工程流体力学复习题集

一、简答题

1．缓变过流断面、缓变流动

过流断面 在流束或总流中与所有流线都相垂直的横断面。 缓变流动 若某过流断面上的流线几乎是相互平行的直线，则此过流断面称为缓变断面，过流断面上的流动称为缓变流动。 2．流管与流束

流管 在流场中任取一封闭曲线l（非流线），过曲线上各点做流线，所有这些流线构成一管状曲面，称为流管。

流束 在流场中取一非流面的曲面S，则过曲面上各点所作流线的总和，称为流束。 3．动能、动量修正系数

动能修正因数 用真实流速计算的动能与平均流速计算的动能间的比值。

动量修正因数 用真实流速计算的动量与以平均流速计算的动量间的比值。

4．水力光滑管和水力粗糙管

△：管壁绝对粗糙度，δ：粘性底层厚度。

当δ＞△时，管壁的粗糙突出部分完全淹没在粘性地层中。此时，粘性底层以外的紊流区域完全不受管壁粗糙度的影响，流体就好像在理想的完

全光滑管中流动，这种情况的管内紊流流动称为“水力光滑管”或简称为“光滑管”。

当δ＜△时，管壁的粗糙突起有一部分或大部分暴露在紊流区内。此时，紊流区中的流体流过管壁粗糙突出部分时将会引起漩涡，造成附加的能量损失，即管壁粗糙度对紊流流动产生影响，这种情况的管内紊流流动称为“水力粗糙管”或简称为“粗糙管”。 5．等压面与压力体

等压面 在充满平衡流体的空间，连接压强相等的各点所组成的面称为等压面。等压面有三个特性：等压面就是等势面；等压面与质量力垂直；两种混容的流体分界面为等压面。

压力体 由所探究的曲面，通过曲面周界所作的垂直柱面和流体的自由表面（或其延伸面）所围成的封闭体积叫做压力体。 6．系统与控制体

系统 有限体积的流体质点的集合称为系统。（不管流体怎样运动，且运动中系统的表面可以不断变形，但流体质点的集合不变，所含有的质量不变。）

控制体 取流场中某一确定的空间区域，这个空间区域称为控制体。（控制体的周界称为控制面。） 7．流线与迹线

迹线 流体质点运动的轨迹。

流线 某瞬时在流场中所作的一条空间曲线，该瞬时位于曲线上各点的流体质点的速度在该点与曲线相切。 8．断面平均流速与时间平均流速

qVAυdA断面平均流速 V AA时间平均流速 v9．层流与紊流

层流 定向的无混杂的流动。 紊流 非定向的无规则的流动。 10．恒定与非恒定流动

恒定流动 如果流场中每一空间点上的运动参数不随时间变化，这样的流动称为恒定流动；

非恒定流动 若流场中运动参数不但随位置改变而改变，而且也随时间而变化，这种流动称为非恒定流动。 11．连续介质模型

在流体力学的研究中，将实际的由分子组成的结构用一种假象的流体模型——流体微元来代替。流体微元由足够数量的分子组成，连续充满它所占据的空间，彼此间无任何间隙。

1TT0vd t

12．理想流体、牛顿流体、粘性流体

理想流体 没有粘性的流体。

牛顿流体 凡切应力与速度梯度呈线性关系，即服从牛顿内摩擦定律的流体，称为牛顿流体（粘性为常数。）。反之为非牛顿流体。

粘性流体 粘性不为0的流体。 13．长管、短管

长管 凡局部损失和出流的速度水头之和与沿程损失相比较小（通常以小于百分之五为界限），这样的管路系统称为水力长管，或简称长管。

短管 又称为水力短管，是指沿程损失、局部损失等项大小相近，均须计及的管路系统。 14．表面力

是指作用在所研究流体外表面上与表面积大小成正比的力。 15．有旋流动、无旋流动

有旋流动 旋转角速度不为0（ω≠0），或旋度不为0（rotυ≠0）。 无旋流动 有势运动，旋转角速度为0（ω=0），或旋度为0（rotυ=0）。 16、简述流体粘性产生的原因并说明有哪些表示方法。

