流体力学期末考试简答(精简版)

简答题

1．有人说“均匀流一定是恒定流”，这种说法是否正确？为什么？

解：这种说法是错误的，均匀流不一定是恒定流。因均匀流是相对于空间而言，即运动要素沿流程不变，而恒定流是相对于时间而言，即运动要素不随时间而变。两者判别标准不同。

2.什么是流线？它有哪些基本特征？

长管：指管道中的水头损失以沿程损失为主，局部损失和流速水头所占的比重很小，在计算中可以忽略的管道。

短管：指局部水头损失和流速水头与总水头损失相比具有相当数值，计算时不能忽略的管道。

3.简述伯努利方程 =const 的物理意义和几何意义。

4、什么是并联管路？它有哪些特点？

答：具有相同节点的管段组成的管路称为并联管路。

特点：（1）流量叠加：并联节点上的总流量为各支管中流量之和，即321Q Q Q Q

++=； （2）并联各支管上的阻力损失相等，即321l l l h h h ==。（1分）

（3）总的阻抗平方根的倒数等于各支管阻抗平方根倒数之和，即321111

1S S S S ++=

5.(绝对)静止流体静力学方程p=p0+ρgh 的适用条件是什么?

6、试用能量方程解释飞机的升力是如何产生的。

答：飞机机翼呈上凸下凹状，当空气流经机翼时，其上侧流速较大，压力较小；下侧流速较小压力较大，从而在机翼上下产生了一个压力差，此即为飞机的升力。

7.静水压强有哪些特性？静水压强的分布规律是什么？

8.研究流体运动的方法有哪两种？它们的着眼点各是什么？

9、为什么要考虑水泵和虹吸管的安装高度？

提示：虹吸管和水泵的吸水管内都存在负压。当安装高度较高时，虹吸管的最高处和水泵的进口的压强可能小于水的汽化压强，在那里水将变成蒸汽，破坏了水流的连续性，导致水流运动中断。因此在进行虹吸管和水泵的设计时必须考虑它们的安装高度

11、 长管、短管是怎样定义的？判别标准是什么？如果某管道是短管，但想按长管公式计算，怎么办？

12、什么是水击？减小水击压强的措施有那些？

答：压力管道中，由于管中流速突然变化，引起管中压强急剧增高（或降低），从而使管道断面上发生压强交替升降的现象，称为水击。

工程上常常采取以下措施来减小水击压强：

（一）延长阀门（或导叶）的启闭时间T

（二）缩短压力水管的长度

（三）修建调压室 （四）减小压力管道中的水流流速v0

13、 用伯努利能量方程解释为什么在炎热的夏天，当火车开动后，车厢里顿时会有风从车厢两侧吹进？

答：当火车开动后，车厢内的空气获得一定的流速，该流速远大于火车周围的空气流速。由伯努利方程

c g v p

z =++22

γ…… 14．用流体力学原理说明为什么当火车进站时，人们需稍微远离站台边缘。

答案提示：（1）所用知识点：伯努利方程c g v p

z =++22

γ（2）火车进站时具有相当快的速度，越靠近车体的空气的流速越大，压强就越小；（3）人身体前后产生较大的指向列车的压力差

15、试写出动能修正系数α的数学表达式，并说明其含义。

试写出动量修正系数0α的数学表达式，并说明其含义。

17、解释为什么雷诺数可以用来作为判别流态的一般准则。

答：层流受扰动后，当粘性的稳定作用起主导作用时，扰动就受到粘性的阻滞而衰减下来，层流就是稳定的；当扰动占上风，粘性的稳定作用无法使扰动衰减下来，于是流动便变为紊流。因此，流动呈现什么流态，取决于扰动的惯性作用和粘性的稳定作用相互斗争的结果。雷诺数之所以能判别流态，正是因为它反映了惯性力与粘性力的对比关

系,[][][][][][][][][][][][][][]

