流體力學(xué)專升本復(fù)習(xí)本課件旨在幫助您復(fù)習(xí)流體力學(xué)專升本考試，內(nèi)容涵蓋了流體力學(xué)的基本概念、靜止流體力學(xué)、流體運動學(xué)、流體動力學(xué)、相似理論、粘性流體流動、壓縮性流體流動等重要內(nèi)容。通過本課件的學(xué)習(xí)，您可以更深入地理解流體力學(xué)的基本原理，并為考試做好充分準備。課程大綱第一章緒論流體的基本性質(zhì)流體的分類流體運動的基本方程連續(xù)性方程伯努利方程能量方程動量原理相對靜止和相對運動第二章靜止流體力學(xué)靜止流體的壓力壓力測量液體靜壓力分布浮力原理液體在曲面上的壓力分布第三章流體運動學(xué)流線和管線流體微元和微分運動學(xué)速度場和加速度場流量和體積流率流體的旋轉(zhuǎn)和剪切第四章流體動力學(xué)理想流體的運動方程伯努利方程的應(yīng)用管道流動流經(jīng)物體的流場邊界層理論第一章緒論流體力學(xué)是研究流體（液體和氣體）的靜止狀態(tài)和運動規(guī)律的學(xué)科，是力學(xué)的一個分支。流體力學(xué)是工程技術(shù)領(lǐng)域中一門非常重要的基礎(chǔ)學(xué)科，其理論和方法廣泛應(yīng)用于航空航天、船舶、水利、機械、化工、能源等各個領(lǐng)域。流體力學(xué)的研究對象是流體，流體是指在靜止或運動狀態(tài)下都能發(fā)生連續(xù)變形的物質(zhì)。液體和氣體都屬于流體，它們之間的區(qū)別主要在于液體具有體積不變性，而氣體具有體積可變性。流體的基本性質(zhì)密度單位體積流體的質(zhì)量，通常用ρ表示，單位是kg/m3。粘度流體抵抗剪切變形的能力，通常用μ表示，單位是Pa·s。表面張力液體表面上的分子間引力產(chǎn)生的力，通常用σ表示，單位是N/m。壓縮性流體在壓力作用下體積變化的性質(zhì)，通常用壓縮系數(shù)κ表示，單位是1/Pa。流體的分類液體液體具有體積不變性，在一定的壓力下可以保持固定的體積。氣體氣體具有體積可變性，可以無限膨脹，并充滿容器的整個空間。流體運動的基本方程1連續(xù)性方程描述流體在運動過程中質(zhì)量守恒的規(guī)律。2伯努利方程描述理想流體在穩(wěn)定流動狀態(tài)下能量守恒的規(guī)律。3能量方程描述流體在運動過程中能量守恒的規(guī)律，考慮了粘性損失和熱交換。4動量原理描述流體在運動過程中動量守恒的規(guī)律，是牛頓第二定律在流體中的應(yīng)用。連續(xù)性方程定義連續(xù)性方程描述了流體在穩(wěn)定流動狀態(tài)下，流過任意截面的質(zhì)量流量保持不變的規(guī)律。表達式ρ?A?V?=ρ?A?V?，其中ρ為密度，A為截面積，V為速度。應(yīng)用連續(xù)性方程可以用于計算流體的流量、速度和截面積，也可以用于分析流體的流動方向和變化。伯努利方程靜壓流體靜止狀態(tài)下的壓力。1動壓流體運動狀態(tài)下的壓力，與流體速度的平方成正比。2總壓靜壓和動壓之和，表示流體的總能量。3能量方程機械能守恒流體在運動過程中，機械能（動能和勢能）總量保持不變，不考慮粘性損失和熱交換。能量損失實際流動中，由于流體粘性、湍流等因素，會造成能量損失。熱交換流體在運動過程中，可能與周圍環(huán)境發(fā)生熱量交換，導(dǎo)致溫度變化。動量原理1牛頓第二定律動量原理是牛頓第二定律在流體中的應(yīng)用，描述了流體在運動過程中動量變化的規(guī)律。2動量方程動量方程是動量原理的數(shù)學(xué)表達式，用于計算流體在運動過程中的力和動量變化。3應(yīng)用動量原理廣泛應(yīng)用于水力機械、航空航天等領(lǐng)域，用于分析流體對物體的作用力，如噴氣發(fā)動機推力的計算。