工程流体力学思考题章模板
工程流体力学课后习题答案1-3章
第1章 绪论【1-1】500cm 3的某种液体，在天平上称得其质量为0.453kg ，试求其密度和相对密度。
【解】液体的密度3340.4530.90610 kg/m 510m V ρ-===⨯⨯相对密度 330.906100.9061.010w ρδρ⨯===⨯ 【1-2】体积为5m 3的水，在温度不变的条件下，当压强从98000Pa 增加到4.9×105Pa 时，体积减少1L 。
求水的压缩系数和弹性系数。
【解】由压缩系数公式10-1510.001 5.110 Pa 5(4.91098000)p dV V dP β-=-==⨯⨯⨯- 910111.9610 Pa 5.110pE β-===⨯⨯ 【1-3】温度为20℃，流量为60m 3/h 的水流入加热器，如果水的体积膨胀系数βt =0.00055K -1，问加热到80℃后从加热器中流出时的体积流量变为多少？【解】根据膨胀系数1t dVV dtβ=则2113600.00055(8020)6061.98 m /ht Q Q dt Q β=+=⨯⨯-+= 【1-4】用200升汽油桶装相对密度0.70的汽油。
罐装时液面上压强为98000Pa 。
封闭后由于温度变化升高了20℃，此时汽油的蒸汽压力为17640Pa 。
若汽油的膨胀系数为0.0006K -1，弹性系数为13.72×106Pa ，（1）试计算由于压力温度变化所增加的体积，（2）问灌装时汽油的体积最多不应超过桶体积的百分之多少？【解】（1）由1β=-=P p dV Vdp E可得，由于压力改变而减少的体积为6200176400.257L 13.7210⨯∆=-===⨯P p VdP V dV E由于温度变化而增加的体积，可由1β=tt dV V dT得 0.000620020 2.40L β∆===⨯⨯=t t t V dV VdT（2）因为∆∆t p V V ?，相比之下可以忽略由压力变化引起的体积改变，则 由 200L β+=t V V dT 得 1198.8%200110.000620β===++⨯t V dT 【1-5】图中表示浮在油面上的平板，其水平运动速度为u =1m/s ，δ=10mm ，油品的粘度μ=0.9807Pa ·s ，求作用在平板单位面积上的阻力。
工程流体力学(第二版)习题与解答
1—3
解： 固定圆盘表面液体速度为零， 转动圆盘表面半径 r 处液体周向线速度速度 vθ s = rω ； 设液膜速度沿厚度方向线性分布，则切应力分布为
图 1-14 习题 1-5 附图
r
z
u
R
r R2 由上式可知，壁面切应力为 τ 0 = −4 m um / R ，负号表示 τ 0 方向与 z 相反；
τ = mm = −4 um
du dr
（2）由流体水平方向力平衡有： p R 2 Dp + τ 0p DL= 0 ，将 τ 0 表达式代入得
8m u L ∆p = 2m R
图 1-16 习题 1-7 附图
1-7 如图 1-16 所示，流体沿 x 轴方向作层状流动，在 y 轴方向有速度梯度。在 t=0 时， 任取高度为 dy 的矩形流体面考察，该矩形流体面底边坐标为 y，对应的流体速度为 u ( y ) ； 经过 dt 时间段后，矩形流体面变成如图所示的平行四边形，原来的 α 角变为 α − dα ，其剪 。试推导表明：流体的 切变形速率定义为 dα /dt （单位时间内因剪切变形产生的角度变化） 剪切变形速率就等于流体的速度梯度，即 dα du = dt dy 解：因为 a 点速度为 u，所以 b 点速度为 u +
V2 pT 1 × 78 =1 − 1 2 =1 − =80.03% V1 p2T1 6 × 20
压缩终温为 78℃时，利用理想气体状态方程可得
∆V = 1 −
1-2 图 1-12 所示为压力表校验器，器内充满体积压缩系数= β p 4.75 × 10−10 m2/N 的油， 用手轮旋进活塞达到设定压力。已知活塞直径 D=10mm，活塞杆螺距 t=2mm，在 1 标准大 气压时的充油体积为 V0=200cm3。设活塞周边密封良好，问手轮转动多少转，才能达到 200 标准大气压的油压（1 标准大气压=101330Pa） 。 解：根据体积压缩系数定义积分可得：
工程流体力学思考题
思考题第一章流体及其物理性质1．试述流体的定义，以及它与固体的区别。
2．与气体有哪些共同的特性？它们各有什么不同的特性？试分别举例说明，在空气和水中相同与不同的一些流体力学现象。
3．何谓连续介质？引入连续介质模型的目的意义何在？4．流体的密度、比容以及相对密度之间有何关系？这三者的单位如何？5．流体的压缩性与膨胀性可以用哪些参量来描述？6．完全气体的状态方程是什么？请说明方程中每一个参量的意义。
