精品-四川大学水力学(第五版)吴持恭课后思考题答案

四川大学水力学第五版绪论课后思考题课后习题答案考研大纲要求：液体的主要物理特性（主要是粘滞性、压缩性），牛顿内摩擦定律，作用于液体上的两种力，连续介质和理想液体。

说明：本章考点是简答和选择判断，基本上必考。找到我就可以，领取更多考研真题资料。

1.1（简答）惯性、惯性力的定义及其物理意义是什么？

答：惯性就是反映物体维持原有运动状态的性质，质量是惯性大小的量度。惯性力是指当液体受外力作用使运动状态发生改变时，由于液体的惯性引起外界抵抗的反作用力。设物体的质量m，加速度为a,则惯性力为F=-ma ,负号代表惯性力的方向与物体的加速度方向相反。

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1.惯性力、重力属于质量力；惯性力单位质量力为 -a ，方向与加速度（向心加速度）方向相反；重力的单位质量力为 g，方向竖直向下。这点在分析欧拉平衡微分方程，以及在凹凸面动水压强和静水压强时使用。

2.雷诺数的物理意义是表示惯性力和______力之比；而佛汝德数的物理意义是表示惯性力和______力之比。

1.2（选择）物理量的基本量与导出量的关系是什么？在水力学中采用什么国际单位制量纲？

答：每一个物理量都包括有量的数值和量的种类，量的种类习惯上称为量纲。一切导出量均可从基本量导出。水力学中使用MLT量纲系，长度、质量和时间为基本量，其他变量为导出量。

补充：动力粘度系数η（单位：Pa·s 量纲：ML-1T-1）和运动粘度系数ν（单位：㎡/s 量纲：L2 T-1）区别：运动粘滞系数是液体动力粘滞系数与液体密度之比值，不包括力的量纲而仅仅具有运动量的量纲。

1.3 （简答）什么叫做粘滞性？粘滞性对液体运动起什么作用？

答：当液体处于运动状态时，若液体质点之间存在相对运动，则质点之间要产生内摩擦力抵抗其相对运动。这种性质称之为液体的粘滞性，此内摩擦力又称为粘滞力。

作用：抵抗液体内部的相对运动，从而影响着液体的运动状况，由于粘滞性的存在，液体在运动过程中因克服内摩擦力而做功，故液体的粘滞性也是液体中发生机械能量损失的根源。

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理想液体和实际液体最根本的区别是粘滞性；液体在平衡状态（静止或相对平衡）下，没有内摩擦力出现。

1.4(选择判断)不同液体类型的切应力与流速梯度、剪切变形速度的关系是什么？

答：流速梯度实质上代表液体微团的剪切变形速度。根据切应力和剪切变形速度的关系，把液体分为牛顿流体和非牛顿流体，非牛顿流体又分为理想宾汉流体、伪塑性流体、膨胀性流体和理想流体。在温度压强不变的条件下，牛顿流体的η值不变，切应力与剪切变形速度成正比；理想宾汉流体只有在切应力达到某一值时，才开始剪切变形，但变形率是常数；伪塑性流体其粘度随剪切变形速度的增加而减小，膨胀性流体其粘度随剪切变形速度的增加而增加。理想流体假定为没有粘滞性的连续介质。

补充：知乎ID：荣耀。川大876水力学考研真题，水力学考研资料免费领取！判断题区分牛顿流体和理想宾汉流体都是一条直线，变形率是一常数。

1.5（简答）什么是空化现象？什么是空蚀现象？影响该现象的关键因素是什么？

答：空化现象：当液体中某处的压强低于当地温度条件下的汽化压强时，液体汽化所产生的气泡将不断膨胀，体积变大。空蚀现象：当低压区形成的气泡随水流运动至高压区时，受内外压差作用迫使气泡突然破灭，将产生巨大的瞬间冲击力，使相接触的固体壁面产生剥蚀。液体的汽化现象随着温度的升高而增加，和液体种类有关

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怎样消除空化空蚀的危害？1、修正体型 2、控制和调整不平整度 3、掺气减蚀 4、采用抗空蚀护面材料。

1.6（JD重点）理想液体的基本假设是什么？理想液体与实际液体的根本区别何在？为什么可以把液体当作“连续介质”？运用这个假设对研究液体运动规律有何意义？

答：理想液体把水假定为绝对不可压缩、不可膨胀、没有粘滞性、没有表面张力的连续介质。实际液体的压缩性、膨胀性、表面张力很小与理想液体相差不大，故根本区别为是否考虑粘滞性。

因为分子间孔隙的距离与生产上研究的液流尺度相比，极其微小，水力学中只研究液体宏观机械运动。假设液体是一种连续充满其所占据空间毫无空隙的连续体。

意义：把液体视为连续介质，则液流中的一切物理量（压强、流速）均可视为空间坐标和时间的连续函数。在研究液体运动规律时，可利用连续函数的分析方法。且经长期证明：利用连续介质的假定所得出的液体运动规律的基本理论与客观实际十分符合。

1.7作用于液体的力可以分为哪几类？两者有何区别？试举例说明

答：按照其作用的特点，作用于液体上的力可以分为表面力、质量力。

表面力：作用于液体的表面，并与受作用的表面面积成比例的力。例如固定边界对液体的摩擦力；边界对液体的反作用力，一部分液体对另一部分液体在接触面上的产生的水压力。

质量力：通过所研究液体的每一部分质量而作用于液体的，其大小与质量成比例。例如：重力和惯性力。

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判断题按照其物理性质和作用特点的分类表述；力是矢量，一定有大小和方向！

1.8（重点）什么是液体的压缩性，什么时候需要考虑压缩性？

答：压缩性是指，液体受压后体积要缩小，压力撤除后也具有恢复原状的能力，也称为弹性。用体积压缩系数来表征液体压缩性大小，定义：液体体积的相对压缩值与压强增量的比值，随液体温度和压强而变化，但变化较小。

考虑：水的压缩性很小，所以对一般水利工程认为水是不可压缩的足够精确的，但对个别情况，必须考虑水受压后的弹性作用。如研究水电站高压管道的水流，当水电站突然关闭进水阀后，管道中的压力突然急剧升高，压力在短时间内的骤然增加。液体受到压缩相应产生的弹性力对水击压强的大小及其在管道中的传播，产生显著的影响。

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水击是有压管道的非恒定流，当有压管道中的流速因外界原因而急剧变化时，将引起液体内部压强产生迅速交替升降的现象，这种交替升降的压强作用好像锤击一样。原因是：液体的惯性和可压缩性，管道的弹性。

1.9（重点）牛顿内摩擦定律是什么？它的适用条件是什么？

答：表述1.液体作层流运动时，相邻两液层间单位面积上所作用的内摩擦力（或称粘滞力），流速梯度成正比，并与液体的种类有关。表述2.液体作层流运动时，相邻两液层间单位面积上所作用的切应力，与剪切变形速度成正比，并与液体的种类有关。所以液体的粘滞性可视为液体抵抗剪切变形的特性。

适用条件：1.层流运动 2.牛顿流体知乎ID:荣耀