工程流体力学绪论..
《工程流体力学》习题参考答案
闻建龙主编的《工程流体力学》习题参考答案第一章 绪论1-1 物质是按什么原则分为固体和液体两大类的？解：从物质受力和运动的特性将物质分成两大类：不能抵抗切向力，在切向力作用下可以无限的变形（流动），这类物质称为流体。
如空气、水等。
而在同等条件下，固体则产生有限的变形。
因此，可以说：流体不管是液体还是气体，在无论多么小的剪应力（切向）作用下都能发生连续不断的变形。
与此相反，固体的变形与作用的应力成比例，经一段时间变形后将达到平衡，而不会无限增加。
1-2 何谓连续介质假设？引入连续介质模型的目的是什么？在解决流动问题时，应用连续介质模型的条件是什么？解：1753年，欧拉首次采用连续介质作为流体宏观流动模型，即不考虑流体分子的存在，把真实的流体看成是由无限多流体质点组成的稠密而无间隙的连续介质，甚至在流体与固体边壁距离接近零的极限情况也认为如此，这个假设叫流体连续介质假设或稠密性假设。
流体连续性假设是流体力学中第一个根本性假设，将真实流体看成为连续介质，意味着流体的一切宏观物理量，如密度、压力、速度等，都可看成时间和空间位置的连续函数，使我们有可能用数学分析来讨论和解决流体力学问题。
在一些特定情况下，连续介质假设是不成立的，例如：航天器在高空稀薄气体中飞行，超声速气流中激波前后，血液在微血管（1μm ）内的流动。
1-3 底面积为25.1m 的薄板在液面上水平移动（图1-3），其移动速度为s m 16，液层厚度为mm 4，当液体分别为C 020的水和C 020时密度为3856m kg 的原油时，移动平板所需的力各为多大？题1-3图解：20℃ 水：s Pa ⋅⨯=-3101μ20℃，3/856m kg =ρ， 原油：s Pa ⋅⨯='-3102.7μ水： 233/410416101m N u=⨯⨯=⋅=--δμτN A F 65.14=⨯=⋅=τ油： 233/8.2810416102.7m N u=⨯⨯=⋅'=--δμτ N A F 2.435.18.28=⨯=⋅=τ1-4 在相距mm 40=δ的两平行平板间充满动力粘度s Pa ⋅=7.0μ液体（图1-4），液体中有一边长为mm a 60=的正方形薄板以s m u 15=的速度水平移动，由于粘性带动液体运动，假设沿垂直方向速度大小的分布规律是直线。
(完整版)工程流体力学习题及答案
(完整版)工程流体力学习题及答案-CAL-FENGHAI-(2020YEAR-YICAI)_JINGBIAN第1章 绪论选择题【1.1】 按连续介质的概念，流体质点是指：（a ）流体的分子；（b ）流体内的固体颗粒；（c ）几何的点；（d ）几何尺寸同流动空间相比是极小量，又含有大量分子的微元体。
解：流体质点是指体积小到可以看作一个几何点，但它又含有大量的分子，且具有诸如速度、密度及压强等物理量的流体微团。
（d ）【1.2】 与牛顿内摩擦定律直接相关的因素是：（a ）切应力和压强；（b ）切应力和剪切变形速度；（c ）切应力和剪切变形；（d ）切应力和流速。
解：牛顿内摩擦定律是d d v y τμ=，而且速度梯度d d v y 是流体微团的剪切变形速度d d t γ，故d d t γτμ=。
（b ）【1.3】流体运动黏度υ的国际单位是：（a ）m 2/s ；（b ）N/m 2；（c ）kg/m ；（d ）N·s/m 2。
解：流体的运动黏度υ的国际单位是/s m 2。
（a ）【1.4】理想流体的特征是：（a ）黏度是常数；（b ）不可压缩；（c ）无黏性；（d ）符合RTp=ρ。
解：不考虑黏性的流体称为理想流体。
（c ）【1.5】当水的压强增加一个大气压时，水的密度增大约为：（a ）1/20 000；（b ）1/1 000；（c ）1/4 000；（d ）1/2 000。