7．何谓不可压缩流体？在什么情况下可以忽略流体的压缩性？8．何谓流体的粘性？流体的粘度与流体的压强和温度的关系如何？9．流体的粘性力与固体的摩擦力有何本质区别？10．试述牛顿内摩擦定律，根据此定律说明，当实际流体处于静止或相对静止状态时，是否存在切向应力？11．何谓理想流体？引入理想流体模型的意义何在？12．试述表面张力的定义，及其产生表面张力的机理。
13．何谓附着力，何谓内聚力？试分析水和水银在毛细管中上升或下降的现象。
14．作用在流体上的力可以分为哪两种？第二章流体静力学1．试述流体静压强的两个重要特性。
2．静力学的全部内容适用于理想流体还是实际粘性流体？或者两者都可？为什么？3．何谓流体的平衡状态与相对平衡状态？它们对应的平衡微分方程有何相同之处与不同之处？4．试写出欧拉平衡微分方程式，叙述该方程的适用范围以及方程中每一项的物理意义。
5．何谓质量力有势？试写出重力的势函数。
6．不可压缩流体处于平衡状态时，对作用在它上面的质量力有什么要求？7．试写出静止流体的压强差公式，并叙述其物理意义，此公式对于相对静止流体是否适用？8．试写出静止流体的等压面的微分方程式，此方程式对于相对静止流体是否适用？9．试述等压面的重要性质。
10．流体静力学的基本方程式的物理意义和几何意义各是什么？11．何谓绝对压强、计示压强与真空？它们之间有何关系？12．静压强的计量单位有哪几种？它们的换算关系如何？13．在一U型管中，盛有两种不相溶的、不同密度的液体，试问，在同一水平面上的液体压强是否相同？为什么？14．叙述帕斯卡原理，试举例说明它在工程中的应用。
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。
工程流体力学课后思考题-杜广生-【范本模板】
1—1：流体有哪些特性？论述液体与气体特征的异同.1）流动性、压缩、膨胀性、粘性1—2: 什么是连续介质模型？为什么要建立?1） 将流体作为由无穷多稠密、没有间隙的流体质点构成的连续介质,于是可将流体视为在时间和空间连续分布的函数.2） ①可以不考虑流体复杂的微观粒子运动，只考虑在外力作用下的微观运动;②可以用连续函数的解析方法等数学工具去研究流体的平衡和运动规律。
1—3：流体密度、相对密度概念,它们之间的关系？1） 密度：单位体内流体所具有的质量，表征流体的质量在空间的密集程度。
相对密度：在标准大气压下流体的密度与4℃时纯水的密度的比值.关系： 1-4：什么是流体的压缩性和膨胀性？1） 压缩性：在一定的温度下，单位压强增量引起的体积变化率定义为流体的压缩性系数,其值越大，流体越容易压缩，反之，不容易压缩。
2） 膨胀性：当压强一定时，流体温度变化体积改变的性质称为流体的膨胀性1—5：举例说明怎样确定流体是可压缩还是不可压缩的？气体和液体都是可压缩的,通常将气体时为可压缩流体,液体视为不可压缩流体.水下爆炸:水也要时为可压缩流体；当气体流速比较低时也可以视为不可压缩流体。
1—6：什么是流体的黏性？静止流体是否有黏性？1） 流体流动时产生内摩擦力的性质程为流体的黏性2） 黏性是流体的本身属性,永远存在.1-7:作用在流体上的力有哪些？质量力、表面力.1—8: 什么是表面张力？表面张力，是液体表面层由于分子引力不均衡而产生的沿表面作用于任一界线上的张力2-1: 流体静压强有哪些特性 ?如何证明？1） 特性一：流体静压强的作用方向沿作用面的内法线方向特性二：静压强与作用面在空间的方位无关，只是坐标点的连续可微函数2)？？?？2—2：流体平衡微分方程的物理意义是什么？在静止流体内的任一点上,作用在单位质量流体上的质量力与静压强的合力相平衡 2-3：什么是等压面？等压面的方程是什么？有什么重要性质?1） 在流体中压强相等的点组成的面。
工程流体力学复习思考题1-4章
复习思考题第一章1-1试从力学的角度,比较流体与固体的差别。
答：固体在承受一定的外力后才会发生形变;而流体只要承受任何切力都会发生流动，直到切力消失；流体不能承受拉力，只能承受压力。
1-2气体和液体的物理力学特性有何异同?答：液体:有一定的体积，一定的自由表面，无可压缩性气体:无一定的体积，无自由表面，有明显的而可压缩性1-3何为连续介质?流体力学中为何需要引进连续介质假设?答：把流体当做是由密集质点构成的、内部无空隙的连续体来研究，这就是连续介质模型。
建立连续介质模型，是为了避开分子运动的复杂性，将流体运动中的物理量视为空间和时间的连续函数，可以用数学分析法研究流动。
1-4连续介质模型能否适用于含有气泡的液体?答：若气泡相对于液体而言可以看作孤立的点的话，则含有气泡的液体可以适用连续介质模型。
