1、流體力學緒論一、流體力學的研究對象流體力學是以流體（包括液體和氣體）為對象，研究其平衡和運動基本規(guī)律的科學。主要 研究流體在平衡和運動時的壓力分布、 速度分布、與固體之間的相互作用以及流動過程中的 能量損失等。、國際單位與工程單位的換算關(guān)系1kg = 0.102kgf *s /m第一章流體及其物理性質(zhì)（主要是概念題，也有計算題的出現(xiàn)）一、流體的概念流體是在任意微小的剪切力作用下能發(fā)生連續(xù)的剪切變形的物質(zhì)，流動性是流體的主要特征，流體可分為液體和氣體二、連續(xù)介質(zhì)假說流體是由空間上連續(xù)分布的流體質(zhì)點構(gòu)成的，質(zhì)點是組成宏觀流體的最小基元三、連續(xù)介質(zhì)假說的意義四、常溫常壓下幾種流體的密度水-998水銀

2、-13550空氣-1.205單位 kg / m3五、壓縮性和膨脹性流體根據(jù)壓縮性可分為可壓縮流體和不可壓縮流體，不可壓縮流體的密度為常數(shù),當氣體的速度小于70m/s、且壓力和溫度變化不大時，也可近似地將氣體當做不可壓縮流體處理。六、流體的粘性流體的粘性就是阻止發(fā)生剪切變形的一種特性，而內(nèi)摩擦力則是粘性的動力表現(xiàn),粘性的大小用粘度來度量,粘度又分為動力粘度”和運動粘度件 ,它們的關(guān)系是 匕七、牛頓內(nèi)摩擦定律 dudy八、溫度對流體粘性的影響溫度升高時，液體的粘性降低，氣體的粘性增加。這是因為液體的粘性主要是液體分子之間 的內(nèi)聚力引起的,溫度升高時， 內(nèi)聚力減弱，故粘性降低；而造成氣體粘性的主要原

3、因在于 氣體分子的熱運動，溫度越高,熱運動越強烈，所以粘性就越大流體靜力學、流體上力的分類作用于流體上的力按作用方式可分為表面力和質(zhì)量力兩類。清楚哪些力是表面力，哪些力是質(zhì)量力 二、流體靜壓力及其特性（重點掌握）當流體處于靜止或相對靜止時，流體單位面積的表面力稱為流體靜壓強。特性一:靜止流體的應力只有法向分量 （流體質(zhì)點之間沒有相對運動不存在切應力），且沿內(nèi)法線方向。特性二在靜止流體中任意一點靜壓強的大小與作用的方位無關(guān)，其值均相等。三、壓力差公式dp = P（Xdx +Ydy+Zdz）知道平衡方程的推導方法四、等壓面及其特性在平衡流體中，壓力相等的各點所組成的面稱為等壓面。特性一 在平衡的流

4、體中， 通過任意一點的等壓面，必與該點所受的質(zhì)量力互相垂直。特性二當兩種互不相混的液體處 于平衡時，它們的分界面必為等壓面。五、流體靜力學基本方程Z1 zZ2 p二 c另一表達形式為 P=p0 + th （可能考計算題中用到，見 29頁例題）它只適用在重力作用下處于平衡狀態(tài)的不可壓縮流體。p能量意義：z_表示單位重量流體相對于某一水平基準面的位能，逢二項,表示單位重量流體的壓力能。p幾何意義：z就是流體質(zhì)點距某一水平基準面的高度，稱為位置水頭，?是由于壓力p的作用而常曉恒的液柱高度，故稱它為壓強水頭六、絕對壓力、相對壓力、真空度絕對壓力以完全真空為零點,記為 P ;相對壓力以當?shù)卮髿鈮?Pa為

5、零點，記為 Pg ; 相對壓力為負值時，其絕對值稱為真空度， 用Pv表示；三者關(guān)系為P=Pg+Pa Pv=Pa- P清 楚在能量方程和動量方程中什么時候用絕對壓力什么時候用相對壓力。壓強A點絕 對壓強當?shù)卮髿鈮簭奝aA點相對壓強相對壓強基準B點真空壓強B點絕對壓強絕對壓強基準O七、流體的相對平衡看一下兩種類型的例題，自由面上的點比拋物面頂點高出的距離稱為超高八、靜止液體對壁面的作用力對于平板的作用力計算是，用公式時，坐標原點要選在自由液面與平板或其延長線的交點處。曲面壁的計算分為水平方向和豎直方向的，水平方向的計算方法同平面壁，豎直方向的作用力計算用壓力體計算。看一下本章的例題 作用在平面上的

