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1、流体力学绪论一、流体力学的研究对象流体力学是以流体(包括液体和气体)为对象，研究其平衡和运动基本规律的科学。主要研究流体在平衡和运动时的压力分布、速度分布、与固体之间的相互作用以及流动过程中的能量损失等。二、国际单位与工程单位的换算关系1kg=0.102kgfs2/m第一章流体及其物理性质（主要是概念题，也有计算题的出现）一、流体的概念流体是在任意微小的剪切力作用下能发生连续的剪切变形的物质，流动性是流体的主要特征，流体可分为液体和气体二、连续介质假说流体是由空间上连续分布的流体质点构成的，质点是组成宏观流体的最小基元三、连续介质假说的意义四、常温常压下几种流体的密度水-998水银-13550
2、空气-1.205单位kg/m3五、压缩性和膨胀性流体根据压缩性可分为可压缩流体和不可压缩流体，不可压缩流体的密度为常数，当气体的速度小于70m/s、且压力和温度变化不大时，也可近似地将气体当做不可压缩流体处理。六、流体的粘性流体的粘性就是阻止发生剪切变形的一种特性，而内摩擦力则是粘性的动力表现，粘性的大小用粘度来度量，粘度又分为动力粘度m和运动粘度n，它们的关系是n=mr七、牛顿内摩擦定律t=mdudy八、温度对流体粘性的影响温度升高时，液体的粘性降低，气体的粘性增加。这是因为液体的粘性主要是液体分子之间的内聚力引起的，温度升高时，内聚力减弱，故粘性降低；而造成气体粘性的主要原因在于气体分子的
3、热运动，温度越高，热运动越强烈，所以粘性就越大流体静力学一、流体上力的分类作用于流体上的力按作用方式可分为表面力和质量力两类。清楚哪些力是表面力，哪些力是质量力二、流体静压力及其特性（重点掌握）当流体处于静止或相对静止时，流体单位面积的表面力称为流体静压强。特性一：静止流体的应力只有法向分量（流体质点之间没有相对运动不存在切应力），且沿内法线方向。特性二在静止流体中任意一点静压强的大小与作用的方位无关，其值均相等。三、压力差公式dp=r(Xdx+Ydy+Zdz)知道平衡方程的推导方法四、等压面及其特性在平衡流体中，压力相等的各点所组成的面称为等压面。特性一在平衡的流体中，通过任意一点的等压面，
4、必与该点所受的质量力互相垂直。特性二当两种互不相混的液体处于平衡时，它们的分界面必为等压面。五、流体静力学基本方程g=z+g=cz+p112p2另一表达形式为p=p0+gh（可能考计算题中用到，见29页例题）它只适用在重力作用下处于平衡状态的不可压缩流体。p能量意义：z表示单位重量流体相对于某一水平基准面的位能，第二项g表示单位重量流体的压力能。p几何意义：z就是流体质点距某一水平基准面的高度，称为位置水头，g是由于压力p的作用而常晓恒的液柱高度，故称它为压强水头六、绝对压力、相对压力、真空度绝对压力以完全真空为零点，记为P；相对压力以当地大气压Pa为零点，记为Pg；相对压力为负值时，其绝对值
5、称为真空度，用Pv表示；三者关系为P=Pg+PaPv=Pa-P清楚在能量方程和动量方程中什么时候用绝对压力什么时候用相对压力。A压强A点相对压强当地大气压强paOA点绝对压强相对压强基准BB点真空压强B点绝对压强绝对压强基准O七、流体的相对平衡看一下两种类型的例题，自由面上的点比抛物面顶点高出的距离称为超高八、静止液体对壁面的作用力J压力中心yAx用d表示d=4A对于平板的作用力计算是，用公式时，坐标原点要选在自由液面与平板或其延长线的交点处。曲面壁的计算分为水平方向和竖直方向的，水平方向的计算方法同平面壁，竖直方向的作用力计算用压力体计算。看一下本章的例题作用在平面上的总压力总压力P=pA+
