流体力学-问题的答案

第一章

1、什么是流体？流体的三大特性？

流体是能流动的物质，从其力学特征看，流体是一种受任何微小剪切力都能连续变形的

物质。

流体的三大特性：易流动性，可压缩性，粘性

2、什么是流体的连续介质假设？

对于流体质点而言，我们假定他们之间没有空隙,在空间连续分布,所以将流体视为由

无数连续分布的流体质点所组成的连续介质，这就是流体的连续介质假设。

连续介质假设是流体力学的基本假设之一，我们依据了这个假设，才能把微观问题转化

为宏观问题来处理。

3、什么是不可压缩流体？

流体的膨胀系数和压缩系数全为零的流体叫不可压缩流体。

4、体积压缩系数、温度膨胀系数如何定义？

体积压缩系数：表示当温度保持不变时，单位压强增量所引起的体积变化率。

温度膨胀系数：表示当压强不变时，单位温升所引起的流体体积的变化率。

5、什么是流体的黏性？

流体的粘性是指流体质点运动发生相对滑移时产生切向阻力的性质。

6、什么是牛顿内摩擦定律？

作用在流层I：的切向力与速度梯度成正比，其比例系数为流体的动力粘度

7、动力黏度与压强、温度有什么关系？

普通压强对流体的黏度几乎没有影响，可以认为，流体的黏度只随温度变化。

温度对流体粘度的影响很大。液体的黏度随着温度的上升而减小，气体的黏度随着温度

的上升而增大。之所以会出现这种情况，是因为构成它们纵性的机理不同。液体分子间的吸

引力是构成液体黏性的主要因素：构成气体黏性的主要因素是气体分子做随机运动时，在不

同流速的流层间所进行的动量交换。

8、什么是理想流体？

黏性为零的流体称为理想流体

9、如何计算肥皂泡内的压强？

设肥皂泡外压强为大气压强尸。,表面张力系数为。。表面张力引起的附加压力成为毛细

压力，曲面的凹面高于凸面的压强差为AP二言（R为球面的曲率半径）。对肥皂泡，因为存

在两个液体表面，故泡内高于泡外的压强差为

1\

所以肥皂泡内压强：

4。

P.=Pn+—

第二章

1、什么是质量力、表面力，二者有何关系？

质量力：指作用在流体内部每一个质点上的力，它的大小与流体的质量成正比。质量力

是某种力场对流体质点的作用力，它不需要与流体直接接触

表面力：指作用在所研究的流体体积表面上的力，它是由与流体相接触的其他物体（流

体或固体）的作用产生的。任一表面力都可以分解为：与流体表面相垂直的法向力和与流体

表面相切的切向力。

2、流体静压强有什么特性？

流体静压强具有两个重要特性：

特性一：流体静压强的方向总是和作用面相垂直且指向该作用面，即沿着作用面的内法

线方向。

特性一：在静止流体内部任意点处的流体静压强在各个方向都是相等的。

3、流体静力学基本方程的适用条件和物理意义？

适用条件：1.静止2,不可压缩均质流体3.只受重力

物理意义：z+二=C说明在静止的不可压缩均质重力流体中，任何一点的压强势能和

P9

位势能之和是常数，即总静能头保持不变。位势能和压强势能可以相互转换，但其总和始终

保持不变。

4、达朗贝尔原理在静力学中有何应用？

解决等加速水平直线运动容器中液体的相对平衡和等角速度旋转容器中液体的相对平

衡问题。

5、什么是物体受到的总压力？

在静止液体中，作用在平面上的合力（总压力），等于作用在该平面几何中心点处的静

压强与该平面面积的乘积，

6、什么是总压力的作用点？

总压力的作用线与平面的交点即为总压力的作用点，叫压力中心。

压力中心总是在平面的几何中心之下。

7、什么是压力体？如何区分虚、实？（P54）

压力体是从积分式人力d七得到的一个纯几何体积，是一个数学概念，与这个体积内是

否充满着液体无关。

对于实压力体，垂直分离方向一定垂直向下：而对于虚压力体，垂直分力方向一定铅直

向上。

8、如何计算弯曲表面的水平分力？

流体作用在柱形曲面上的合力的水平分离等于曲面的垂直投影面积与垂直投影面几何

中心处的总压力的乘积。

&=（Po+Pghc）4

9、如何计算弯曲表面的竖直分力？

FZ=+P9%

由两部分组成：一部分为自由液面上压强P。与曲面在水面内的投影面积人的乘积；另一部分

为曲面之上压力体体积％的液重。

注：容器内液面敞开于大气的条件下，去掉项。

第三章

1、欧拉法与拉格朗日法有何不同？

拉格朗人法是通过跟随每一个流体质点的运动来研究整个流场。

欧拉发是从流场各空诃点出发，通过研究经过该店的不同流体质点的运动，来研究整个

流场。

两种方法测量流体流动参数的方法也是不同的。

2、随体导数、当地导数和迁移导数有什么关系？

随体导数（全导数）等于当地导数和迁移导数之和。

3、迹线是如何形成的？

迹线就是流体质点的运动轨迹。在水流中用细针注入染色水，或在气流中注入烟气，在

对这些作了标记的流体质点摄像，就可以得到流体质点某段时刻的运动轨迹。

4、流线有什么特征？

在某一瞬时，该曲线上的每一点的速度矢量都在该点与曲线相切。

流线实际上是一条想象的曲线，流线上各点的速度矢量都是同一瞬时的值。如果流体流

动的各参量不随时间变化，这种流动称为定常流动。

5、什么是有效截面、湿周、水力半径？P70

截面与速度矢量（或流线）处处垂直，这种与流线处处垂直的截面称为有效截面。

在有效截面，流体同固体壁面边界接触部分的周长称为湿周。

有效截面与湿周之比称为水力半径。

6、流体微团的运动可分解为哪几种形式？

与M点流体质点一起运动的评议速度，绕M点的旋转角速度，以及线变形速率和角变

形速率。

7、旋转运动的角速度怎么求？

1idwdv\1（dudw\1dvdu

%=2（方一法）,%=武法一菽＞心二"技一万）

8、流体流动的分类方法有哪些？

按压缩性、粘性、流型、流速、时间、空间分类。

9、从层流转变到湍流的临界雷诺数怎么确定？P80

实验。

工程上通常将卜.临界雷诺数Re,作为判别层流和湍流的准则，一般取圆管的雷诺数

/?ec=2000.