1-5 什么是牛顿内摩擦定律?它的应用条件是什么?答:处于相对运动的两层相邻流体之间的内摩擦力 T，其大小与流体的物理性质有关，并与流速梯度和流层的接触面积A成正比，而与接触面上的压力无关。
应用条件：仅适用于层流流动，不适用于湍流流动;仅适用于牛顿流体，不适用于非牛顿流体。
1-6流体的动力粘滞系数与运动粘滞系数有何不同?答：动力粘度表示液体在一定剪切应力下流动时，内摩檫力的量度，用ｕ表示。
运动粘度是液体在重力下流动时，内摩檫力的量度，用ｖ表示。
1-7流体粘性与哪些因素有关?它们随温度是如何变化的?答：与流体种类，温度，压力有关。
液体随温度增大而降低，气体随温度增大而增大，压力对粘度影响较小。
1-8 什么是理想流体?为什么要引进理想流体的概念?理想流体有无能量损失?答：理想流体是指没有粘滞性的流体。
引进理想流体可以使流体流动基本规律的分析和计算得以简化，没有能量损失。
1-9 什么情况下要考虑液体的压缩性和表面张力的影响?答：当外界压强变化较大，如发生水击现象时必须考虑压缩性；液体有较大的曲率时才会考虑表面张力。
《工程流体力学》思考题解答第1-5章思考题解答
第1章 1.1 绪论
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 答：④ 1.3 答：① 1.4 答：④ 1.5 答：① 1.6 答：④ 1.7 答：④ 1.8 正确。 1.9 错误。 1.10 答：量纲：是物理量的物理属性，它是唯一的，不随人的主观意志而转移。而单位是 物理量的度量标准，它是不唯一的，能够受到人们主观意志的影响。本题中，时间、 力、面积是量纲，牛顿、秒是单位。 1.11 基本，导出。 1.12 答：量纲的一致性原则。 1.13 答：若某一物理过程包含 n+1 个物理量（其中一个因变量，n 个自变量） ，即： q =f(q1，q2，q3， …，qn) 无量纲π数的具体组织步骤是： （1）找出与物理过程有关的 n＋1 个物理量，写成上面形式的函数关系式； （2）从中选取 m 个相互独立的基本物理量。对于不可压缩流体运动，通常取三个基 本物理量，m=3。 （3）基本物理量依次与其余物理量组成［ （n＋1）－m］个无量纲π项：
q b c q q2 q3
a 1
4 5
q4 b4 c4 q q2 q3
a4 1
q5 b5 c5 q q2 q3
a5 1
（1）
…………
n
qn bn cn q q2 q3
an 1
式中 ai、bi、ci 为各π项的待定指数，由基本物理量所组成的无量纲数π1＝π2＝π3 ＝1。
工程流体力学课后习题答案
工程流体力学课后习题答案(第二版)(总22页)--本页仅作为文档封面，使用时请直接删除即可----内页可以根据需求调整合适字体及大小--第一章 绪论1-1．20℃的水，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%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 =，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 （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。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
第一章绪论
1、什么叫流体? 流体与固体的区别?
流体是指能够流动的物质, 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: 常见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;
因此, 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+
g P ρ=C 或 Z 1+g P ρ1=Z 2+g P ρ2 （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。
性质: 静止流体中, 等压力与质量力相互垂直。
4、静力学基本公式说明哪些问题? 它的适用条件是什么?
( 1) 表明: ○1重力作用下均质流体内部静压力与深度h呈线性关系;
○2静止流体内部任意点的静压力由液面上静压力P0和
液柱形成静压力gh
两部分组成, 深度h相同的
点静压力相等。
○3静止流体边界上压力的变化将均匀的传递到流体中每一点( 帕斯卡定律) 。
( 2) 适用条件: 绝对静止和相对静止。
5、绝对压力、表压和真空度的意义及其相互关系如何?
