工程流体力学复习题

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
断面平均流速 A
υdA A q V A ⎰==V 时间平均流速 ⎰=T
vdt T v 01
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。

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t
，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。

v
x = v
x
（x，y，z，t）；v
y
= v
y
（x，y，z，t）；v
z
= v
z
（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。

P
275
2、推导理想流体运动微分方程式。

P
101
3、推导圆管层流流量V q 和能量损失 h 的计算公式。

P 240&P 242
4、推导直角坐标系中的连续性微分方程。

P 82
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。

P
198
6、推导静止流体对平面壁的作用力计算公式。

P
43
7、证明流体静压强的特性P
28
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P
30
三、计算题
1、已知，当m h 61≥时，闸门自动倾倒，绕m d 4.0=，摩擦系数2.0=f 的轴颈翻转，m h 32=固定不变。

闸门宽为m b 8=，闸门倾角︒=60α，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m h 61≥时，水坝的平板闸门自动倾倒。

闸门绕直径m d 4.0=，具有摩擦系数2.0=f 的轴颈O 翻转。

假设闸门的另一侧具有固定不变的水位m h 32=。

试求（闸门宽m 8，倾角︒=60α）：（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0V ，流量为V q ，密度为ρ，平板倾角为θ。

不计重力及流动损失，求射流对平板的作用力及分流流量1V q ，2V q 。

3、如图，盛水容器以转速min /450r n =绕垂直轴旋转。

容器尺寸mm D 400=，mm d 200=，mm h 3502=，水面高mm h h 52021=+，活塞质量kg m 50=，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1V q ，引起射流剩余部分偏转角度α。

已知射流流速s m V /30=，全部流量s m q V /103633-⨯=，截去流量s m q V /101233-⨯=。

求偏角α及平板受力F 。

5、如图所示的曲管AOB 。

OB 段长1l =0.3m ，︒=∠45AOB ，AO 垂直放置，B 端封闭。

管中盛水，其液面到O 点的距离2l =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ρ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4/A ，分岔角为α；进出口流动参数均匀，进口截面上的相对压强1p ，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1V =ρ
321p ； （2）试求流体作用于分岔管道上的力x F 和y F （方向如图所示）。