6、ghA=(p+gh)A0C0Cy=y+CxDCC作用在曲面上的总压力P=ghACxzP=gV压力体是由曲面、曲面两端向自由液面所作垂线、自由液面围成的第三章流体运动学（掌握一些概念，没有计算题）一、研究流体运动的两种方法研究流体运动的方法：拉格朗日法和欧拉法。拉格朗日法是着眼于流体质点，先跟踪个别流体质点，研究其位移、速度、加速度等随时间的变化，然后将流场中所有质点的运动情况综合起来，就得到所有流体质点的运动。欧拉法着眼于流场中的空间点，研究流体质点经过这些空间点时，运动参数随时间的变化，并用同一时刻所有点上的运动情况来描述流体质点的运动。二、定常流动与非定常流动流场中各点的流动参数与时间无关
7、的流动称为定常流动。流场中各点的流动参数随时间变化的流动称为非定常流动。三、迹线与流线迹线就是流体质点的运动轨迹，迹线只与流体质点有关。流线是同一时刻流场中连续各点的速度方向线。流线具有以下两个特点：非定常流动时，流线的形状随时间改变；定常流动时，其形状不随时间改变。流线是一条光滑曲线。流线之间不能相交。如果相交，交点的速度必为零。四、流束流管中的所有流体称为流束。五、水力直径总过流断面的面积A与湿周x之比称为水力半径R，水力半径的4倍称为水力直径，c=4R对于圆形管道，水力直径在数值上等于圆管直径六、流量与平均速度单位时间内通过过流断面的流体量称为流量，v=QA七、连续性方程连续性方程的实质
8、是质量守恒定律称为过流断面上的平均速度g2gg2g2gg2g第四章流体动力学基础（能量方程和动量方程必考计算）一、伯诺里方程理想不可压缩流体在定常流动条件下，沿流线的伯诺里方程pu2pu2u2pu2+z+1+1=z+2+2式中，称为速度水头，z+为总水头。方程12的使用条件：理想不可压缩流体；作定常流动；作用于流体上的质量力只有重力；沿同一条流线(或微小流束)。二、总流伯诺里方程g+2g=z+g+2g+hz+p11au212p2au22wSF=rQ(v-v)当流线的曲率半径很大或流体之间的夹角很小时，流线近似为平行直线，这样的流动称为缓变流，否则称为急变流。缓变流任意过流截面上流体静压力的分布
9、规律与平衡流体中的相同，均服从流体静力学基本方程，z+p/g常数。式中，u为平均速度；a称动能修正系数，它表示截面上实际的平均单位重量流体的动能与以平均流速表示的单位重量流动动能之比。a均大于1，流速越均匀，a值越趋近于1，在一般工程管道中，很多情况流速都比较均匀，a所以在工程计算中a可近似取为1，但在圆管层流中a=2。总流伯诺里方程反映了能量守恒原理。三、总流伯诺里方程的应用条件不可压缩流体；作定常流动；重力场中；缓变流截面。中途无流量出、入，如有方程式仍近似成。中途无能量出、入。四、虹吸管的作用机理会充满液体的虹吸管之所以能够引液自流是由于管段中的液体借重力往下流动时，在上部截面处形成一定
10、的真空，从而把低处的液体吸上来五、定常流动的动量方程SF=rQ(v-v)x2x1xSF=rQ(v-v)y2y1yz2z1z第五章粘性流体流动及阻力一、流动阻力分类根据成因不同，可将粘性流体所受的阻力分为沿程阻力和局部阻力两大类二、沿程阻力和局部阻力的计算达西公式h=lflv2d2g式中，h表示单位重量流体的沿程损失，l为沿程阻力系数，l为管长，d为管径，vf为速度，对于非圆管道，将管径换成水力直径，上式可直接应用。局部阻力hv22gj=z式中hj为单位重量的局部阻力，z为局部阻力系数，v为损失发生后流体的平均流动速度三、雷诺数Re=vdn在工程实际中，有意将临界雷诺数取得小一些，即取Re=20
