自考本科流体力学试题讲解

工程流体力学》 ※<内容提要> （一）流体的基本概念和物理性质 1．流体的概念 2．连续介质假设 3．流体的物理性质 4．作用在流体上的力5．常用单位制简介 （二）流体静力学 1．流体静压强及其特性 2．流体平衡微分方程式 3．流体静力学基本方程及其应用 4．相对平衡 5．流体作用在平面上的总压力 6．流体作用在曲面上的总压力 7．浮体与潜体的稳定性 （三）流体运动与动力学基础 1．研究流体运动的两种方法 2．流体运动的基本概念 3．连续性方程 4．欧拉运动微分方程 5．伯努利方程及其应用 6．拉格朗日方程及其意义 7．稳定流动量方程及应用 （四）液流阻力与水头损失 1．液流阻力产生的原因及分类 2．流体的两种流动状态 3．相似原理和因次分析 4．圆管层流流动 5．圆管紊流流动 6．紊流沿程水头损失的分析及计算 7．局部水头损失分析及计算 （五）压力管路的水力计算 1．简单长管的水力计算 2．复杂管路的水力计算 3．孔口与管嘴泄流 4．水击现象及水击压力的计算 5．习题课 （六）非牛顿流体运动基础 1．非牛顿流体及其流变方程 2．非牛顿流体运动的研究方法 3．塑性流体的流动规律 4．幂律流体的流动规律 5．判别非牛顿流体流动的Z 值方法 6．非牛顿流体的物理参数测定 《工程流体力学》教学大纲 英文名称：Engineering Fluid Mechanics ※ 一、课程目标 本课程是油气储运专业的一门重要技术基础课，它的任务是通过各种教学环节，使学生掌握 流体平衡和运动的一般规律及其相关的基本概念、基本理论、基本计算方法和基本实验技能， 培养学生应用基本理论和方法来分析和解决实际问题的能力，为后续专业知识的学习、从事 专业工作和科学研究打下理论基础。 ※ 二、基本要求 本课程要求学生具备较好的数学和力学基础，并掌握相关的物理定律。预修 课程为：高等数学、大学物理、工程力学等。本课程需要适当联系专业，以分析 流动现象，讲明理论为主，不过分强调专业而削弱基本理论的讲授。 ※ 三、教学内容与学时分配建 绪论 2 学时 1．流体的概念 2．流体作为连续介质的假设 (一) 流体的主要物理性质 4 学时 1．流体的密度、压缩性与膨胀性 2．流体的粘性 3．作用在流体上的力 (二) 流体静力学 8 学时 1．流体静压强及其特性 2．流体平衡微分方程式 等压面 3．流体静力学基本方程及其应用 4．多种质量力下的相对平衡 5．静止流体作用在平面和曲面上的总压力 6．静止流体中的浮力 Archimedes 原理 （三）流体运动与动力学基础 12 学时 1．研究流体运动的两种方法 2．流体运动的基本概念 3．连续性方程 4．欧拉运动微分方程 5．伯努利方程及其应用 6．泵与系统能量的增加 7．稳定流动量方程 （四）液流阻力与水头损失 10 学时 1．液流阻力产生的原因及分类 2．流体的两种流态 3．实际流体运动微分方程 4．相似原理和因次分析 5．圆管层流流动 5．圆管内的湍流流动 6．湍流沿程水头损失的分析及计算 7．圆管沿程水头损失的实验分析 8．局部水头损失分析 （五）压力管路的水力计算 6 学时 1．简单长管的水力计算 2．复杂管路的水力计算 3．短管的水力计算 4．孔口与管嘴泄流 （六）一元非定常流动 6 学时 1．一元非定常流动基本方程 2．水击现象 3．水击压强的计算 4．变水头泄流时间的计算 （七）气体动力学基础 8 学时 1．可压缩流体一元定常流动基本方程 2．滞止参数、声速与Mach 数 3．微小扰动在气流中的传播 4．Laval 喷管与收缩喷管 （八）实验课 8 学时 1．水静压强实验 2．流量计实验 3．流态实验 4．沿程阻力实验 ※ 四、教材及主要参考资料 1．工程流体力学，袁恩熙主编，石油工业出版社，1986； 2．工程流体力学，贺礼清主编，石油大学出版社，2001； 3．工程流体力学，闻德荪主编，高等教育出版社，1996； 4．流体力学，郑洽馀、鲁钟琪主编，机械工业出版社，1980； 5．工程流体力学学习指导书，倪玲英、王汝元主编，校内印刷，1996。 中国石油大学（华东） 《工程流体力学》课程教学（自学）基本要求 适用层次：本科 适应专业：工科各专业 总 学 时：64 实验学时：8 学 分：4 使用教材：工程流体力学编 者：袁恩熙 出 版 社：石油工业出版社 参考资料：工程流体力学学习指导书及配套习题集 课程简介 本课程是研究流体的运动和平衡规律以及流体和固体之间相互作用的一 门科学，本课程的任务是系统介绍流体的力学性质、流体力学的基本概 念和观点、基础理论和常用分析方法、有关的工程应用知识等；培养学 生具有对简单流体力学问题的分析和求解能力，掌握一定的实验技能， 为今后学习专业课程，从事相关的工程技术和科学研究工作打下坚实基 础。 学习建议 本课程要求学生具备较好的数学、物理和力学基础。需先修高等数学、 大学物理学、理论力学等课程。学习过程中要侧重于流体力学分析问题、 解决问题的方法，同时还应注意结合实验和工程实际问题，认真做好听 课、复习、作业等环节内容。全面培养解决实际问题的能力。 章 节 主要内容 上交作业 备 注 绪论 （共1 学时， 课堂教学1 学时） 一、核心知识点 流体力学的研究对象、任务和方法，流体力学的发展 简况。 二、教学基本要求 【了解】 1、流体力学的发展简况； 2、流体力学在石油工业中的地位和作用。 【掌握】 1、工程流体力学的研究对象、任务和方法。 【重点掌握】 无 三、实验 无 四、思考与练习 无 无 第一章 一、核心知识点 P11 流体及其主 要物理性质 （共3 学时， 课堂教学 3 学时） 流体的概念，流体的主要物理性质，作用在流体上的 力。 二、教学基本要求 【了解】 1、 流体的概念和特性； 2、 表面张力。 【掌握】 1、 连续介质假设； 2、 密度ρ ，重度γ ，相对密度（比重）； 3、 膨胀性β ，压缩性β ； 4、 表面力，质量力。 【重点掌握】 1、 粘性； 2、 牛顿内摩擦定律。 三、实验 【演示】 1、流体粘滞性演示实验。 四、思考与练习 1、液体与气体有哪些不同性质？ 2、连续介质假设的内容、引入的目的意义。 3、密度、重度、相对密度的定义及它们之间的关系。 4、流体的压缩性和膨胀性如何去度量？温度和压力 对它们怎样影响？ 5、流体的粘性？温度对液体和气体粘性的影响，原 因何在？ 6、作用在流体上的力，包括 和 ？在 何种情况下有惯性力？何种情况下没有摩擦力？ 7、牛顿内摩擦定律的内容、数学表达式、适用条件。 8、理想流体与实际流体的差别。 第一章 习题 1-5 1-9

