工程流体力学综合复习资料

《工程流体力学》综合复习资料
一、 单项选择
1、实际流体的最基本特征是流体具有 。

A 、粘滞性
B 、流动性
C 、可压缩性
D 、延展性
2、 理想流体是一种 的流体。

A 、不考虑重量
B 、 静止不运动
C 、运动时没有摩擦力
3、作用在流体的力有两大类，一类是质量力，另一类是 。

A 、表面力
B 、万有引力
C 、分子引力
D 、粘性力
4、静力学基本方程的表达式 。

A 、常数=p
B 、 常数=+γ
p z C 、 常数=++g 2u γp z 2 5、若流体某点静压强为at p 7.0=绝，则其 。

A 、 at p 3.0=表
B 、Pa p 4108.93.0⨯⨯-=表
C 、O mH p 27=水真
γ D 、mmHg p 7603.0⨯=汞真γ
6、液体总是从 大处向这个量小处流动。

A 、位置水头
B 、压力
C 、机械能
D 、动能
7、高为h 的敞口容器装满水，作用在侧面单位宽度平壁面上的
静水总压力为 。

A 、2h γ
B 、22
1h γ C 、22h γ D 、h γ 8、理想不可压缩流体在水平圆管中流动，在过流断面1和2截面()21d d >上
流动参数关系为 。

A 、2121,p p V V >>
B 、2121,p p V V <<
C 、2121,p p V V <>
D 、2121,p p V V ><
A 、2121,p p V V >>
B 、2121,p p V V <<
C 、2121,p p V V <>
D 、2121,p p V V ><
9、并联管路的并联段的总水头损失等于 。

A 、各管的水头损失之和
B 、较长管的水头损失
C 、各管的水头损失
10、在相同条件下管嘴出流流量 于孔口出流流量，是因为 。

A 、小，增加了沿程阻力
B 、大，相当于增加了作用水头
C 、等，增加的作用水头和沿程阻力相互抵消
D 、大，没有收缩现象，增加了出流面积
二、填空题
1、空间连续性微分方程表达式 。

2、静止液体作用在曲面上的总压力计算公式（水平分力） 和（垂直分力） 。

3、动能修正系数的物理意义是： 。

4、长管是指 。

5、欧拉数表达式为 ，其物理意义是 。

6、某输水安装的文丘利管流量计，当其汞-水压差计上读数cm h 4=∆，通过的流量为s L /2，分
析当汞水压差计读数cm h 9=∆，通过流量为 L/s 。

7、运动粘度与动力粘度的关系是 ，其国际单位是 。

8、因次分析的基本原理是： 具体计算方法分为两种 。

9、断面平均流速V 与实际流速u 的区别是 。

10、实际流体总流的伯诺利方程表达式为 ，
其适用条件是 。

11、泵的扬程H 是指 。

12、稳定流的动量方程表达式为 。

13、计算水头损失的公式为 与 。

14、牛顿摩擦定律的表达式 ，其适用围是 。

15、压力中心是指 。

三、简答题
1、静压强的两个特性。

2、节流式流量计的工作原理。

3、如何区分水力光滑管和水力粗糙管，两者是否固定不变？
4、温度对流体粘度的影响。

5、牛顿摩擦定律的容。

6、等压面的定义及其特性。

7、静止流体作用在曲面上的总压力计算公式。

8、写出实际总流的伯努利方程并说明适用条件和各项意义。

9、分析流动阻力产生的原因。

10、稳定流动与不稳定流动的定义。

11、串联管路的水力特性。

12、水力半径的定义式。

13、连续介质假设的容。

14、因次分析方法的基本原理。

15、欧拉数的定义式及物理意义。

16、压力管路的定义。

17、长管计算的第一类问题。

18、作用水头的定义。

19、喷射泵的工作原理。

20、动量方程的标量形式。

四、计算题
1、 如图一输水系统，已知m d d 2.021==，吸入段长度m l 15=，水的运动粘度
s m /108.126-⨯=ν，水池液面表压强Pa p 98000=，过滤器两端接汞-水压差计，m h 05.0=∆，设流动状态在水力光滑区，s m Q /03.03=。

求：（1）吸入段水头损失？
吸=w h
（2）设泵出口泵压Pa p 62108.0⨯=，求泵的有效功率。

注：1----带保险活门53.01=ξ 2------弯头40.02=ξ
3-----过滤器 4-----闸门32.04=ξ
2、有泵管路如图所示，流量hour m Q /2403=，泵的吸入管长m L 151=，沿程阻力系数03.01=λ，
总局部阻力系数为61=∑ξ；压力管长m L 602=，03.01=λ，102=∑ξ，管径为m 25.0。