相對靜止和相對運動1相對靜止當觀察者和流體都處于靜止狀態(tài)，或觀察者和流體以相同的速度運動時，流體相對于觀察者是靜止的。2相對運動當觀察者和流體以不同的速度運動時，流體相對于觀察者是運動的。3應(yīng)用相對靜止和相對運動的概念廣泛應(yīng)用于流體力學(xué)的各個領(lǐng)域，例如，分析船舶在水中的運動、飛機在空氣中的運動等。第二章靜止流體力學(xué)靜止流體的壓力壓力測量液體靜壓力分布浮力原理液體在曲面上的壓力分布靜止流體的壓力定義靜止流體內(nèi)部各點由于流體自身重力產(chǎn)生的壓力，稱為靜止流體的壓力。影響因素靜止流體的壓力取決于流體的密度、重力加速度和深度。壓力測量1壓力計利用液體柱的高度變化來測量壓力。2壓力傳感器利用壓力敏感元件的變化來測量壓力，如壓電式、電容式、電阻式等。液體靜壓力分布深度影響液體靜壓力隨深度增加而線性增加。方向影響液體靜壓力作用在容器壁上的方向垂直于容器壁。浮力原理1阿基米德原理浸在液體中的物體受到向上的浮力，浮力的大小等于物體排開液體的重量。2應(yīng)用浮力原理廣泛應(yīng)用于船舶、氣球、潛水艇等領(lǐng)域。液體在曲面上的壓力分布壓力中心液體對曲面壓力的合力的作用點，稱為壓力中心。計算方法壓力中心的計算需要根據(jù)曲面的形狀進行積分運算。應(yīng)用液體在曲面上的壓力分布的計算在水壩設(shè)計、船舶設(shè)計等領(lǐng)域具有重要意義。第三章流體運動學(xué)1流線在流體運動中，流體微元運動的軌跡稱為流線。2管線流線組成的曲線，代表流體運動的路徑。3速度場流體中各點速度的分布，稱為速度場。4加速度場流體中各點加速度的分布，稱為加速度場。5流量單位時間內(nèi)流過某一截面的流體體積，稱為流量。流線和管線流線流體微元運動的軌跡，在穩(wěn)定流動中，流線是不變的。管線流線組成的曲線，代表流體運動的路徑，可以是直線、曲線或折線。應(yīng)用流線和管線可以用來可視化流體運動，并幫助理解流體運動的規(guī)律。流體微元和微分運動學(xué)流體微元流體中一個無限小的體積單元，可以用來研究流體的運動。微分運動學(xué)研究流體微元的運動規(guī)律，包括速度、加速度和旋轉(zhuǎn)等。速度場和加速度場1速度場流體中各點速度的分布，可以用矢量圖或數(shù)學(xué)函數(shù)表示。2加速度場流體中各點加速度的分布，可以用來分析流體的運動狀態(tài)。流量和體積流率流量單位時間內(nèi)流過某一截面的流體體積，稱為流量。體積流率流量的另一種表示方式，指的是單位時間內(nèi)流過某一截面的流體體積。應(yīng)用流量和體積流率可以用來計算流體的運動速度，也可以用于分析流體的流動狀態(tài)。流體的旋轉(zhuǎn)和剪切旋轉(zhuǎn)流體微元繞某一軸線旋轉(zhuǎn)，稱為旋轉(zhuǎn)。1剪切流體微元在層流中，相鄰層之間存在速度差，稱為剪切。2第四章流體動力學(xué)1理想流體不考慮粘性和壓縮性的流體，也稱為無粘流體。2粘性流體考慮了粘性的流體，實際流體都具有粘性。3邊界層粘性流體在固體壁面附近形成的薄層，其中流體速度發(fā)生急劇變化。4湍流流體運動中，速度和壓力等物理量在時間和空間上發(fā)生不規(guī)則變化的流動狀態(tài)。理想流體的運動方程歐拉方程描述理想流體在穩(wěn)定流動狀態(tài)下動量守恒的規(guī)律。伯努利方程描述理想流體在穩(wěn)定流動狀態(tài)下能量守恒的規(guī)律。伯努利方程的應(yīng)用飛機升力伯努利方程可以用來解釋飛機機翼產(chǎn)生升力的原理。文丘里管伯努利方程可以用來測量流體的流量。皮托管伯努利方程可以用來測量流體的速度。管道流動1層流流體在管道中以平穩(wěn)、有序的方式流動，層與層之間沒有混合。2湍流流體在管道中以不規(guī)則、紊亂的方式流動，層與層之間存在混合。