解：当水的压强增加一个大气压时，其密度增大约95d 1d 0.51011020 000k p ρρ-==⨯⨯⨯=。
（a ）【1.6】 从力学的角度分析，一般流体和固体的区别在于流体：（a ）能承受拉力，平衡时不能承受切应力；（b ）不能承受拉力，平衡时能承受切应力；（c ）不能承受拉力，平衡时不能承受切应力；（d ）能承受拉力，平衡时也能承受切应力。
解：流体的特性是既不能承受拉力，同时具有很大的流动性，即平衡时不能承受切应力。
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 绪论 华中科技大学 莫乃榕主编
第一章绪论1、什么叫流体？流体与固体的区别？流体是指可以流动的物质，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：常用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；所以，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+gP=C 或 Z1+gP1=Z2+gP 2（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。
工程流体力学教学作者闻建龙工程流体力学习题+答案
闻建龙主编的《工程流体力学》习题参考答案第一章 绪论1-1 物质就是按什么原则分为固体与液体两大类的？解:从物质受力与运动的特性将物质分成两大类:不能抵抗切向力,在切向力作用下可以无限的变形(流动),这类物质称为流体。
如空气、水等。
而在同等条件下,固体则产生有限的变形。
因此,可以说:流体不管就是液体还就是气体,在无论多么小的剪应力(切向)作用下都能发生连续不断的变形。
与此相反,固体的变形与作用的应力成比例,经一段时间变形后将达到平衡,而不会无限增加。
1-2 何谓连续介质假设？引入连续介质模型的目的就是什么？在解决流动问题时,应用连续介质模型的条件就是什么？解:1753年,欧拉首次采用连续介质作为流体宏观流动模型,即不考虑流体分子的存在,把真实的流体瞧成就是由无限多流体质点组成的稠密而无间隙的连续介质,甚至在流体与固体边壁距离接近零的极限情况也认为如此,这个假设叫流体连续介质假设或稠密性假设。
流体连续性假设就是流体力学中第一个根本性假设,将真实流体瞧成为连续介质,意味着流体的一切宏观物理量,如密度、压力、速度等,都可瞧成时间与空间位置的连续函数,使我们有可能用数学分析来讨论与解决流体力学问题。
在一些特定情况下,连续介质假设就是不成立的,例如:航天器在高空稀薄气体中飞行,超声速气流中激波前后,血液在微血管(1μm)内的流动。
1-3 底面积为25.1m 的薄板在液面上水平移动(图1-3),其移动速度为s m 16,液层厚度为mm 4,当液体分别为C 020的水与C 020时密度为3856m kg 的原油时,移动平板所需的力各为多大？题1-3图解:20℃ 水:s Pa ⋅⨯=-3101μ20℃,3/856m kg =ρ, 原油:s Pa ⋅⨯='-3102.7μ水:233/410416101m N u=⨯⨯=⋅=--δμτ N A F 65.14=⨯=⋅=τ油: 233/8.2810416102.7m N u =⨯⨯=⋅'=--δμτ N A F 2.435.18.28=⨯=⋅=τ1-4 在相距mm 40=δ的两平行平板间充满动力粘度s Pa ⋅=7.0μ液体(图1-4),液体中有一边长为mm a 60=的正方形薄板以s m u 15=的速度水平移动,由于粘性带动液体运动,假设沿垂直方向速度大小的分布规律就是直线。
工程流体力学(水力学)-第1章绪论
§1.4
流体的主要物理性质
y
F’
x