绝对压力: 以物理真空为零点的标准称为绝对标准, 按照绝对标准计量的压力称为绝对压力, 用P ab表示。
表压: 以当地大气压为零点的标准称为相对标准, 按照相对标准计量的压力称为相对压力, 用P M表示。
绝对压力大于当地大气压力时, 相对压力大于零, 称为表压。
真空度: 绝对压力小于当地大气压力时, 相对压力小于零, 称为真空压力或真空度。
关系: 表压是绝对压力比当地大气压力大多少, 真空度是绝对压力比当地大气压力小多少。
6、液式测压计水力原理是什么? 工作液的选择与量程、精度关系?
( 1) 原理: 采用等压面法, 即静止的、相互连通的同种液体, 同一高度压力相等。
( 2) 关系: 工作液密度越大, 量程越大, 精度越低。
7、何谓相对静止流体, 与绝对静止流体有什么共性?
流体整体对地球有相对运动, 可是流体质点之间没有相对运动, 称为相对静止;
流体整体对地球没有相对运动, 称为绝对静止。
共性: 流体质点间都没有相对运动的状态。
8、何谓压力中心?
总压力的作用点称为压力中心。
9、何谓压力体? 确定压力体的方法与步骤?
压力体: 是由受力曲面、液体表面( 或其延长线) 以及两者之间的铅垂面所围成的封闭体积。
步骤: ( 1) 将受力曲面根据具体情况分成若干段
( 2) 找出各段的等效自由面
( 3) 画出每一段的压力体并确定虚实
( 4) 根据虚实相抵原则将各段压力体合成, 得到最终压力体。
10、 潜体和浮体平衡条件? ( 略)
第三章 流体运动学
1、 描述流动的拉格朗日法和欧拉法有什么区别? 为什么常见欧拉法?
拉格朗日法是从分析单个流体质点的运动着手, 来描述整个流体的流动。
它着眼流体质点, 设法描述单个流体质点的运动过程, 研究流体质点的速度、 加速度、 密度、 压力等参数随时间变化规律, 以及相邻流体质点之间这些参数的变化规律。
欧拉法是从分析流体所占据的空间中各固定点处质点运动着手, 来研究这个流体的流动。
它着眼的不是流体质点, 而是空间点, 即设法描述出空间点处质点的运动参数, 如速度和加速度随时间变化的规律, 以及相邻空间点之间这些参数的变化规律。
由于欧拉法只需要研究描述流体运动的物理量在空间的分布函数, 这样便能够运用数学分析理论和场论的方法来研究流场, 在数学上欧拉法要比拉格朗日法方便的多。
2、 欧拉法中加速度如何表示? 什么是当地加速度和迁移加速度? 欧拉法中加速度: a=
dt du =t u ∂∂+x μx u ∂∂+y μy u ∂∂+z μz u ∂∂ 或 a=dt du =t
u ∂∂+( μμ)∇• t
u ∂∂表示在同一空间点上由于流动的不稳定性引起的加速度, 称为当地加速度, 或时变加速度。
μ
μ)
•表示同一时刻由于流动的不均匀性引起的加速度, 称为(∇
前移加速度, 或位变加速度。
3、为什么要对流动进行分类? 一般根据什么将流动分为稳定流和不稳定流?
针对不同的流动有不同的研究方法, 因此要对流体流动进行分类。
根据流动状态, 将流动分为稳定流和不稳定流。
4、什么是迹线、流线、流束、有效断面、平均流速和流量?
迹线: 流体质点在不时刻的运动轨迹称为迹线。
流线: 用来描述流场中各点流动方向的曲线, 即矢量场的矢量线。
流束: 充满流管内部的流体的集合称为流束。
有效断面: 流束或总流上垂直于流线的断面, 称为有效断面。
平均流速: 有效断面上速度的平均值。
流量: 单位时间内流经有效断面的流利量, 称为流量。
5、流线有何特点? 它与迹线有何区别?
特点: ( 1) 流线不能相交, 但流线能够相切;
( 2) 流线在驻点( μ=0) 或奇点( ∞
μ) 处能够相交;
→
( 3) 稳定流动时流线的形状和位置不随时间变化, 迹线与流线重合;
( 4) 不稳定流动, 如果不稳定仅仅是由速度的大小随时间变化引起的, 则流线形状和位置不随时间变化, 迹线与流线重合;。