求：（1）已知泵入口处真空表读数O mH 26.6，求吸入高度1h 。

（2）两个液面高差m h 242=，求泵的扬程H 。

3、直径257mm 的长输管线，总长km 50，起点高程m 45，终点高程m 84，输送相对密度（比重）
88.0=δ的原油，运动粘度s m /10276.024-⨯=ν，设计输量为h t Q /200=，求总压降。

（按长
管计算）
五、推导题
1. 试推导流体欧拉平衡微分方程式。

2. 试推导理想流体欧拉运动微分方程式。

3、气体中声速C 依赖于密度ρ、压强p 、粘度μ。

试用因次分析法导出声速C 的一般表达式。

4、试应用伯诺利方程与水头损失公式推导孔口的定水头自由泄流的流量计算公式。

参考答案
一、单项选择题
1、实际流体的最基本特征是流体具有 A 。

A 、粘滞性
B 、流动性
C 、可压缩性
D 、延展性
2、 理想流体是一种 C 的流体。

A 、不考虑重量
B 、 静止不运动
C 、运动时没有摩擦力
3、作用在流体的力有两大类，一类是质量力，另一类是 A 。

A 、表面力
B 、万有引力
C 、分子引力
D 、粘性力
4、静力学基本方程的表达式 B 。

A 、常数=p
B 、 常数=+γp z
C 、 常数=++g 2u γp z 2
5、若流体某点静压强为
at p 7.0=绝，则其 B 。

A 、 at p 3.0=表 B 、Pa p 4108.93.0⨯⨯-=表 C 、O mH p 27=水真γ D 、mmHg p 7603.0⨯=汞真γ
6、液体总是从 C 大处向这个量小处流动。

A 、位置水头
B 、压力
C 、机械能
D 、动能
7、高为h 的敞口容器装满水，作用在侧面单位宽度平壁面上的
静水总压力为 B 。

A 、2h γ
B 、221h γ
C 、22h γ
D 、h γ
8、理想不可压缩流体在水平圆管中流动，在过流断面1和2截面()21d d >上
流动参数关系为 D 。

A 、1212,v v p p >>
B 、1212,v v p p <<
C 、1212,v v p p ><
D 、1212,v v p p <>
9、并联管路的并联段的总水头损失等于 C 。

A 、各管的水头损失之和
B 、较长管的水头损失
C 、各管的水头损失
10、在相同条件下管嘴出流流量 B 于孔口出流流量，是因为 。

A 、小，增加了沿程阻力
B 、大，相当于增加了作用水头
C 、等，增加的作用水头和沿程阻力相互抵消
D 、大，没有收缩现象，增加了出流面积
二、填空题
1、空间连续性微分方程表达式 ()()()0y x z u u u t x y z
ρρρρ∂∂∂∂+++=∂∂∂∂ 。

2、静止液体作用在曲面上的总压力计算公式（水平分力） x c x F h A γ= 和（垂直分力）
__p z F V γ= 。

3、动能修正系数的物理意义是： 总流有效断面的实际动能与按照平均流速算出的假想动能的比
值 。

4、长管是指 和沿程水头损失相比，流速水头和局部水头损失可以忽略的流动管路 。

5、欧拉数表达式为 2
Eu p v ρ= ，其物理意义是 压力与惯性力的比值 。

6、某输水安装的文丘利管流量计，当其汞-水压差计上读数cm h 4=∆，通过的流量为s L /2，分
析当汞水压差计读数cm h 9=∆，通过流量为 3 L/s 。

7
νμρ= ，其国际单位是 ㎡/S 。

8、
9、断面平均流速v 与实际流速u
10、实际流体总流的伯诺利方程表达式为 2
2
2
21
112
1222w v P v P Z Z h g g ααγγ++=+++ ，
11、泵的扬程H 是指 单位重量流体通过泵后所获得的机械能（水头） 。

12、稳定流的动量方程表达式为 ()21F Q v v ρ=-∑ 。

13、计算水头损失的公式为 22f L v h d g λ= 与 2
2j v h g
ζ= 。

14、牛顿摩擦定律的表达式 d d u y τμ=± ，其适用围是
15三、简答题
1、静压强的两个特性。

静压强方向永远沿着作用面法线方向。

静止流体中任何一点上各个方向的静压强大小
相等，与作用面方位无关。

2、节流式流量计的工作原理。

节流式流量计是由节流装置（孔板、喷嘴、文氏管）、引压导管和差压计三部分所组成，
流体通过孔板或其他节流装置时，流通面积缩小，流速增加，依据伯努利方程，压强
减小，依据节流装置两侧的压差，可以测出流速，并可折算为流量
3、如何区分水力光滑管和水力粗糙管，两者是否固定不变？
4、温度对流体粘度的影响。

