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流体力学课堂听课记录及课外思考题环境科学与工程学院市政工程系第一讲 第1章 绪论本章主要介绍流体的主要物理性质和作用在流体上的力，流体力学中主要的简化模型。（一）本节重难点：重点：作用于流体上的力的分类与表示方法；流体的主要物理性质。难点：对黏性和牛顿内摩擦定律的物理意义的理解。问题：1、作用在流体上的力及其分类、单位。2、流体的主要物理性质。3、正确理解牛顿内摩擦定律中各项的物理意义。4、流体力学中涉及的简化模型。练习题：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。2、作用于流体的质量力包括：( )（a）压力； （b）摩擦阻力； （c）重力； （d）表面张力。3、单位质量力的国际单位是：（ ）（a）N； （b）Pa； （c）； （d）。4、与牛顿内摩擦定律直接有关的因素是：( )（a）剪应力和压强； （b）剪应力和剪应变率； （c）剪应力和剪应变；（d）剪应力和流速。5、水的动力黏度随温度的升高： ( )（a）增大； （b）减小； （c）不变； （d）不定。6、流体运动黏度的国际单位是：( )（a）； （b）； （c）； （d）。7、无黏性流体的特征是：（ ）（a）黏度是常数； （b）不可压缩； （c）无黏性； （d）符合。8、为了进行绝缘处理，将导线从充满绝缘涂料的模具中间拉过。已知导线直径为0.8mm；涂料的黏度=0.02，模具的直径为0.9mm，长度为20mm，导线的牵拉速度为50，试求所需牵拉力。 2 / 46第二讲 第2章 流体静力学（1）本章研究流体在静止状态下的力学规律及其在工程中的应用，以静压强为中心，主要包括静压强特性、基本方程、静压强分布规律以及作用在平面和曲面上液体总压力的计算方法。（二）本节重难点：重点：流体静压强的计算。问题：1、流体静压强的定义、流体静压强的两个基本特性。2、重力作用下液体静压强基本方程式的两种表达形式；气体压强计算。3、压强的两种计算基准（绝对压强和相对压强）、真空度；压强的度量单位。练习题：1、静止流体中存在：（ ）（a）压应力；（b）压应力和拉应力；（c）压应力和剪应力；（d）压应力、拉应力和剪应力。2、相对压强的起算基准是：（ ）（a）绝对真空；（b）1个标准大气压；（c）当地大气压；（d）液面压强。3、金属压力表的读值是：（ ）（a）绝对压强；（b）相对压强；（c）绝对压强加当地大气压；（d）相对压强加当地大气压。4、某点的真空度为65000Pa，当地大气压为0.1MPa,该点的绝对压强为：（ ）（a）65000Pa；（b）55000Pa；（c）35000Pa；（d）165000Pa。5、绝对压强与相对压强、真空度、当地大气压之间的关系是：（ ）（a）=+；（b）=+；（c）=-；（d）=+。6、正常成人的血压是收缩压100120mmHg，舒张压6090mmHg，用国际单位制表示是多少Pa?7、密闭容器，压力表的示值为4900N/m2，压力表中心比A点高0.4m，A点在水下1.5m，求水面压强。8、盛满水的容器，顶口装有活塞，直径=0.4m，容器底的直径=1.0m，高=1.8m，如活塞上加力2520N（包括活塞自重），求容器底的压强和总压力。 48 / 46第三讲 第2章 流体静力学（2）（三）本节重难点：重点：作用于平面的液体总压力计算。问题：1、测压管、压差计、微压计的应用。2、作用于平面的液体总压力大小和作用点的计算方法（解析法与图解法）、压强分布图的绘制。练习题：1、在密闭容器上装有U形水银测压计，其中1、2、3点位于同一水平面上，其压强关系为：（ ）（a）；（b）=；（c）；（d）；（b）=；（c）； （b）9m； （b）=（34），（34），9m； （d）（34），9m。3、图示两根完全相同的长管道，只是安装高度不同，两管的流量关系是：（ ）（a）；（c）=；（d）不定。4、薄壁孔口出流，直径=2cm，水箱水位恒定=2m，试求：（1）孔口流量Q ；（2）此孔口外接圆柱形管嘴的流量；（3）管嘴收缩断面的真空高度。第十四讲 第5章 孔口管嘴管路流动（2）（十四）本节重难点：重点：串联管路与并联管路的计算。难点：掌握复杂管路的计算。问题：1、简单管路计算公式、管路阻抗。2、串联管路与并联管路的定义、基本计算方法。3、枝状管网与环状管网的基本计算方法。