引入此概

念。 3.9 答：

133

233

3>∆+=

=

⎰⎰A u dA

u u A u A

u dA u A

A

α

122

222>∆+=

=

⎰⎰A

u dA

u u A u A

u dA

u A

A

β

在同一过流断面上，βα>。 3.10 答：④

3.11 答：（1）B A p p >，从能量方程分析，B wA B

B B B A A A A h g

v g p z g v g p z -+++=++222

2αραρ，而B A z z =，B A d d >，则B A v v <，且0>-B wA h ，所以B A p p >

（2）D C p p >，从能量方程分析，

D wC D

D D D D D D D h g

v g p z g v g p z -+++=++2222αραρ，而D C v v =，D C z z <，且0>-D wC h ，所以D C p p >。 （3）不一定。同样由能量方程分析，

F wE F

F F F E E E E h g

v g p z g v g p z -+++=++222

2αραρ，式中F E v v =，F E z z >，且0>-F wE h ，

F wE E F F

E h z z g

p p -+-=-ρ，所以E p 不一定小于F p 。

3.12 答：读数不会改变。

因为p h g p z g p z ∆≡⎪⎪⎭

⎫

⎝⎛+-⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+6.122211ρρ

3.13 答：将阀门开大时，A 点处的流速加大，压强减小，出现负压，此时玻璃管中的水会

提升一个高度，当阀门开大到一定程度时，提升的水柱高度会到达A 点，则玻璃管中的水向上流动。

3.14 答：如果Q 相等，则v 一定相等。

计算压强时，用公式：w h g

v z H g p ---=22

αρ，由于各点的位置高度和水头损

失不同，所以压强不相同。

3.15 答：③

3.16 答：

9

1 3.17 答：下降；上升、水平或下降。 3.18 答：⑴ c 受力最大，a 受力最小。 ⑵ 当v u -=时叶片受力最大。

第4章 流动阻力和水头损失

4.1 答：雷诺数的力学意义是表征流体质点所受的惯性力和粘滞力作用之比。如果流动平

稳，没有任何扰动，涡体不易形成，则雷诺数虽然达到一定的数值，也不可能产生紊流，所以自层流转变为紊流时，上临界雷诺数极不稳定。反之，自紊流转变为层流时，只要雷诺数降低到一定数值，惯性力将不足以克服粘滞力，即使涡体存在，也不能掺入临层，所以不管有无扰动，下临界雷诺数都是比较稳定的。这正是雷诺数能够成为判断流态类型的重要参数原由。

4.2 答：决定流态三个参量：流速、管道面积、液体粘性，所以不能单独用临界流速作为

判断层流、紊流的依据。

4.3 答：空气更容易成为紊流，因为空气的粘性比水小很多，雷诺数要大很多。 4.4 答：推导该方程是从力的平衡推导的，与层流、紊流没有关系。

4.5 答：紊流的主要特征：运动要素表现为脉动、存在粘性底层、产生附加切应力、断面

流速分布均匀化。紊流的恒定流是时均的恒定流，严格上讲脉动与恒定两者确实存在矛盾，但经过时均化处理后，可以满足流体力学的计算精度要求。

4.6 答：紊流阻力除了层流阻力之外，还会产生附加切应力。产生附加切应力主要是因为

涡体产生的脉动而引起的升力。 4.7 答：没有。

4.8 答：实验研究揭示，在靠近边壁的流层内，由于边壁约束流体质点基本不能垂直于边

壁方向运动，而且流速梯度较大，粘滞切应力起主导作用，该薄层称为粘性底层（或层流底层）。

根据粗糙度的大小和粘性底层厚度的比较，可以将流道壁面分成三种类型：

（1）水力光滑面。当雷诺数Re 较小或绝对粗糙度∆较小时，粘性底层厚度0δ可以大于粗糙度∆若干倍，粘性底层能够完全掩盖住粗糙突体，流体在平直的粘性底层上滑动，