[]Re //223===μρμρL v L v L L v L 粘性力惯性力。 18、总流能量方程的物理意义是什么？试说明方程中各项的物理意义？

答：总流的能量方程表述为：2122

22

221

11

122-+++=++l h g v p z g v p z αγαγ

它的物理意义是：水流只能从总机械能大的地方流向总机械能小的地方。各项物理意义如下：

z ─总流过水断面上单位重量液体所具有的位能，简称为单位位能；

γ

p ─总流过水断面上单位重量液体所具有的压能，简称为单位压能； γ

p z +─总流过水断面上单位重量液体所具有的平均势能，简称为单位势能； g

v 22

α─总流过水断面上单位重量液体所具有的平均动能； g v p

z H 22

αγ++=─总流过水断面上单位重量液体所具有的总能量，即总机械能；

20、“恒定流与非恒定流”，“均匀流与非均匀流”，“渐变流与急变流”是如何定义的？

(1)液体运动时，若任何空间点上所有的运动要素都不随时间而改变，这种水流称为恒定流。若任何空间点上所有的运动要素随时间发生了变化，这种水流称为非恒定流。

(2)在恒定流中，液流同一流线上液体质点流速的大小和方向均沿程不变地流动，称为均匀流。当流线上各质点的运动要素沿程发生变化，流线不是彼此平行的直线时，称为非均匀流。

(3)流线接近于平行直线的流动称为渐变流，流线的曲率较大，流线之间的夹角也较大的流动，称为急变流。

21． 什么是流线？什么是迹线？指出两者的区别。

流线：在某一瞬时，在流场中所作的一条出处于该曲线上所有质点的速度矢量相切的曲线。（3分）迹线：流体质点的运动轨迹线。（或同一质点在个不同时刻所占有的空间位置联成的空间曲线。）

流线与迹线是两个不同的概念。迹线是Lagrange 法对流动的描述，它是某一质点在某一时段内的流动轨迹线，而流线代表某一瞬时流场中一系列液体质点的流动方向线，它是Euler 法对流动的描述，两者不应混同。

22． 根据达西公式g v R l h f 242λ=和层流中

Re A =λ的表达式，证明层流中沿程水头损失hf 是与流速v 的一次方成

正比

1、试解释附面层（边界层）概念；

答：在大雷诺数绕流时，紧靠物体表面附近存在一个速度发生急剧变化的极薄的流体层，在该薄层内，流体作粘性有旋运动，这样的薄层即称为附面层。

2、试用能量方程解释飞机的升力是如何产生的。

答：飞机机翼呈上凸下凹状，当空气流经机翼时，其上侧流速较大，压力较小；下侧流速较小压力较大，从而在机翼上下产生了一个压力差，此即为飞机的升力。

2、试用能量方程解释在闷热无风的夏天，当火车运行时，风会从两侧的车窗徐徐吹进。

答：但火车运行时，车厢附近的空气由于粘性的作用，会跟随车厢一道运动，且越靠近车厢，空气的速度越大。这样，由能量方程可知，越靠近车厢处，空气的压强就越小。从而产生了一个指向车厢的压力差。在此压差的作用下，空气就经由车窗被吹进了车厢内。

1． 什么是绝对压强，什么是相对压强？

绝对压强是以绝对真空为基准的压强，相对压强是以当地大气压强为基准的压强。

2． 均匀流具有的特征是什么？

①过水断面为平面，过水断面形状、尺寸沿程不变；

②同一流线上的流速相等，流速分布相同，平均流速相同；

③动水压强按静水压强分布

3． 流线为什么不能相交？

因流线上任一点的切线方向代表该点的流速方向，如果流线相交，在交点出就会出现两个切线方向，而同一时刻同一点流体质点不可能同时向两个方向运动。

简述粘性流体绕流物体时产生阻力的原因。如何减少阻力？

答：（1）阻力有两部分，一部分是由于粘性产生切向应力形成的摩擦阻力；另一部分是由于边界层分离产生压强差形成的压差阻力（形状阻力）。

（2）要减小摩擦阻力，应使层流边界层转变为紊流边界层的转捩点尽可能后移；

把物体作成流线型，使分离点后移，甚至不发生分离，可减少物体后面的尾涡区，从而减小压差阻力。

1、 试说明为什么飞机机翼呈上凸下凹形状？

解：飞机机翼呈上凸下凹状，当空气流经机翼时，其上侧流速较大，压力较小；下侧流速较小压力较大，从而在机翼

上下产生了一个压力差，此即为飞机的升力。

3、dA u A

v A ?=1和?=T udt T u 01表达的各是什么含义，并说明其本质差别。 解答：前式表示断面上空间分布不均匀的速度对断面积的平均；后式通常表示随时间不规则变化紊流瞬时速度对