4、有压管路中的水击现象、水击波传播过程、直接水击与间接水击的概念、减小水击危害的措施。练习题：1、并联管道1、2，两管的直径相同，沿程阻力系数相同，长度=3，通过的流量为：（ ）（a）=； （b）=1.5； （c）=1.73； （d）=3。2、并联管道1、2、3、A、B之间的水头损失是： （a）=+；（b）=+；（c）=+；（d）=。 3、水从密闭容器，沿直径=25mm，长=10m的管道流入容器，已知容器水面的相对压强=2at，水面高=1m，=5m，沿程摩阻系数=0.025，局部损失系数：阀门=4.0，弯头=0.3，试求流量。4、在长为2，直径为的管道上，并联一根直径相同，长为的支管（图中虚线），若水头不变，不计局部损失，试求并联支管前后的流量比。第十五讲 第6章 气体射流 本章讨论气体射流的一些基本概念、基本规律及其在工程中的应用。包括无限空间淹没紊流射流的特征、圆断面和平面射流的流速和流量等沿程变化规律、温差和浓差射流中温差和浓差的沿程变化规律。（十五）本节重难点：重点：掌握无限空间淹没紊流射流特征；圆断面射流、平面射流和温差、浓差射流的计算。难点：理解射流结构及发展过程；几种常见射流的几何特征、运动特征和动力特征。问题：1、射流流动特性及基本结构；过渡断面、起始段及主体段的概念；紊流系数的概念。2、无限空间淹没紊流射流的几何特征、运动特征和动力特征。3、温差射流的热力特征；温差和浓差分布规律、射流弯曲及轴心轨迹。练习题：1、 气体在自由射流时，射流中任意一点的静压强均（ ）周围的大气压。（a） 大于; （b）小于； （c）等于； （d）不能确定。2、在温差射流中，无因次温度分布线在无因次速度分布线的（ ）（a）内侧; （b）外侧； （c）重合； （d）不能确定。3、在温差射流中，在等压条件下，射流各截面的（ ）不变，出口断面与任意截面的单位时间的相对焓值相等。（a）相对焓值; （b）相对压强； （c）相对温度； （d）相对位置。4、温差/浓差射流中，轴线发生弯曲的原因是其（ ）与周围气体不同导致受力不平衡。（a）压强; （b）密度； （c）质量； （d）速度。5、已知a=0.08，6、已知a=0.08，第十六讲 第7章 不可压缩流体动力学基础（1） 本章讨论黏性不可压缩流体三元流动的基本方程组和定解条件。（十六）本节重难点：重点：掌握流体微团运动分析方法。难点：理解流体微团运动组成。问题：1、流体微团运动的组成、亥姆霍兹速度分解定理。2、有旋流动的定义、涡量连续性微分方程。3、不可压缩流体连续性微分方程。4、黏性流体的内应力、以应力表示的运动微分方程。练习题：1、下列两个流动，哪个有旋？哪个无旋？哪个有角变形？哪个无角变形？式中、是常数。（1）=，=；=0（2）=，=，=0 2、不可压缩流体，下面的运动能否出现（是否满足连续性条件）？（1）=2； =（2）=； =（3）=； =；=第十七讲 第7章 不可压缩流体动力学基础（2） （十七）本节重难点：重点：纳维-斯托克斯方程。难点：纳维-斯托克斯方程的推导及其物理意义。问题：1、切应力和角变形速度的关系、法向应力和线变形速度的关系。2、纳维-斯托克斯方程的基本形式、方程的物理意义。3、理想不可压缩流体的运动微分方程、理想流体恒定流能量方程式。4、黏性不可压缩流动常见的运动学、动力学初始条件和边界条件。5、雷诺方程、雷诺应力、紊流基本方程的封闭条件。练习题：1、设两平板之间的距离为2h，平板长宽皆为无限大，如图所示。使用粘性流体运动微分方程，试推导不可压缩流体恒定流的流速分布式。 第十八讲 第8章 绕流运动（1） 本章讨论势流理论的基本内容，包括不可压缩流体平面无旋流动求解的奇点法、附面层的概念、曲面附面层的分离现象和平板附面层的计算、绕流阻力的计算方法。（十八）本节重难点：重点：1、平面无旋流动的势函数与流函数。2、势流叠加原理。难点：掌握势流叠加方法。问题：1、无旋流动模型、速度势函数、拉普拉斯方程。2、平面无旋流动的流函数和势函数、流网的性质。3、均匀直线流动、源流和汇流、环流、直角内的流动。4、势流叠加原理。5、均匀直线流中的源流、匀速直线流中的等强源汇流、偶极流绕柱体的流动、源环流。练习题：1、下列判断正确的是：（ ）（a）有旋流动必是有势流动； （b）无旋流动必是有势流动； （c）有旋流动不是有势流动； （d）以上说法均不对。2、平面流动具有势函数的条件是：（ ）（a）无粘性流体； （b）无旋流动； （c）具有流函数； （d）满足连续性。