温度对于流体粘度的影响比较显著，温度升高是液体的粘度会升高，而气体的粘度会
随着温度的升高而增加，这是由于液体的分子间距离较小，相互吸引力其主要作用，
当温度升高时，间距增大，吸引力减小。

气体分子间距离较大，吸引力影响较小，根
据分子运动理论，分子的动量交换因温度升高而加剧，因而切应力也随之增加。

5、牛顿摩擦定律的容。

取无限薄的流体层进行研究，坐标为y 处的流速为u ，坐标为y+dy 处的流速为u+du ，
显然在厚度为dy 的薄层中速度梯度为du/dy 。

液层间的摩擦力T 的大小与液体性质有
关，并与速度梯度du/dy 以及接触面积A 成正比，而与接触面上的压力无关，即
du
T=A dy μ±，符合这样摩擦定律的流体叫牛顿流体，这种定律就叫做牛顿摩擦定律。

6、等压面的定义及其特性。

等压面是指静止流体当中压力相等的点组成的面。

（1）等压面与质量力相正交，（2）等压面不能相交，（3）两种互不相溶的流体的交界
面是等压面，（4）水平面为等压面的三个条件——同种、连续、静止流体
7、静止流体作用在曲面上的总压力计算公式。

8、写出实际总流的伯努利方程并说明适用条件和各项意义。

9、分析流动阻力产生的原因。

流动阻力产生的根本原因时流体质点摩擦所表现的粘性和流体质点碰撞所表现的惯性
10、稳定流动与不稳定流动的定义。

流体在管道中流动时，在任一点上的流速、压力有关物理参数都不随时间而改变，
这种流动称为稳定流动；若流动的流体中，任一点上的物理参数，有部分或全部随时
间而改变，这种流动称为不稳定流动
11、串联管路的水力特性。

串联管路无中途分流和合流时，流量相等，阻力叠加。

串联管路总水头损失等于串联
各管段的水头损失之和，后一管段的流量等于前一管段流量减去前管段末端泄出的流
量。

12、水力半径的定义式。

A
R χ=流体在管道中流动时断面面积与湿周长度的比值
13、连续介质假设的容。

即认为真实的流体和固体可以近似看作连续的，充满全空间的介质组成，物质的宏观性质依然
受牛顿力学的支配。

这一假设忽略物质的具体微观结构 ，而用一组偏微分方程来表达宏观物理
量（如质量，数度，压力等）。

这些方程包括描述介质性质的方程和基本的物理定律，如质量守恒
定律，动量守恒定律等。

14、因次分析方法的基本原理。

很多物理量都是有因次的，若干物理量总能以适当的幂次组合构成无因次的数群；任何物理方
程总是齐因次的 。

15、欧拉数的定义式及物理意义。

16、压力管路的定义。

凡是液流充满全管在一定压差下流动的管路都称为压力管路。

17、长管计算的第一类问题。

已知管径，管长和地形，当一定流量的某种液体通过时，确定管路中的压力降，或确定起点所
需的压头，或计算水力坡降。

18、作用水头的定义。

任意断面处单位重量水的能量，等于比能除以比重。

含位置水头、压力水头和速度水头。

单位为m
19、喷射泵的工作原理。

利用较高能量的液体，通过喷嘴产生高速液体后形成负压来吸取液体的装置称喷射泵。

喷射泵的工
作原理是利用较高能量的液体，通过喷嘴产生高速度，裹挟周围的流体一起向扩散管运动，使接受
室中产生负压，将被输送液体吸入接受室，与高速流体一起在扩散管中升压后向外流出。

20、动量方程的标量形式。

()()()212121x x x y y y z z z F Q v v F Q v v F Q v v ρρρ=-=-=-∑∑∑
四、计算题
1. 如图一输水系统，已知m d d
2.021==，吸入段长度m l 15=，水的运动粘度
s m /108.126-⨯=ν，水池液面表压强Pa p 98000=，过滤器两端接汞-水压差计，
m h 05.0=∆，设流动状态在水力光滑区，s m Q /03.03=。