第五章

1、什么是量纲齐次原理？

一个正确而完整的物理方程，其各项的量纲都是相同的，这一规律称为“量纳齐次

原理”。

2、白金汉定理有何价值？

通过量纲分析和换算，将原来含有较多物理量的方程，转化为含有比原物理量少的

无量纲数组方程，使方程变量减少，为研究这些变量的关系而进行的实验大大简化。

江定理为实验研究工作提供了便利的条件，它把研究的量归并成组，使参数个数减

少，函数结构简化，试验次数减少。

3、如何应用白金汉定理？

1.列出影响该物理现象的全部n个变量：f（xl.x2,…，xn）=0；

2.选择m个基本显纲，例如L、M、I；

3.从所列变量中选出k（=m）个重复变量，重复变量应包括几何变量、运动变量和

动力变量；

4.用重复变量与其余变量中的一个建立无量纲方程，从而获得（n-m）个无量纲数

组；

5.建立无量纲数组方程，F（nl,n2,…，）=0

4、雷诺数、弗劳德数、欧拉数、韦伯数、马赫数各代表哪些力的比值？

雷诺数：惯性力和粘性力的比值

弗劳德数：惯性力和重力的比值

欧拉数：压力和惯性力的比值

韦伯数：惯性力和表面张力的比值

马赫数：惯性力与弹性力的比值

5、相似原理的表述？

两种流动现象相似的充分必要条件是：凡同一种类现象，能够用同一微分方程所描

述；单值条件相似；由单值条件中的物理量所组成的相似准则在数值上相等。

6、什么是全面力学相似？

全面力学相似，指的是两种流动（如模型和原型）满足几何相似、运动相似、动力

相似，且具有相似的初始条件和边界条件。

7、为什么要在模型试验中使用近似模化法？

当定性准则有两个时，模型中的流体介质选择要受模型尺寸选择的限制。若定性选

择准则有三个时，除介质的选择受限制外，流体的其他物理量也要相互受限制。这样就使模

型设计难以进行。为此，工程上常常采用近似的模型试验方法。

8、相似原理在模型实验中有什么应用价值？

1.弗劳德模化法2.雷诺模化法3.欧拉模化法

第八草

1、什么是内部流动、总流、缓变流、急变流？

内部流动：流体被固体避免包围，在管道或渠道中的流动称为内部流动，简称内流。

总流:对不可压缩黏性流体的内部流动，即在管道或渠道中的流动，是有效截面为有限

的流动，称为总流。

缓变流：流线间夹角很小、流线的曲率半径很大的流动，否则，就是急变流。

2、如何确定动能修正系数？

1fV,

a=（）dA

A]AV

A为总流的有效截面积。计算中a近似地取I

3、为什么伯努利方程只能用于缓变流截面？

在弯管、阀门等流动发生急剧变化的急变流处的流动不再是微元流束的简单组合，不满

足伯努利方程的前提条件，

4、什么是沿程损失、局部损失？

沿程损失：发生在缓变流流程中的能量损失，由流体黏性力造成。

局部损失：是发生在流动状态急剧变化的急变流中的能量损失。

5、圆管层流速度与切应力的分布有何特点？

流速u在圆管的有效截面上呈旋转抛物面分布。

切应力与半径r呈线性分布，呈K字形。

6、泊肃叶流和库艾特剪切流有什么特点？

泊肃叶流动：上下两板均不运动，两平行平板间的黏性流体在压强梯度作用下的层流流

动。速度呈抛物线分布，在y=0处取得最大值。

库艾特剪切流：速度随y呈线性分布，由上板运动带动而产生的流动。

不可压缩黏性流体在两平行平板间的定常层流流动可视为上述两种流动的简单叠加。