牛顿发现：
F U F A 1 F h
AU h y F T h
F
U x
o
并且F与流体的种类有关 即：
U F A h
式中，μ为流体的动力粘度，与流体的种类、温度、压强有关，在一定 的温度压强下为常数，单位Pa· S；
U/h为速度梯度，表示在速度的垂直方向上单位长度的速度增量，单位 S-1；
§1.4
2. 流体的压缩性 体积压缩率
流体的主要物理性质
流体在一定温度下，压强增高，体积缩小。
在一定温度下单位压强增量引起的体积变化率，单位Pa-1。
V V V p Vp
为了保证压缩率为正， 故加上负号“-”
式中，δp为压强增量，δV为体积的变化量。 可见，对于同样的压强增量，κ值大的流体体积变化率大，容易压 缩； κ值小的流体体积变化率小，不容易压缩。 体积弹性模量 为压缩率的倒数，单位为Pa。
都江堰
流体力学的发展
• 古代流体力学
– 16世纪以后，西方资本主义处于上升阶段，工农业生 产有了很大的发展，对于液体平衡和运动规律的认识 才随之有所提高 – 18至19世纪，沿着两条途径建立了液体运动的系统理 论
流体力学的发展
• 途径一 –一些数学家和力学家，以牛顿力学理论和数学分析为基本 方法，建立了理想液体运动的系统理论，称为“水动力学 ”或古典流体力学 – 代表人物有伯努利（D.I.Bernouli）、欧拉（L.Euler）等
0 C，1mm3 水含3.4×1019个分子 如此大量的分子， 容易取得它们共同 作用的有代表性的 统计平均值
气体含2.7×1016个分子
工程流体力学(杜广生主编)电子教案第一章绪论
将用于研究固体平衡的凝结原理转用到流体上。 伽利略（Galileo,1564-1642）
在流体静力学中应用了虚位移原理，并首先提出，运动物 体的阻力随着流体介celli,1608-1647）
论证了孔口出流的基本规律。
西汉武帝时期，为引洛水灌溉农田，在黄土高原上修建了龙首渠，创 造性地采用了井渠法，即用竖井沟通长十余里的穿山隧洞，有效地防止 了黄土的塌方。
水利风力机械
在古代，以水为动力的简单机械也有了长足的发展，例如用水轮提水， 或通过简单的机械传动去碾米、磨面等。东汉杜诗任南阳太守时（公元 37年）曾创造水排（水力鼓风机），利用水力，通过传动机械，使皮制 鼓风囊连续开合，将空气送入冶金炉，较西欧约早了一千一百年。
流体力学在中国
• 真州船闸 • 北宋（960-1126）时期，在运河上修建的真州船闸与十
四世纪末荷兰的同类船闸相比，约早三百多年。
• 潘季顺 明朝的水利家潘季顺（1521-1595）提出了“筑堤防溢，
建坝减水，以堤束水，以水攻沙”和“借清刷黄”的治黄 原则，并著有《两河管见》、《两河经略》和《河防一 揽》。
• 达朗伯（J.le R.d‘Alembert,1717－1783） 1744年提出了达朗伯疑题（又称达朗伯佯谬），即在理想 流体中运动的物体既没有升力也没有阻力。从反面说明了 理想流体假定的局限性。
• 拉格朗日（grange,1736 －1813） 提出了新的流体动力学微分方程， 使流体动力学的解析方法有了进一 步发展。严格地论证了速度势的存 在，并提出了流函数的概念，为应 用复变函数去解析流体定常的和非 定常的平面无旋运动开辟了道路。
流体力学的西方史
• 阿基米德（Archimedes，公元前287－212） • 欧美诸国历史上有记载的最早从事流体力学
工程流体力学第三版绪论
杨浦大桥
总之，没有流体力学的发展，现代 工业和高新技术的发展是不可能的。 流体力学在推动社会发展方面做 出过很大贡献，今后仍将在科学与技 术各个领域发挥更大的作用。
公元前3世纪，中国四川都江堰水利工程
公元前3世纪，中国四川都江堰水利工程
鱼嘴
宝瓶 口
飞沙 堰
公元前3世纪，阿基米德浮力定律
第一章
绪