3、平面流动具有流函数的条件是：（ ）（a）无粘性流体； （b）无旋流动； （c）具有流函数； （d）满足连续性。4、在不可压缩流体的平面势流中，流线与等势线之间的关系是：（ ）（a）平行； （b）正交； （c）相交； （d）不能确定。5、给定平面流动的速度场ux=x2y+y2，uy=x2-y2x。问：（1）是否存在不可压缩流函数和速度势函数；（2）如存在，给出他们的具体形式。第十九讲 第8章 绕流运动（2） （十九）本节重难点：重点：1、附面层的概念。2、绕流阻力计算。难点：1、理解附面层的基本概念。2、理解附面层分离现象与形状阻力的概念。问题：1、附面层的形成及其性质、管流附面层。2、平附面层动量方程基本形式。3、平板附面层基本方程、平板层流附面层近似计算、平板紊流附面层近似计算。4、曲面附面层的分离现象、形状阻力的概念、卡门涡街。5、绕流阻力计算公式、常见形体绕流阻力的变化规律、悬浮速度、绕流升力的一般计算式。练习题：1、附面层的分离只能发生在压强_速度_的区域。（ ）（a）增大、减小； （b）增大、增大； （c）减小、减小； （d）减小、增大。2、理想流体附面层在（ ）中存在。（a）圆柱绕流； （b）均匀流中顺流放置的薄平板；（c）管道进口段； （d）任何边界中都不可能。3、绕流阻力包括：（ ）（a）形状阻力； （b）压差阻力； （c）摩擦阻力和形状阻力； （d）形状阻力。4、什么是附面层？附面层概念的提出对流体力学的研究有何意义？5、试给出无穷远处来流速度均为Uo的平板附面层结构图。第二十讲 第9章 一元气体动力学基础（1）本章主要讨论可压缩气体在管道中作恒定流动时的基本运动规律。（二十）本节重难点：重点：1、理想气体一元恒定流动运动方程。2、掌握气体一元恒定流动的连续性方程。难点：1、声速、滞止参数和马赫数的物理意义。2、气流速度与断面的关系。问题：1、欧拉运动微分方程；气体一元定容流动、气体一元等温流动、气体一元绝热流动。2、声速计算公式、滞止参数的定义、马赫数的定义及物理意义。3、气流按不可压缩处理的极限。4、气体一元恒定流动的连续性微分方程、气流速度与断面的关系。练习题：1、下列公式中不能反映气体在做绝热流动时能量方程：（ ）（a） ；（b）；（c）；（d）。2、音速是反映流体（ ）大小的物理参数。（b） 压缩性； （b）热胀性； （c）粘性； （d）流动性。3、在等熵流动中，滞止参数值（ ）（c） 增大； （b）减小； （c）不变； （d）无法确定。4、气体按照不可压缩流体处理的极限是（ ）（a）Ma0.2； （b）Ma0.2； （c）Ma0.4； （d）Ma0.4。5、文丘里流量计，进口直径d1=100mm，温度t1=20C，压强p1=420kPa，喉管直径d2=50mm，压强p2=350kPa。已知当地大气压强pa=101.3kPa，求通过空气的质量流量。第二十一讲 第9章 一元气体动力学基础（2）（二十一）本节重难点：重点：掌握等温管路和绝热管路流动特性及计算。难点：等温管流特征；绝热管流特征。问题：1、气体管路运动微分方程、气体管路等温流动计算公式、等温管流的特征。2、绝热管路运动方程、绝热管路流动基本公式、绝热管流的特性。练习题：1、 完善下列表格一元等熵气流各参数沿程变化趋势流动参数Ma1渐缩管渐扩管渐缩管渐扩管流速 v压强 p密度 温度 T等温管流各参数沿程变化趋势流动参数流速 v压强 p密度 温度 T滞止温度 T0绝热管流各参数沿程变化趋势流动参数Ma1流速 v压强 p密度 温度 T滞止温度 T0第二十二讲 第10章 相似性原理和因次分析（1）本章讨论有关实验研究的基本理论和方法，包括相似概念、相似准则及物理意义、模型律的旋转、因次和谐原理以及因次分析方法。（二十二）本节重难点：重点：相似准则。难点：相似准则与模型律。问题：1、流动相似的概念和相似条件（包括初始条件和边界条件相似）。2、不可压缩流体流动的相似准则、欧拉数、弗诺得数、雷诺数、马赫数。3、典型常见流动的模型律。练习题：1、 进行水力模型实验，要实现明渠水流的动力相似，应选的相似准则是：（ ）（a）雷诺准则； （b）弗诺得准则；（c）欧拉准则； （d）其他。2、 进行水力模型实验，要实现有压管流的动力相似，应选的相似准则是：（ ）（a）雷诺准则； （b）弗诺德准则；（c）欧拉准则； （d）其他。3、 雷诺数的物理意义表示：（ ）（a）粘滞力与重力之比;（b）重力与惯性力之比;（c）惯性力与粘滞力之比;（d）压力与粘滞力之比。4、 明渠水流模型实验，长度比尺为4，模型流量应为