11、002000vd2000Re=in时，层流时，紊流四、圆管层流圆管层流中，速度的分布呈回转抛物面，中心处的最大速度是平均速度的2倍。圆管Re64层流的沿程阻力系数为l=，此时沿程阻力损失为h=f64lv2Red2g五、定常紊流与非定长紊流采用时均化处理，时均参数不随时间变化的紊流就是定常紊流，随时间改变的就是非定长紊流。动量方程和能量方程也能应用于定常紊流六、水力光滑管和水力粗糙管当d5D时，粗糙高度几乎全被层流底层淹没，管壁对紊流区流体的流动影响很小，这与流体在完全光滑的管道中的流动类似，此时的阻力也较小。这种情况的管子便称为水力光滑管。当d0.3D时，管壁上几乎所有的凸峰都暴露在紊流中。紊
12、流区的流体质点与凸峰相互碰撞，加剧了紊动，是流动阻力增加。此时的管子称为水力粗糙管。水力光滑管与水力粗糙管是相对的，对统一管子，是水力光滑管还是水力粗糙管完全取决于雷诺数。第六章能量损失及管路计算一、尼古拉茨实验沿程阻力系数l随壁面的相对粗糙度和雷诺数的变化关系区层流区，Re2320。=64/Re，l只与Re有关区第一过渡区，2320Re4000。实验点无明显规律。4000Re26.98区水力光滑区，d8/7D，l只与Re有关26.98R区第二过渡区，对阻力系数l具有影响d87d0.852D，相对粗糙度D/d和雷诺数ReRe4160区水力粗糙区，d0.852，l只与相对粗糙度有关2g二、局部阻
13、力损失v2局部阻力损失h=z，但应特别注意的是，除少数情况外，公式中的速度v均j指发生局部损失之后的缓变流断面上的平均速度。三、当量管长将局部装置的损失折算成长度为le的直管的沿程损失，则长度le便是该局部装置的当量管长。四、能量损失的叠加Lv2h=l=RQ2式中，L=l+l为管路的实际长度l与局部装置的当量管长wd2ge8lL之和，称为水力长度。R=五、管路分类p2gd5称为管路阻力系数，简称管阻。按管路的布置分类简单管路：管径沿程不变而且没有分支的管路；复杂管路：不符合简单管路条件的管路。如：串联管路、并联管路和分支管路。按能量损失的比例分类长管：局部损失在总损失中占的比例较小的管路，如5
14、%，这时常忽略局部损失。短管：沿程损失、局部损失大小相当，均需计及的管路。长管并不是说是长度非常长的管路六、串联管路与并联管路的特点串联管路的特点是：各条管路中的流量相等，等于总流量；各管的水头损失之和等于管wn。并联管路的特点是：路的总损失，即Q=Q=Q=L=Q12nh=h+h+L+hww1w2各条管路中的流量之和，等于总流量；各管的水头损失相等，等于管路的总损失，即Q=Q+Qh=h=h。12ww1w2第七章相似原理和量纲分析一、相似条件1.几何相似，是指发生在模型与原型中的流动边界几何形状相似，即对应的角度相等，对应的边长成比例。是前提条件2.运动相似，是指模型和原型中对应点上的同名速度方向相同，大小成比例。是决定因素3.动力相似，亦称力相似。其内容是：对应点上流体质点所受到的同名力方向相同，大小成比例。是必然满足的二、相似准则1.粘性力相似准则雷诺数2.重力相似准则弗鲁德数3.压力相似准则欧拉数相似准则有决定性和非决定性相似准则，除欧拉准则外，其他准则都是决定性相似准则。（其中划横线的地方，是比较可能考填空题的地方）最后祝兄弟们考个好成绩!流体力学考试题型：选择题（只有对、错两个选项，10个题，20分）填空题（10个题，20分）计算题（共6个，流体力学4个，流体机械2个，60分）