求：（1）吸入段水头损失
？吸=w h
（2）设泵出口泵压Pa p 6
2108.0⨯=，求泵的有效功率。

注：1----带保险活门10.53ζ= 2------弯头20.40ζ= 3-----过滤器 4-----闸门40.32ζ= （1） 吸入段沿程水头损失：
局部水头损失：
2
22333322448=12.622j v Q Q p
h h g g d d g ζζζππγ
∆⎛⎫====∆ ⎪
⎝⎭ 2424322
3.140.29.812.612.60.0513.54880.03d g
h Q πζ⨯⨯=
⨯∆=⨯⨯=⨯
（2） 水池液面到1-1断面列伯努利方程：
2
1
00032w p v h g
γ++=+++吸，解得127582.41Pa p =-
列1-1.2-2两断面伯努利方程：
2. 有泵管路如图所示，流量
hour m Q /2403
=，泵的吸入管长m L 151=，沿程阻力系数03.01=λ，总局部阻力系数为16ζ∑=；压力管长m L 602=，03.01=λ，210ζ∑=，管
径为m 25.0。

求：（1）已知泵入口处真空表读数O mH 26.6，求吸入高度1h 。

（2）两个液面高差m h 242=，求泵的扬程H 。

（1） 取a 、b 两断面伯努利方程：
（2） 取a 、c 两断面伯努利方程：
3. 直径257mm 的长输管线，总长km 50，起点高程m 45，终点高程m 84，输送相对密
度（比重）88.0=δ的原油，运动粘度s m /10276.02
4-⨯=ν，设计输量为h t Q /200=，
求总压降。

（按长管计算） 解：管道流体雷诺数
3
3344Re 2001040.881036003.1416257100.2761011332Q
d πν
--=
⨯⨯
⨯⨯=
⨯⨯⨯⨯=
查表得 Δ=0.15mm 计算得
3
88
37
720.15
1.1671025759.759.7
134243(1.16710)εε--⨯=
=⨯==⨯
由
8
7
59.7
2000Re ε
<<
可得
4
422
25
0.031Re 1133282f L v LQ h d g gd λλλπ=
====
根据伯努利方程
2
21
21222w
v
P v P Z Z h g g γγ++=+++ 可得
12
212
21253
2
3
235
()
8(())
200108501000()0.881036000.8810009.8((8445)0.031)3.14169.8(25710)4224035w w P P P Z Z h LQ g Z Z gd
Pa
γδρλπ-∆=-=-+=-+⨯⨯⨯⨯⨯⨯=⨯⨯⨯-+⨯
⨯⨯⨯=
五、推导题
1. 试推导流体欧拉平衡微分方程式。

答：如图，在平衡液体在中，取微小六面体，为研究方便，使其各边分别平行与坐标轴，边长取为dx 、dy 和dz ，其形心点位M （x ，y ，z ），点M 的压强为p （x ，y ，z ）。

分析作用于六面体表面的力：
（1）表面力：只有静水压力由于六面体各面的形心到M 的距离很小，压强在M 点附近的变化可以为泰勒级数表示，且可忽略二阶以上的微量，于是：
（2）质量力
除以dxdydz，得到：
2.试推导理想流体欧拉运动微分方程式。

答
（1）作用在微元上的表面力
设A点出的压强为P，由于dx、dy和dz都很小，可以认为包含A点的三个微元体的边界面上，压强均为P，则由于数学中的泰勒级数展开，对应的三个界面的压强为：
设X方向的表面力合力为：
设Y方向的表面力合力为：
设Z方向的表面力合力为：
（2）作用在微元体上的质量力
设作用在单位流体的质量力的三个分量分别是X、Y和Z，微元体的流体质量为，则微元体所受的质量力在x、y，z三个坐标方向上的分量分别是：
（3）根据牛顿第二定律列方程
微元流体在表面力和质量力作用下运动，三个加速度分量分别为，则由牛顿
第二定律，沿x方向的运动方程为，
得到：
同理，可以得到Y和Z方向的运动方程，最后有：
3.气体中声速C依赖于密度ρ、压强p、粘度μ。

试用因次分析法导出声速C的一般表达式。

解：选取三个影响因素为独立基本量纲则
1111
(C,,P,)0
P
a b c
f
C
ρμ
π
ρμ
=
=
写成量纲式并求解
111311211111
[T][M L][T][M L T]
1110
31111
2111
a b c
L ML
a b c
a b c
b c
------
=
++=
---=
--=-
得
10.5,10.5,10
a b c
=-==
即1
P
Cπ
ρ
=
4. 试应用伯诺利方程与水头损失公式推导孔口的定水头自由泄流的流量计算公式。

证明:定水头自由泄流问题如右图。

取o、c两缓交流断面列伯努利方程：
记作用水头为：
则：。