时间所取的平均。

第二章 1．物质的物理属性比较 ． 在常温常压下，物质可以分为固体、液体和气体三种聚集状态。 在常温常压下，物质可以分为固体、液体和气体三种聚集状态。它们 都具有下列物质的三个基本属性： 都具有下列物质的三个基本属性： （1）由大量分子组成， ）由大量分子组成， （2）分子不断地作随机热运动， ）分子不断地作随机热运动， （3）分子与分子之间有相互作用力。 ）分子与分子之间有相互作用力。 I 从宏观上看同体积内所包含的分子数目：气体<液体 固体 II 同 从宏观上看同体积内所包含的分子数目：气体 液体 液体<固体 样分子间距上的分子相互作用力：气体 液体 液体<固体 样分子间距上的分子相互作用力：气体<液体 固体 III 固体、液体和气体宏观的表象差异 固体、 固体有一定的体积也有一定的形状； 固体有一定的体积也有一定的形状； 液体有一定的体积而无一定的形状； 液体有一定的体积而无一定的形状； 气体既无一定的体积也无一定的形状。 气体既无一定的体积也无一定的形状。 IV 固体、液体和气体力学性能比较： 固体、液体和气体力学性能比较 固体可以承受拉力、压力和切应力； 固体可以承受拉力、压力和切应力； 液体却只能承受压力，几乎不能承受拉力， 液体却只能承受压力，几乎不能承受拉力，在极小的切应力作用 下就会出现连续的变形流动，它只呈现对变形运动的阻力，不能 下就会出现连续的变形流动，它只呈现对变形运动的阻力， 自行消除变形。这一特性称为流体的易流动性。 自行消除变形。这一特性称为流体的易流动性。 气体与液体性能相近，主要差别是，可压缩性的大小。气体 液体 气体与液体性能相近，主要差别是，可压缩性的大小。气体>液体 2．粘度的表示方法：动力粘度μ 、运动粘度ν 、恩氏粘度°E ．粘度的表示方法：动力粘度μ 运动粘度ν 恩氏粘度° 3.粘度的变化规律 粘度的变化规律 1） ） 液体粘度大小取决于分子间的距离和分子引力。当温度升 液体粘度大小取决于分子间的距离和分子引力。 高或压强降低时液体膨胀，分子间距增加，分子引力减小， 高或压强降低时液体膨胀，分子间距增加，分子引力减小，粘 度降低。反之，温度降低，压强升高时，液体粘度增大。 度降低。反之，温度降低，压强升高时，液体粘度增大。 2）气体分子间距较大，内聚力较小，但分子运动较剧烈，粘性主 ）气体分子间距较大 内聚力较小，但分子运动较剧烈， 要来源于流层间分子的动量交换。 当温度升高时， 分子运动加剧， 要来源于流层间分子的动量交换。 当温度升高时， 分子运动加剧， 所以粘性增大；而当压强提高时，气体的粘性增大。 所以粘性增大；而当压强提高时，气体的粘性增大。 第三章 1．流体处于静止状态包括了两种形式 1）绝对静止 2）相对静止 ． ） ） 2、常见的质量力： 、常见的质量力： 重力Δ 重力ΔW = Δmg 、 、 直线运动惯性力Δ 直线运动惯性力ΔFI = Δm ·a 惯性力 离心惯性力Δ 离心惯性力ΔFR = Δm ·r ω2 。 ω 3．表面力的作用机理： ．表面力的作用机理： 周围流体分子或固体分子对分离体表面的分子作用力的宏观表现。 周围流体分子或固体分子对分离体表面的分子作用力的宏观表现。 *4．流体静压强的两个特性： ．流体静压强的两个特性： I 、流体静压强垂直于其作用面，其方向指向该作用面的内法线方向。 、流体静压强垂直于其作用面，其方向指向该作用面的内法线方向。 （利用静止流体性质进行证明） 利用静止流体性质进行证明） II 、静止流体中任意一点处流体静压强的大小与作用面的方位无关， 、静止流体中任意一点处流体静压强的大小与作用面的方位无关， 即同一点各方向的流体静压强均相等。 即同一点各方向的流体静压强均相等。 *5．等压面的性质： ．等压面的性质： I 、等压面也是等势面； 、等压面也是等势面； II 、等压面垂直于单位质量力； 、等压面垂直于单位质量力； III 、两种互不掺混液体的分界面也是等压面。 、两种互不掺混液体的分界面也是等压面。 7．流体静力学基本方程的能量意义和几何意义 ． 1）能量意义：在重力场中，对均质连续不可压缩平衡流体，任意一 ）能量意义：在重力场中，对均质连续不可压缩平衡流体， 点单位质量流体的总势能保持不变 。 2）几何意义：在重力场中，对均质连续不可压缩静止流体，其静力 ）几何意义：在重力场中，对均质连续不可压缩静止流体， 水头为一确定值， 换句话说静力水头的连线为一平 水头为一确定值， 行于某一基准面的水平线。 行于某一基准面的水平线。 的水平线 8．液面压强的产生方式：外力施加于流体表面产生压强。 ．液面压强的产生方式：外力施加于流体表面产生压强。 一是通过固体对流体施加外力而产生压强； 一是通过固体对流体施加外力而产生压强； 二是通过气体使液体表面产生压强； 二是通过气体使液体表面产生压强； 三是通过不同质的液体使液面产生压强 9．流体静压强的表示方法：表压强、绝对压强、真空度 ．流体静压强的表示方法：表压强、绝对压强、 *10．表压强、大气压强、绝对压强和真空度之间关系 ．表压强、大气压强、 绝对压强 = 大气压强 + 表压强 表压强 = 绝对压强 ? 大气压强 真空度 = 大气压强 ? 绝对压强 11．静压强的计量单位 ． 应力单位：Pa 、N/m2、bar 应力单位： 、 、 液柱高单位： 液柱高单位：mH2O 、mmHg 、 标准大气压： 标准大气压：1 atm = 760 mmHg =10.33 mH2O = 101325 Pa ≈ 1bar 第四章 （1）简述层流和湍流的流态特征。 ）简述层流和湍流的流态特征。 *层流 滞流） 不同径向位置的流体微团各以确定的速度沿轴向分层 层流 滞流） （ ： 运动，层间流体互不掺混。 运动，层间流体互不掺混。 ——流速较小时 流速较小时 *湍流（湍流） 各层流体相互掺混，流体流经空间固定点的速度随时 湍流（湍流） 各层流体相互掺混， ：各层流体相互掺混 湍流 ： 间不规则地变化，流体微团以较高的频率发生各个方向的脉动。 间不规则地变化，流体微团以较高的频率发生各个方向的脉动。 ——当流体流速增大到某个值之后 当流体流速增大到某个值之后 （2）什么是“内摩擦力 ？简述不同流态流体中“内摩擦力 的产生机 ）什么是 内摩擦力”？简述不同流态流体中 内摩擦力”的产生机 内摩擦力 内摩擦力 理。 内摩擦力是流体内部相邻两流体层的相互作用力， 称为剪切力单位面 内摩擦力是流体内部相邻两流体层的相互作用力， 积上所受到的剪力称为剪切应力 积上所受到的剪力称为剪切应力 层流流动： 基本特征是分层流动， 表现为各层之间相互影响和作用较 层流流动： 基本特征是分层流动， 小，剪应力主要是由分子运动引起的。 剪应力主要是由分子运动引起的。 湍流流动:存在流体质点的随机脉动，流体之间相互影响较大， 湍流流动 存在流体质点的随机脉动，流体之间相互影响较大，剪应 存在流体质点的随机脉动 力除了由分子运动引起外，还由质点脉动引起。 力除了由分子运动引起外，还由质点脉动引起。 （3）流体流动时产生阻力的根本原因是什么？ ）流体流动时产生阻力的根本原因是什么？ 流体具有粘性，所以流动时产生内摩擦力 流体具有粘性，所以流动时产生内摩擦力 流动时产生 产生形体阻力的主要原因：边界层分离……形成尾流区……形体 产生形体阻力的主要原因：边界层分离……形成尾流区……形体 ……形成尾流区…… （4）什么情况下可用牛顿黏性定律计算剪切应力？牛顿型流体有哪 ）什么情况下可用牛顿黏性定律计算剪切应力？ 些？ 在纯剪切流动

