流體力學復習

內蒙古科技大學能源與環境學院

2024.10

一、名詞解釋

1、壓力體：是指三個面所封閉的流體體積，即底面是受壓曲面，頂面是受壓曲面邊界線

封閉的面積在自由面或者其延長面上的投影面，中間是通過受壓曲面邊界線所作的鉛直投影

而。

2、歐拉法：研究流體力學的一種方法，是指通過描述物理量在空間的分布來研究流體運

動的方法。

3、拉格朗日法：通過描述每一質點的運動達到了解流體運動的方法稱為拉格朗日法.

4、恒定流動：流場中，流體流速以及由流速決定的壓強、粘性力、慣性力等也不隨時間

變化的流動。

5、流線:流場中，在其一時刻，各點的切線方向與通過該點的流體質點的流速方向重合

的空間曲線稱為流線。

6、跡線：跡線是單人質點在連續時間過程內的流動軌跡線。跡線是拉格朗日法描述流

動的一種方法。跡線只與流體質點有關，對不同的質點，跡線的形狀可能不同。但對■一確定

的質點而言，其跡線的形狀不隨時間變化。

7、均勻流：對于恒定流，若同一流線上各點的運動要素均相等，也就是說運動要素與

流程無關，這種水流稱為均勻流；否則稱為非均勻流。對于均勻流來說，液體質點速度的大

小和方向沿流程保持不變，即遷移加速度為零，質點只能沿流線作勻速直線運動。對于斷面

形狀和尺寸及邊界條件沿程不變的長直渠道或管道中的水流運動，都屬于均勻流。

8、沿程阻力：流體流經一定管徑的直管時，由于流體內摩擦力而產生的阻力，阻力的

大小與路程長度成正比。沿程阻力（直管阻力）損失的計算式中X——摩擦系數，與雷諾數

Re和管壁粗糙度￡有關，可實驗測定，也可計算得出。

9、局部阻力：流體的邊界在局部地區發生急劇變化時，迫使主流脫離邊壁而形成漩渦,

流體質點間產生劇烈的碰搔，所形成的阻力稱為局部阻力。

10、層流：層流是流體的一種流動狀態。當流速很小時，流體分層流動，互不混合,

稱為層流，或稱為片流

11、紊流：當流速增加到很大時，流線不再清楚可辨，流場中有許多小漩渦，稱為湍流,

又稱為亂流、擾流或紊流

12、雷諾數：是反應流體流動狀態的數，雷諾數的大小反應了流體流動時，流體質點慣

性力和粘性力的對比關系。

二、填空

1、ImmlLO=N/m；（9.8或9.8079,8110）

2、流體的粘滯性隨溫度變化而變化，溫度升高液體的粘滯性；溫度降低氣體

的粘滯性。

3、描述流體運動的方法有和.（歐拉法、拉格朗日法）

4、流體的主要力學模型是指、和不可壓縮性.（連續介質、無粘

滯性）

5、雷諾數是反映流體流動狀態的準數，它反映了流體流動時與的

對比關系.（慣性力粘性力）

6、一元流動連續性方程推導的理論依據是守恒定律。

7、理想流體伯努力方程=常數中，其中z表示水頭，K表示水

/

v2一

頭，—表小水頭，稱為水頭。

2g

8、恒定流流動中，流線和跡線。

9、紊流的運動特征是，較合適的處理方法是,在高紊流運動狀態

下，流體紊流切應力主要是o

10、一元流動伯努利方程推導的理論依據是守恒定律八

11、水在圓管中作層流運動，則過流斷面速度分布是,軸心速度〃，〃和平均速

度U的關系是o

12、流體在管道中流動時，流動阻力包括和。（沿程阻力、局部阻力）

等等，類似于這樣的填空例題！

三、判斷題

1、處于靜止或相對平衡液體的水平面是等壓面

答：錯。靜止液體內水平面是等壓面：作等角速度旋轉運動液體內的水平面不是等壓面:

作等加速直線運動液體內的水平面不是等壓面。

2、流體的粘滯性隨溫度變化而變化，溫度升高粘滯性減??；溫度降低粘滯性增大

答：錯。流體的粘滯性隨溫度變化而變化。對于液體，溫度升高粘滯性減??；溫度降低

粘滯性增大；但對于氣體，溫度升高粘滯性增大；溫度降低粘滯性減小。

3、層流、均勻流是恒定流，紊流、急變流或漸變流是非恒定流

答：錯。都是恒定流。

4.相對壓強是指以海平面大氣壓為零點起算的壓強；

答：錯，相對壓強是指以當地大氣壓為零點起算的壓強

5、氣體在管路中流動對，沿流動方向管道截面積增大，流速減小；截面積減小，流速增

大

答：錯。氣休在管路中流動，當流速小于當地音速時，沿流動方向管道截面積增大，流

速減??；截面積減小，流速增大。氣體在管路中流動，當流速大于當地音速時，沿流動方向

管道截面積增大，流速增大；截面積減小，流速減小。

6、流體流動時切應力與流體的粘性有關，與其它無關；

答：錯。層流時，切應力主要與流體的粘性有關；紊流時主要與流體的慣性力有關。

7.懸浮速度是指顆粒所受的浮力、重力和繞流阻力平衡情況下的氣流速度。

答：正確。

8、管嘴出流流動時，在管嘴中能夠形成真空區域，由此能夠促使出流流量增大；

答：正確。

9、管流處于層流流動時，沿程阻力系數只與Re有關，而阻力平方區，沿程阻力系數與

Re無關：

答：正確,

3、作用在流體上的力，不僅有表面力和質量力，還有重力和摩擦切應力；

答：錯。

11.平衡流體中任一點靜壓強的大小與作用面的方位有關，與空間位置無關。

答：錯。

等等，類似于這樣的例題，自己看書總結復習！

四、簡答題

1、流體靜壓強的特性

流體靜壓強的方向是沿著作用面的內法線方向；在靜止或相對靜止的流體中，任一點流

體靜壓強的大小與作用面方向無關，只與該點的位置有關。

2、伯努利方程：Z+P/r+u72g=常數中各項的意義

Z：斷面對基準面高度，水力學中稱位置水頭，單位位能；

P/r：在斷面壓強作川下，流體沿測壓管所能上升的高度，壓強水頭，單位壓能；

U728：斷面以速度u為初速度的鉛直向上射流所能達到的理論高度，流速水頭，單位

動能。

3、畢托管是廣泛用于測量水流和氣流的一種儀器，試畫由其示意簡圖，并說明其工作原

理

畢托管示意簡圖如下：

以測試液體水為例，如圖所示，液體流進a端開口，水流最初從開口處流入，沿管上

升，a端壓強受上升水柱的作用而升高，直到該點處質點流速降低到0,

其壓強為Pa,然后由a分路流經b端開口，流速迅速恢復原有速度u,壓強也降至原有壓強Pbo

沿ab流線寫元流能量方程：

Pa/r+0=Pb+u2/2g

解方程得：.二J2gPa：P〃由此可計算出水流速度。由于畢托管的構造和加

工以及使用等原因，使測試結果產生誤差，因此需要作修正。

4、文丘里流量計測速原理（略）

答案參見教材第53頁圖3-16文丘里流量計及其內容講解

5、管嘴出流產生真空現象的原因和條件：

原因是流體質點流動時由于有慣性，因而流線不能成折線，是光滑的曲線，所以能夠形

成真空區域；條件是：管嘴長度為管徑的3?4倍：作用水頭H。的極限值為9.3m

五、計算題

1、如圖所示,在兩塊相距201nm的平板間充滿動力粘滯系數0.065N-s/m?的油,如果以lm/s

的速度拉動距上平板為5mm處，面積A為0.5/的薄板，求所需要的拉力。

5mm'，

A

15mm油

解：根據牛頓內摩擦定律得：

duu

丁二〃丁二〃下

ayo

r==ju—=0.065x-—=13N/m2

1t

dy產30.005

7,="=，=0.065x上2=4.33N/m2

-dy30.015

F=(r)+T2)A=(13+4.33)x0.5=8.667V

類似例題如;教材P13習題1-5

2、如圖所示，一底面積為40cmX45cm,質量為5kg的木塊，沿著涂有潤滑油的斜面等速向

下運動，速度為lm/s,b=lmm,試求潤滑油的動力粘滯系數。

解：木塊重力在斜面方向的分力就是摩擦切應力，根據牛頓內摩擦定律得；

mg-=LIx0.4x0.45—

136

5x9.8x—=//x0.4x0.45x—!—

131

1000

//=0.1pa(0.105pa)

3、一鉛直矩形閘門，如圖所示，頂邊水平，所在水深h|=lm,閘門高h=2m,寬b=L5m,試求

閘門中心點的壓強和閘門所受的水壓力。

?--4

h

解：采用相對壓強：-------------------L-----

閘門中心點的壓強為：

p=rh

=9.8X(1+2/2)=19.6kN/m2

閘門所受的水壓力為：

P=rhcA

=9.8X(1+2/2)X2X1.5=58.8kN

4、一弧形閘門AB,寬b=4m,圓心角a=45。半徑r=2m,閘門轉軸恰與水平面平齊，求作

用于閘門的水靜壓力。

解：如題中圖所示

D

h=rsin450=V2m

0C=h=V2m

Fx=-hrhb=-X拒X9.8X72X4

22

=39.2kN

22

Fy=rb(-X3.14r--hh)=9.8X4X(-!-X3.14X2

828

]一L

--J2J2)=22.3kN

2

F=+工2=45.]kN

Fy

0=arctg^^=29.6°

Fx

Fy

a

5、一圓管的直徑為2cm,管內水平均速度為12cm/s,水的運動粘滯系數為0.013cn】2/s,求管

長為20m時的沿程阻力，

解：先求雷諾數

Re=vd/r=12X2/0.013=1846(2000

由此可知流動為層流

所以，沿程阻力系數為：

入=64/也=64/1846=0.0347

沿程阻力損失為:

h=XL/dXv2/2g=0.03467X2000/2X122/2X980

=2.5cm

6、有一直徑為50mm上水管，水運動粘滯系數為1.3X6nl2%,求管內水流保持紊流￡勺最小

流速。

解：紊流時最小雷諾數為2000,因此有:

v-d

2000=—其中d=5Omm=O.O5m；/=1.3X10-6m2/s

2000="^

1.3x10-6

v=0.052m./s(或5.2cm/s)

類似例題如;教材P71例47

7、為了測定90。彎頭的局部阻力系數4，可采用如圖所示的裝置。已知人8段管長為10〃?,

管徑為5()/加，沿程隹力系數0.03,實測數據為AB兩段面測壓管水頭差為■〃=().629加,

經兩分鐘流入量水箱的水量為0.329〃也求該彎頭的局部阻力系數4。

解：根據題意可得，

0329

e=-^=^=0.0027W/5

2x60

Q0.00274…,

u=—=----------------------=1.40/7?/5

Alx3.14x0.052

4

以B管軸心線為基準面列A-B斷面的伯努利方程

p.o~2pV2,.

+—+—=+—R+—+兒?+h

72gy2gm

^^---=hf+h,n

y

IU2

z4+(力+A/J)—(/?+z,4)=%-+<——

d2g2g

1.421.42

0.629=0.03x—x

0.052x9.82x9.8

解得＜=0.29

8、如下圖所示：水流由水箱經前后各為50nl長相接的兩管流出，己知d?=100mm,d2=75mm,

H=8m,沿程阻力系數人尸0.01,入2=0.02,水箱與管道連接處（=0.5,兩管連接處

解：根據題目給定條件，以出口所在平面為基準面列1—2斷面的伯努利方程

Zi+Pi/r+vi2/2g=Z2+Pz/r+V22/2g+h

，U7

h=g1----+入|Lj/d|X-----+g，——+入zL)/d,X——

2g2g2g2g

22222

因此：8+0+0=0+0+—―+&?――+A.]Li/diX—―+&2~~+人Lz/dzX—―

2g2g2g2g2g

16g=〃；+0.5w)2+0.01X50/0.1X〃；+0.3〃；+0.02X50/0.075Xu；

16g=5.5M12+14.63M2

根據連續性方程得：AIVI=A2V2

VI=9/16V2

=0.5625V2

16g=5.5X0.56252M；+14.63〃；

16X9.8=16.37V22

V2=3.Im/svi=l.74m/s

Q=1/4X3.14(75/1000)2X3.1=0.0136m3/s

以出口所在平面為基準面列M~2斷面的伯努利方程

2

22

ZM+PM/r+v2/2g=Z2+P2/r+v2/2g+XL2/d2X塵X1/2

2g

l+PM/r+3.P/2X9.8=0+0+3.P/2X9.8+0.02X50/0.075X3.172X9.8X1/2

PM/F=2.27m

(類似例題如;講解過的例題)

9、如卜.圖所示,測定一閥門的局部阻力系數，在閥門的上下游裝設了3個測壓管,其間距L=lm,

L2=2m,若管徑為50mm,Hi=150cm,H2=125cm,H3=40cm,管道中水流速為3m/s,求該閥門

阻力系數和管道中水流量。

Q

LiL2

解：如圖所不：

以管道軸心線為基準面，列1-2斷面的伯努利方程，并取名==1，

7*P。爐_〃2*U)乙

Z.H------1-----=Z?H--------F----+A--------

y2g-y2gd2g

U[

=u2=u=3m/s

L^2

因此：0+H[=0+H2++4—■——

d2g

…。50150125、

o〃口U\2X9.8X----(--------)

4=2gd=________1000100M=0

22

L}u~lx3一?

以管道軸心線為基準面，列1-3斷面的伯努利方程，并取%=a2=l,（列2-3斷面

的伯努利方程也可）

4Pi>討__.P3,5,J,W+%）葉/

y2gy2gd2g2g

由于L>!=u2=u3=L>=3mls

八八.(L.+L/)p,2u2

因此0+H?=0+Ht+A---------=-------+J

d2g2g

&=(H.-H3)駕_產+修

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