7、流体润滑承载力与摩擦力的大小有何不同？pl71

轴承间隙中的承载能力远远大于摩擦阻力。

8、穆迪图中五个流动区域的阻力系数各有什么特点？

1.层流区：和相对粗糙度无改观，随Re数增长线性下降

2.临界区：随Re数增长而增长

3.湍流光滑管区：只与Rc数有关，与相对粗糙度无关。1.75次方阻力区。

4.过渡区：Re数与相对粗糙度对阻力系数都有影响，

5.湍流粗糙管区：只与相对粗糙度有关，又称为平方阻力区。

9、孔板流量计的工作原理是什么？

流体通过孔板使流束收缩，流通截面变小，使流速增大，静压下降，于此同时，孔板作

为一种局部阻力原件，流体流过时将产生能量损失，使总能降低。所以，测出孔板前后的静

压降Ap，就能根据黏性流体总流的伯努利方程和连续性方程，求得通过孔板的流体流量。

10、串联、并联管路的流动各有什么特点？

串联管路：通过串联管路各管段的流量是相同的，而串联管路的能量损失等于各段能量

损失之和。

并联管路：总流量等于各分管道流量的总和，而并联管道的能量损失等于个分管道的能

量损失。

第七章

1、边界层是如何形成的？

在大Re数下，黏性流体绕流固体，黏性的影响仅限于紧贴物面的薄层中，这一薄层成

为边界层

2、边界层流动有什么特点？

1.与物体的特征长度L相比，边界层的厚度5很小，即b/L«l；

2.边界层内沿物面法向的速度变化剧烈，即速度梯度?很大

为

3.边界层内黏性力和惯性力为同一数量级；

4.边界层沿流动方向逐渐增厚；

5.边界层内流体的流动也分为层流和湍流两种状态，用Re》数判别

6.边界层内压强p与y无关，即p=p(x),故边界层各横截面上的压强等于同一戳面上

边界层外边界的压强。

3、如何用N・S方程描述边界层流动？

通过假定边界层内的流动都是层流，忽略质量力，对方程进行无量纲化，再经过数量级

比较化简，得到普朗特边界层方程，来描述边界层的流动。

4、平板层流边界层的精确解是什么？

布拉休斯解。

-1/2

6=5.0x/?ex

CD=1.328R&T/2

5、平板层流、湍流边界层的流动有什么不同？

1.湍流边界层沿平板避免法向的速度增长要比层流边界层的速度增长快得多，即湍流边

界层的速度剖面比层流边界层的速度剖面饱满得多。

2.层流的6是随x1/2增长，而湍流的6是随xV5增长。因此，沿平板流动湍流边界层的厚

度比层流边界层的厚度增长得快。

3.层流摩擦阻力系数Q与Ra一1"成正比，而湍流摩擦阻力系数Q与/?4T乃成正比。当

ReL大于2.2X10M时，湍流摩擦阻力系数就大于层流摩擦系数。使层流边界层至湍流边界

层的转戾点离平板前缘点的距离与越长，则平板的摩擦阻力就越小。

6、如何利用冯卡曼动量积分关系式推导平板边界层阻力系数？

1.用y的哥级数表示速度分布，联立边界条件求得速度分布。

2.运用牛顿内摩擦定律求得切应力的表达式。

3.将速度分布式和切应力表达式带入平板流层动量积分关系式，即可求得边界层的厚度

So

4.将边界层的厚度带入切应力表达式，得到新的切应力表达式。通过积分算得平板在一

个避免上由黏性力引起的总摩擦阻力。再用总摩擦阻力除以总4即可求得阻力系数

7、曲面边界层分离的原因与后果是什么？

原因：黏性流体绕曲面流动时，边界层外势流的流速沿曲面要发生变化，使势流区和边