中相邻两流体层之间的剪应力, 在纯剪切流动中相邻两流体层之间的剪应力流体呈层流运动牛顿流体:所有气体和大多数低相对分子质量的液体均属于此类流牛顿流体所有气体和大多数低相对分子质量的液体均属于此类流所有气体和大多数低体，如水、汽油、煤油、甲苯、乙醇等如水、汽油、煤油、甲苯、（5）简述温度和压力对液体和气体黏度的影响。）简述温度和压力对液体和气体黏度的影响。压力：气体的黏度随压强的升高而增加，低密度气体和液体的黏压力：气体的黏度随压强的升高而增加，度随压强的变化较小。对常见的流体，如水、气体等黏度随压度随压强的变化较小。对常见的流体，如水、气体等,黏度随压强的变化不大，强的变化不大，一般可忽略不计温度：当温度升高时，液体的黏度减小，温度：当温度升高时，液体的黏度减小，气体的黏度增加 1．流线的特点：I、定常流动中，流线与迹线重合为一条。非定常流．流线的特点：、定常流动中，流线与迹线重合为一条。动中，动中，流线的位置和形状随时间而变化，因此流线与迹线不重合。流线的位置和形状随时间而变化，因此流线与迹线不重合。 II、一般来讲，在某一时刻，通过流场中的某一点、一般来讲，在某一时刻，只能作出一条流线。流线既不能转折，也不能相交。只能作出一条流线。流线既不能转折，也不能相交。能相交特例：驻点：的点；奇点：特例：驻点：速度为 0 的点；奇点：速度为无穷大的；流线相切的点点（源和汇）流线相切的点。源和汇）流线相切的点。； 2．对于圆管内的流动：．对于圆管内的流动： Re<2000 时，流动总是层流型态，称为层流区；流动总是层流型态，称为层流区； Re>4000 时，一般出现湍流型态，称为湍流区；一般出现湍流型态，称为湍流区； 2000