6、總壓力總壓力P =p°A hcA = po he AJ Cx壓力中心yLyC .百作用在曲面上的總壓力；Px=?hcAxPz = V壓力體是由曲面、曲面兩端向自由液面所作垂線、自由液面圍成的第三章流體運動學（掌握一些概念，沒有計算題）一、研究流體運動的兩種方法研究流體運動的方法： 拉格朗日法和歐拉法。 拉格朗日法是著眼于流體質(zhì)點，先跟蹤個別流體質(zhì)點，研究其位移、速度、加速度等隨時間的變化，然后將流場中所有質(zhì)點的運動情 況綜合起來，就得到所有流體質(zhì)點的運動。 歐拉法著眼于流場中的空間點，研究流體質(zhì)點經(jīng)過這些空間點時，運動參數(shù)隨時間的變化， 并用同一時刻所有點上的運動情況來描述流體質(zhì) 點

7、的運動。二、定常流動與非定常流動流場中各點的流動參數(shù)與時間無關(guān)的流動稱為定常流動。流場中各點的流動參數(shù)隨時間變化的流動稱為非定常流動。三、跡線與流線跡線就是流體質(zhì)點的運動軌跡，跡線只與流體質(zhì)點有關(guān)。流線是同一時刻流場中連續(xù)各 點的速度方向線。流線具有以下兩個特點:非定常流動時，流線的形狀隨時間改變；定常流動時，其形狀不隨時間改變。 流線是一條光滑曲線。流線之間不能相交。如果相交， 交點的速度必為零。四、流束流管中的所有流體稱為流束一五、水力直徑總過流斷面的面積 A與濕周x之比稱為水力半徑 R,水力半徑的4倍稱為水力直徑， 一 ,一 A 一用d表布d = 4 = 4R對于圓形管道，水力直徑在數(shù)值

8、上等于圓管直徑Qv =一稱為過流斷面上的平均速度 A六、流量與平均速度單位時間內(nèi)通過過流斷面的流體量稱為流量,_七、連續(xù)性方程連續(xù)性方程的實質(zhì)是質(zhì)量守恒簾律第四章流體動力學基礎(能量方程和動量方程必考計算)、伯諾里方程理想不可壓縮流體在定常流動條件下沿流線 的伯諾 里方程2z +月-+土為總水頭。方程2g222Z1 +艮+凡=22 +在+也 式中，土稱為速度水頭, 2g2 2g2g的使用條件： 理想不可壓縮流體； 作定常流動; 作用于流體上的質(zhì)量力只有重力； 沿同一條流線(或微小流束)。二、總流伯諾里方程2zi2gPi二'12g當流線的曲率半徑很大或流體之間的夾角很小時，流線近似為平行

9、直線， 這樣的流動稱為緩變流,否則稱為急變流。緩變流任意過流截面上流體靜壓力的分布規(guī)律與平衡流體中的 相同，均服從流體靜力學基本方程，z+p/p g =常數(shù)。式中，u為平均速度；豆稱動能修正系數(shù)，它表示截面上實際的平均單位重量流體的動能 與以平均流速表示的單位重量流動動能之比。豆均大于1,流速越均勻,a值越趨近于1,在一般工程管道中， 很多情況流速都比較均勻，a所以在工程計算中 a可近似取為1,但在圓管層流中a =2。總流伯諾里方程反映了能量守恒原理。三、總流伯諾里方程的應用條件不可壓縮流體；作定常流動；重力場中；緩變流截面。中途無流量出、入，如有方程式仍近似成。中途無能量出、入。四、虹吸管的

10、作用機理充滿液體的虹吸管之所以能夠引液自流是由于管段中的液體借重力往下流動時，會在上部截面處形成一定的真空，從而把低處的液體吸上來五、定常流動的動量方程三Fx = :QWx -vix)三 Fy ='Q(V2y -Vly)三Fz ='：Q(V2z - Viz)第五章粘性流體流動及阻力、流動阻力分類根據(jù)成因不同，可將粘性流體所受的阻力分為沿程阻力和局部阻力兩大類、沿程阻力和局部阻力的計算l 2達西公式hf = .-d 2g式中，hf表示單位重量流體的沿程損失，九為沿程阻力系數(shù)，l為管長，d為管徑，v為速度，對于非圓管道，將管徑換成水力直徑，上式可直接應用。2局部阻力式中hj為單位重