流体力学的研究内容 流体力学的研究方法
第一章 绪 论
流 体 力 学 初 识
流体力学与物体的运动
流体力学与工程技术
流体力学发展简史
虽然生活在流体环境中，人们对一些 流体运动却缺乏认识，比如：
1. 高尔夫球 ：表面光滑还是粗糙？ 2. 汽车阻力： 来自前部还是后部？ 3. 机翼升力 ：来自下部还是上部？
达朗伯（J.le R.d‘Alembert,1717－1783）
1744年提出了达朗伯疑题（又称达朗伯佯谬）， 即在理想流体中运动的物体既没有升力也没有阻力。 从反面说明了理想流体假定的局限性。
拉格朗日（grange,1736－ 1813）
提出了新的流体动力学微 分方程，使流体动力学的解析 方法有了进一步发展。严格地 论证了速度势的存在，并提出 了流函数的概念，为应用复变 函数去解析流体定常的和非定 常的平面无旋运动开辟了道路。
目前在汽车外形设计中，流体力学性能研究已 占主导地位，合理的外形使汽车具有更好的动 力学性能和更低的耗油率。
机翼升力 人们的直观印象是空气从下面冲击着 鸟的翅膀，把鸟托在空中。
19世纪初流体力学环流理论彻底改变了人们的传 统观念。
脱体涡量与机翼环量大小相等方向相反
足球运动的香蕉球现象可以帮助理解环流理论：
• 阿基米德（Archimedes，公元前 287－212） • 欧美诸国历史上有记载的最早从事 流体力学现象研究的是古希腊学者 阿基米德在公元前250年发表学术 论文《论浮体》，第一个阐明了相 对密度的概念，发现了物体在流体 中所受浮力的基本原理──阿基米 德原理。
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工程力学 流体力学
结构力学 流体力学
绪 论
一、工程流体力学的研究对象
流体力学是研究流体的平衡和运动的规律、流体与固体相互作用 的力学规律、以及这些规律在实际工程中的应用的一门科学。
第一章 流体及其物理性质 流体平衡和运动的内因 流 体 平 衡 规 律
1847年~1921年：茹可夫斯基（Joukowski）是实验和理论空气 动力学的创始人，提出了著名的环量升力定理。 1868年~1945年：兰彻斯特（Lanchester）研究了升力原因的 环量概念。 绪 论
1875年~1953年：普朗特（Prandtl）在1904年提出 边界层理论，从而使粘性流体和无粘性流体的概念 协调起来。 1881年~1963年：冯·卡门（Von Karman），超声 速时代之父，师从普朗特教授。提出卡门涡街理 论、边界层控制理论以及超声速相似律等。是我国 著名学者钱学森教授的导师。
第三阶段 20世纪初至中叶，流体力学理论、实验全面展开，航空航天迅速 发展，湍流理论、稳定性理论逐渐完善。
绪 论
Hale Waihona Puke 周培源（ 1902 ~ 1993)：1902年8月28日出生，
江苏宜兴人。理论学家、流体力学家主要从事
物理学的基础理论中难度最大的两个方面即爱因 斯坦广义相对论引力论和流体力学中的湍流理论
建于公元前256年，是战国时 期秦国蜀郡太守李冰及其子率 众修建的一座大型水利工程。 都江堰不仅是中国古代水利工 程技术的伟大奇迹，也是世界 水利工程的璀璨明珠。最伟大 之处是建堰2260多年来经久 不衰，而且发挥着愈来愈大的 效益。工程主要有鱼嘴分水堤、 飞沙堰溢洪道、宝瓶口进水口 三大部分，科学地解决了江水 自动分流、自动排沙、控制进 水流量等问题，消除了水患， 使川西平原成为“水旱从人” 的“天府之国”。 都江堰工程
理论流体力学
侧重于用数学 分析方法进行 理论探讨
水力学
侧重于用物理分 析和实验方法进 行实用计算
工程流体力学
从实用角度，对工程中涉 及的问题建立相应的理论 基础，并进行计算 绪 论
二、流体力学的发展简况