界层区内的压强也沿曲面发生变化。造成边界层分离的原因，在于逆压强梯度作用和物面黏

性滞止效应的共同影响下，使物面附近的流体不断减速，最终由于惯性力不能克服上述阻力

而停滞，边界层开始脱离物面。

后果：边界层分离后将产生漩涡，并不断被主流带走，在物体后面形成尾涡区，尾涡区

内的流体由于漩涡存在，产生很大的摩擦损失，消耗能量，所以边界层分离产生很大的阻力

损失。

8、冯卡曼涡街有什么特征？

由于逆压强梯度和壁面黏性滞止的共同作用，将在圆柱体后部产生边界层分离，在主流

的带动下，分离的边界层将在圆柱体后面产生一对旋转方向相反的漩涡，而后交替脱落，在

圆柱体后的尾迹中排列成涡列，称为冯卡曼涡街。

9、如何减小黏性流体绕流物体的阻力？

对摩擦阻力，由于层流边界层作用在物体表面上的切向应力要比湍流边界层小得多，为

了减小摩擦阻力，应使绕流物体表面的层流边界层尽可能长，即让层流边界层转变为湍流边

界层的转戾点尽可能往后推移。

对于压差阻力，则要尽量减小分离区。这可采用减小逆压强梯度的方法，即采用具有圆

头尖尾细长外形的流线型物体，使分离点位置尽量往后推移。

第八章

1、斯…定理、汤…定理、亥…定理？

斯托克斯定理：当封闭周线内有涡束时，沿封闭周线的速度环量等于该封闭周线内所有

涡数的漩涡强度之和：

1=2,w门dA

汤姆孙定埋：正压性的理想流体在有势的质量力作月下，沿任何由流体质点所组成的封

闭周线的速度环量不随时旬而变化。

亥姆霍兹第一定理：同一时刻涡管个截面上的漩涡强度都相等。

亥姆霍兹第二定理：正压性的理想流体在有势的质量力作用下，涡管在运动过程中一直

保持为相同流体质点组成的涡管。

亥姆霍兹第三定理：正压性的理想流体在有势的质量力作用下，在运动过程中涡管的漩

涡强度不随时间变化。

2、速度势、流函数存在的条件各是什么？

速度势的存在条件：流体作无旋流动，即有势流动。

流函数的存在条件：不可压缩流体的、卜面流动，必然存在流函数。

3、速度势、流函数满足拉普拉斯方程的条件？

不可压缩流体平面有势流动的流函数满足拉普拉斯方程。

4、基本平面势流的速度场各有什么特点？

平行流：流体作等速直线运动，所有质点的速度相等。

点源和点汇：流体的速度只有径向速度，圆周速度为零。由连续性条件，流体通过任一

圆柱面的流量Q都相等。

涡流和点涡：在涡流区域速度与半径成反比，在涡束内部速度与半径成正比。涡流区域

也可称为势流旋转区，涡束内部称为泯核区。

5、偶极流、螺旋流是如何叠加而成的？

偶极流：点源和点汇无限接近，便得到偶极流。

涡旋流：点汇和点涡的叠加。

6、平行流绕圆柱体流动是如何叠加而成的？

无环量的流动可视为平行流和偶极流的叠加。

有环量的流动可视为平行流、偶极流、点涡三种基本势流叠加而成。

7、平行流绕圆柱体流动，无环量时压强、速度在柱体表面是如何分布的？

在圆柱体表面上，r=r0,%=(),%=-2%sin。.径向速度为零说明符合物面条件。圆

周速度按正弦规律分布，在前、后驻点(8=n,6=0)处为零，在8=TT/2处达到最大值2%,

即无穷远处平行流速度的两倍。

8、平行流绕圆柱体流动，环量对驻点位置有何影响？

1

sinO=-------

4口-也

如果则两个驻点位于圆柱体表面，且左右对称位于第三第四象限内。随