6. 引起局部能量损失的原因主要是：引起局部能量损失的原因主要是：（1）截面变化引起速度的重新分布）（2）流体质点相互碰撞和增加摩擦；）流体质点相互碰撞和增加摩擦；（3）两次流；）两次流；（4）流动分离形成涡旋。）流动分离形成涡旋。第八章 1．．厚壁孔口只有内收缩而无外收缩，这是它与薄壁孔.口的区别之一。厚壁孔口只有内收缩而无外收缩，这是它与薄壁孔口的区别之一。区别之二是厚壁孔口阻力损失由下列三部分组成：区别之二是厚壁孔口阻力损失由下列三部分组成：一是入口阻力损断面后的扩大阻力损失，三是后半段上沿程能头损失。失，二是 c-c 断面后的扩大阻力损失，三是后半段上沿程能头损失。因此第九章 1．明渠的底坡：正坡明渠、平坡明渠、逆坡明渠．明渠的底坡：正坡明渠、平坡明渠、 2．均匀流产生条件：只有在顺坡明渠中才有可能产生均匀流．均匀流产生条件： 3．明渠均匀流的特性：．明渠均匀流的特性： 1）过水断面的形状、尺寸及水深沿程不变。）过水断面的形状、尺寸及水深沿

程不变。 2）过水断面上的流速分布、断面平均流速沿程不变；）过水断面上的流速分布、断面平均流速沿程不变；因而，水流的动能修正系数及流速水头也沿程不变。因而，水流的动能修正系数及流速水头也沿程不变。 3）总水头线、水面线及底坡线三者相互平行）总水头线、 4．明渠均匀流产生的条件. ．明渠均匀流产生的条件 1）水流应为恒定流。）水流应为恒定流。 2）流量应沿程不变，即无支流的汇入或分出）流量应沿程不变，应沿程不变 3）渠道必须是长而直的棱柱体顺坡明渠，粗糙系数沿）渠道必须是长而直的棱柱体顺坡明渠，程不变 4）渠道中无闸、坝或跌水等建筑物的局部干扰）渠道中无闸、 5．水力最佳断面.的条件：．水力最佳断面的条件的条件： 6．允许流速． 1）渠道中的流速 V 应小于不冲允许流速 V` ） 2）渠道是的流速 V 应大于不淤流速 V` ） 3）不冲允许流速的大小决定于土质情况、护面材料、以及通过流）不冲允许流速的大小决定于土质情况、护面材料、量等因素；量等因素；不淤允许流速是为防止悬浮泥沙的淤积，不淤允许流速是为防止悬浮泥沙的淤积，防止水草滋生，滋生，分别为 0.4m/s、0.6m/s 、第十章 1．堰流及闸孔出流的水流状态比较． 1）堰流和闸孔出流的区别：堰流的水面线是光滑的降落曲线；闸）堰流和闸孔出流的区别：堰流的水面线是光滑的降落曲线孔出流的上下游水面是不连续的。由于边界条件的这种差异，它孔出流的上下游水面是不连续的。由于边界条件的这种差异，们的水流特征及过水能力也不相同。们的水流特征及过水能力也不相同。 2）堰流和闸孔出流的相同点：引起壅水，然后水面降落，是在重）堰流和闸孔出流的相同点：引起壅水，然后水面降落， ? ? χ= 最小值? A = 常数力作用下形成的一种水流运动，都是从势能转化为动能的过程。力作用下形成的一种水流运动，都是从势能转化为动能的过程。都属于明渠急变流，主要是局部水头损失。都属于明渠急变流，主要是局部水头损失。