第一阶段：经验阶段 17世纪前，主要是人们在与大自然斗争中的经验总结。例如，四 川都江堰工程，隋代大运河，汉代张衡发明的水力浑天仪，古代 铜壶滴漏计时等。
的研究与教学并取得出色成果。
第四阶段
多学科互相渗透：工业流体力学、实验流体力学、地球流体
力学、非牛顿流体力学、生物流体力学、多相流体力学、物理— 化学流体力学、渗流力学等，都已形成相对独立的学科。
绪 论
三、流体力学在石油工业中的地位和作用
钻井工程：洗井液、钻头水力学、泵、射流及喷射钻井、钻井浮 船及平台设计等
绪 论
第二阶段：理论阶段
17世纪～19世纪一些水力原理论著出现，标志着流 体力学的发展进入了理论阶段。
1643年：托里拆利提出孔口泄流定理。 1650年：巴斯加提出压强传递定律。（§2）
1686年：牛顿（Newton）提出液流内摩擦定理。 （§1） 1700年~1783年：伯努利（Daniel Bernoulli）提 出无粘流动流速和压强的关系式，即Bernoulli 能量方程。 （§3） 绪 论
课 程 结 构
（ 石 油 资 源 系 ）
第二章 流 体 静 力 学
第三章 流体运动学与动力学 流体运动规律及流固作用 第四章 流动阻力和水头损失 工程应用-压力管路水力计算
第五章 压力管路的水头计算
绪 论
流体的基本分类： 按流体的压缩性可分为：可压缩流体和不可压缩流体 按流体的变形特点可分为：牛顿流体和非牛顿流体 从学科上看，属于这一范畴的有理论流体力学、水力学、工程流 体力学。
1820年~1872年：兰金（Rankine）发展了源汇理论。 1821年~1894年：亥姆霍兹（Helmholtz）提出速度势，建立了 旋涡运动和间断运动理论。 1824年~1887年：客希霍夫继续研究间断运动及阻力。 1842年~1912年：雷诺（O.Reynolds）通过小直 径圆管中的粘性流体流动试验提出层、紊流流 态理论。 （§4）
一、工程流体力学的研究对象
流体力学与其他力学课程的研究对象、内容、范围比较
分类 一般力学 课程 理论力学 材料力学 固体力学 研究对象 刚体 弹性杆件 研究内容和范围 刚体的静、动力学 杆件在拉、压、剪、弯、扭状态 下的应力、位移分析
弹性力学
塑性力学
弹性体
塑性体 杆系结构 流体
复杂构件结构的应力、位移分析
绪 论
ms思考：高尔夫球表面光滑还是粗糙？
起初，人们认为表面光滑的球飞行阻力小。后来发现表面有很多 划痕的旧球反而飞得更远。这个谜直到20世纪建立流体力学边界 层理论后才解开。
绪 论
ms思考：高尔夫球表面光滑还是粗糙？
球在运动过程中，将有气流边界层形成并自分离点发生分离。经 分析得出：表面有凹坑的小球的分离点滞后，这在很大程度上减 小了小球阻力。现在的高尔夫球表面有许多窝，在同样大小和重 量下，飞行距离为光滑球的5倍。 绪 论
1717年~1783年：达朗贝尔（d’Alembert）提出流体 连续性方程。在《动力学》一书中提出了达朗贝尔 原理，把动力学问题转化为静力学问题处理。 （§2） 1707年~1783年：欧拉（Euler）建立了理想不可 压缩流体运动的微分方程（欧拉方程）。（§3） 1785年~1863年：纳维尔（Navier）将欧拉流体运动 方程加以推广，加入粘性项，导出了粘性流体运动 方程。 （§4） 1819年~1903年：斯托克斯（Stokes）从不同的出 发点也导出了粘性流体运动方程。 （§4） 绪 论
思考：船舶航行中的船吸现象的原理是什么？
绪 论
采油工程：油气渗透、抽油机、注水驱油、振荡解堵、原油集输， 油-水-气分离、清洗炮眼等
绪 论
储运工程：管道及泵功率的设计、船舶运输等
绪 论
炼油工程：设备流程设计、设备清洗
绪 论
三流体力学在其他领域中的应用
医疗（高压水射流手术刀、人工心脏）、食品加工、飞机制造、 跑道清洗、除尘、水利工程等