当流体在外力作用下，流体微元间出现相对运动时，随之产生阻抗流体间相对运动的内摩擦力，流体产生内摩擦力的这种性质成为粘性。

原因：液体是分子间的相互作用力（阻碍流体相对运动）；气体是分子

间的动量交换。

粘性的三种表示方法

（1）动力粘度（绝对粘度）μ：单位速度梯度时内摩擦切应力的大小，单位P（泊）或者Pa·s，1P=10-1Pa·s；

（2）运动粘度ν：ν=μ/ρ，单位St（斯cm2/s）或m2/s； （3）相对粘度（条件粘度）：用对比法测量流体的粘度，多种。 17、简述研究流体运动的两种方法，并指出有何不同。

拉格朗日法（随体法）：研究流场中每一个流体质点的运动，分析运动参数随时间的变化规律，然后综合所有的流体质点，得到整个流场的运动规律。

选取在某个初始时刻t0，每个质点的坐标a、b、c来作为它的标记，称为“拉格朗日变数”，当流体质点运动时，它们不随时间变化。由于流体质点连续存在于流场中，所以“拉格朗日变数”也连续存在于流场中。

任何流体质点的坐标x，y，z：x=（a，b，c，t）；y=（a，b，c，t）；z=（a，b，c，t）。

着眼点：流体质点。

欧拉法（局部法）：研究某瞬时整个流场内位于不同的位置上的流体质点的运动参数，然后综合所有空间点，用以描述整个流体的运动。

vx= vx（x，y，z，t）；vy= vy（x，y，z，t）；vz= vz（x，y，z，t）；p=p

（x，y，z，t）；ρ=ρ（x，y，z，t）

着眼点：整个流场。

二、推导题

1、推导突然扩大局部损失的计算公式。P275

2、推导理想流体运动微分方程式。P101

3、推导圆管层流流量qV和能量损失h的计算公式。P240&P242

4、推导直角坐标系中的连续性微分方程。P82

5、由粘性流体微小流束的伯努利方程推导出总流的伯努利方程。P198

6、推导静止流体对平面壁的作用力计算公式。P43

7、证明流体静压强的特性P28

特性一流体静压强的方向沿作用面的内法线方向：

对于牛顿流体，在任何微小切力的作用下，都将产生连续的变形，所以流体在保持静止状态下就不可能有切力存在。此外，又根据流体的内聚力很小，几乎不能承受拉力这一特点，可以得出结论：流体静压强的方向沿作用面的内法线方向。

特性二流体静压强的数值只与空间坐标有关，与方位无关：

8、推导欧拉静平衡方程P30

三、计算题

1、已知，当h16m时，闸门自动倾倒，绕d0.4m，摩擦系数f0.2的轴颈翻转，h23m固定不变。闸门宽为b8m，闸门倾角60，求闸门的旋转轴O离底部的距离为多少？（15分）

为了泄水，当水位h16m时，水坝的平板闸门自动倾倒。闸门绕直径

d0.4m，具有摩擦系数f0.2的轴颈O翻转。假设闸门的另一侧具有固定不变的水位h23m。试求（闸门宽8m，倾角60）：（20分） （1）闸门的旋转轴离底部的距离x应为多少； （2）支承O所受的压力P为多少。

2、一股水平方向上的射流冲击一斜置的光滑平板。已知射流来流速度为

V0，流量为qV，密度为，平板倾角为。不计重力及流动损失，求射流

对平板的作用力及分流流量qV1，qV2。

3、如图，盛水容器以转速n450r/min绕垂直轴旋转。容器尺寸

D400mm，d200mm，h2350mm，水面高h1h2520mm，活塞质量m50kg，不计活塞与侧壁的摩擦，求螺栓组A、B所受的力。

4、将一平板深入水的自由射流内，垂直于射流的轴线。该平板截去射流流量的一部分qV1，引起射流剩余部分偏转角度。已知射流流速V30m/s，全部流量qV36103m3/s，截去流量qV12103m3/s。求偏角及平板受力F。

5、如图所示的曲管AOB。OB段长l1=0.3m，AOB45，AO垂直放置，

B端封闭。管中盛水，其液面到O点的距离l2=0.23m。此管绕AO轴旋转。问转速为多少时B点的压强将与O点相同？（15分）

6、如图所示，密度为的理想不可压缩流体恒定通过水平分岔管道。已知进口截面积为A，出口通大气，两个出口截面积均为A/4，分岔角为；进出口流动参数均匀，进口截面上的相对压强p1，两出口截面上相对压强均为零，且出口速度相同。（20分） （1）试求证：进口速度V1=

2p1； 3（2）试求流体作用于分岔管道上的力Fx和Fy（方向如图所示）。