(1)水不会从测压管中溢出时通过管道的最大流量Q大管截面积：s‘=πD²/4=0.0707m²，流速u'=Q/s'小管截面积：πd²/4=0.00785㎡，流速u’‘=Q/s''由于动能以及动量校正系数均为1，故可视为理想流体，列伯努利方程：u'²/2+p’/ρ=u''²/2+p''/ρ而p'/ρ-p''/ρ=hg，h1=0.9m联立以上诸式：hg+Q²/(2s'²)=Q²/(2s''²)代入数据，解得：Q=0.0332m³/s；即119.5m³/h(2)流量最大时水流作用在管道收缩段上的力。每秒质量流量：Qm=0.0332×1000=33.2kg/s速度增量：u'-u''=3.751秒动量增量：Qm（u'-u'')=128.82N·S所以每秒受力128.82÷1=128.82N(1)通过管道的流量Q；设流体此时处在阻力平方区，于是根据粗糙系数查图，估计其摩擦系数为0.042则阻力损失：∑hf=λlu²/(2d)+(ξ1+2ξ2)u²/2=3.265u²列伯努利方程：h'g=h''g+u²/2+∑hf；其中h‘-h''=H2解得：u=5.59m/s，（此流速微快），估计此时处于常温，水的粘度为0.001雷诺数：Re=duρ/μ=0.3×5.59×10³÷0.001=1.68×10^6，符合假设；故流速应为5.59m/s；此时流量Q=uπd²/4=0.395m³/s(2)管道转折点A前的压强水头。压头=p(大气)/(ρg)+H1-λl'u²/(2dg)-u²/(2g)=12.37m（l'=10m）由于我只学过化工原理里面的流体力学，所以，也许某些地方有谬误，见谅。做完之后我百度了一下，网上好像有标准答案，楼主何不自行收一收，“流体力学2012自考题答案”。

作用在流体上的力有：质量力和表面力。因为流体不能承受集中力，只能承受分布力。惯性力并非是由于流体质点与其他物体相互作用而出现于流体质点的外力，而是为研究与分析方便假想加在有加速度流体块的虚拟力。在不存在粘性的前提下，流体在运动时不仅内部不存在摩擦力而且在它与固体解除的边界上也不存在摩擦力。