11、量的局部阻力，為局部阻力系數(shù)，v為損失j 2g發(fā)生后流體的平均流動速度三、雷諾數(shù)Re = vd在工程實際中，有意將臨界雷諾數(shù)取得小一些，即取Re=2000vdiRe = V< 2000時，層流> 2000時,紊流四、圓管層流圓管層流中，速度的分布呈回轉(zhuǎn)拋物面，中心處的最大速度是平均速度的2_倍。圓管2層流的沿程阻力系數(shù)為 h=，此時沿程阻力損失為 hf =-ReRed 2g五、定常紊流與非定長紊流采用時均化處理，時均參數(shù)不隨時間變化的紊流就是定常紊流，隨時間改變的就是非定長紊流。動量方程和能量方程也能應用于定常紊流六、水力光滑管和水力粗糙管當6 >5時,粗糙高度幾乎全被層流底

12、層淹沒，管壁對紊流區(qū)流體的流動影響很小，這與流體在完全光滑的管道中的流動類似，此時的阻力也較小。這種情況的管子便稱為水力光滑管。當6 <0.3時,管壁上幾乎所有的凸峰都暴露在紊流中。紊流區(qū)的流體質(zhì)點與凸峰相互碰撞，加劇了紊動，是流動阻力增加。此時的管子稱為水力粗糙管。水力光滑管與水力粗糙管是相對的，對統(tǒng)一管子，是水力光滑管還是水力粗糙管完全取決于雷諾數(shù)。第六章能量損失及管路計算、尼古拉茨實驗沿程阻力系數(shù)£隨壁面的相對粗糙度和雷諾數(shù)的變化關(guān)系I區(qū)層流區(qū)，Rev 2320。入=64/Re ,人只與 Re有關(guān)n區(qū)第一過渡區(qū)，2320W Rev 4000。實驗點無明顯規(guī)律。d4000

13、M Re < 26.98 -區(qū)水力光滑區(qū)，,人只與Re有關(guān)870.8526.98'd I <R< ' j區(qū)一一第二過渡區(qū)，l2&），相對粗糙度A/d和雷諾數(shù)Re對阻力系數(shù)九具有影響0.85Re >4160 i區(qū)一一水力粗糙區(qū),、局部阻力損失,九只與相對粗糙度有關(guān)局部阻力損失 hj2 ，但應特別注意的是，除少數(shù)情況外，公式中的速度2g指發(fā)生局部損失之后的緩變流斷面上的平均速度。將局部裝置的損失折算成長度為le的直管的沿程損失， 則長度le便是該局部裝置的當量管長。四、能量損失的疊加hw,2LL = RQ2 d 2g式中，L=l+£ le為

14、管路的實際長度l與局部裝置的當量管長8 1之和，稱為水力長度。五、管路分類按管路的布置分類r=-8上5稱為管路阻力系數(shù)，簡稱管阻。 二 gd簡單管路：管徑沿程不變而且沒有分支的管路；復雜管路：不符合簡單管路條件的管路。如：串聯(lián)管路、并聯(lián)管路和分支管路。按能量損失的比例分類長管：局部損失在總損失中占白比例較小的管路，如v 5%,這時常忽略局部損失。短管：沿程損失、局部損失大小相當，均需計及的管路。長管并不是說是長度非常長的管路六、串聯(lián)管路與并聯(lián)管路的特點串聯(lián)管路的特點是： 各條管路中的流量相等， 等于總流量；各管的水頭損失之和等于管路的總損失，即 Q =Qi =Q2=Qnhw=hw1+hw2+hwno并聯(lián)管路的特點是: 各條管路中的流量之和，等于總流量；各管的水頭損失相等，等于管路的總損失，即Q =Qi +Q2hw =hw1 =hw2。第七章相似原理和量綱分析、相似條件1.幾何相似,是指發(fā)生在模型與原型中的流動邊界幾何形狀相似，即對應的角度相等，對應的邊長成比例。是 前提條件2.運動相似,是指模型和原型中對應點上的同名速度方向 相同，大小成比例。是決定因素 3.動力相似,亦稱力相似