3阻力損失流體在管道中流動時，由于粘性和湍流等因素，會造成能量損失。流經(jīng)物體的流場繞流流體繞過物體運動的現(xiàn)象，稱為繞流。阻力流體對物體運動的阻礙力，稱為阻力。升力流體對物體運動的向上作用力，稱為升力。邊界層理論1邊界層粘性流體在固體壁面附近形成的薄層，其中流體速度發(fā)生急劇變化。2邊界層分離當流體流動速度過快或物體形狀不規(guī)則時，邊界層可能會從物體表面分離。第五章相似理論和模型試驗1相似理論研究不同尺寸的模型和原型之間的流動相似性的理論。2無量綱數(shù)用來描述流動相似性的物理量，如雷諾數(shù)、弗勞德數(shù)等。3模型試驗在模型上進行的試驗，用來研究原型的流動特性。相似理論的基本概念幾何相似模型和原型具有相同的形狀，但尺寸不同。運動相似模型和原型在對應(yīng)位置具有相同的運動軌跡和速度。動力學(xué)相似模型和原型在對應(yīng)位置具有相同的壓力、力和力矩。無量綱數(shù)及其應(yīng)用雷諾數(shù)用于描述流體流動狀態(tài)的無量綱數(shù)，用來判斷層流和湍流。弗勞德數(shù)用于描述流體流動狀態(tài)的無量綱數(shù)，用來判斷流體流動是否為水力跳躍。動力學(xué)相似1定義動力學(xué)相似是指模型和原型在對應(yīng)位置具有相同的壓力、力和力矩。2條件滿足幾何相似、運動相似和動力學(xué)相似三個條件。3應(yīng)用動力學(xué)相似原理可以用于模型試驗，將模型試驗的結(jié)果應(yīng)用于原型。水力機械模型試驗?zāi)康难芯克C械的性能，如水輪機、水泵等。方法根據(jù)相似理論，建立與原型相似的模型，在模型上進行試驗。應(yīng)用水力機械模型試驗可以幫助工程師優(yōu)化水力機械的設(shè)計，提高其效率。航空器模型試驗?zāi)康难芯亢娇掌鞯目諝鈩恿μ匦裕缟Α⒆枇Α⒎€(wěn)定性等。方法將航空器的模型放置在風(fēng)洞中，模擬航空器在空中飛行的條件。應(yīng)用航空器模型試驗可以幫助工程師優(yōu)化航空器的設(shè)計，提高其性能。第六章粘性流體的流動1層流流體在管道中以平穩(wěn)、有序的方式流動，層與層之間沒有混合。2湍流流體在管道中以不規(guī)則、紊亂的方式流動，層與層之間存在混合。3雷諾數(shù)用于判斷層流和湍流的無量綱數(shù)，其值越大，越容易發(fā)生湍流。層流和湍流層流流體流動平穩(wěn)、有序，流體微元沿直線運動，沒有橫向混合。湍流流體流動不規(guī)則、紊亂，流體微元沿不規(guī)則軌跡運動，存在橫向混合。雷諾數(shù)及其意義定義雷諾數(shù)是流體慣性力與粘性力之比，用來判斷流體流動狀態(tài)。應(yīng)用當雷諾數(shù)小于臨界雷諾數(shù)時，流體流動為層流；當雷諾數(shù)大于臨界雷諾數(shù)時，流體流動為湍流。層流和湍流的特點1層流流動平穩(wěn)、有序，沒有橫向混合，速度分布為拋物線型。2湍流流動不規(guī)則、紊亂，存在橫向混合，速度分布為對數(shù)型。流經(jīng)管道的阻力損失摩擦阻力流體與管道壁面之間摩擦產(chǎn)生的阻力。局部阻力流體在管道中流動時，由于管道形狀變化、閥門、彎頭等引起的阻力。流經(jīng)物體的阻力阻力系數(shù)描述流體對物體阻力的一個無量綱數(shù)，與物體的形狀、流體速度和密度有關(guān)。影響因素物體的形狀、流體速度、流體密度和粘度等都會影響阻力的大小。應(yīng)用流經(jīng)物體的阻力在航空航天、船舶設(shè)計等領(lǐng)域具有重要意義。第七章壓縮性流體的流動1聲速聲音在流體中傳播的速度，與流體的溫度和密度有關(guān)。2亞聲速流動流體速度小于聲速的流動。3超聲速流動流體速度大于聲速的流動。4沖擊波當流體速度大于聲速時，會形成沖擊波，是一種特殊的壓縮波。聲速及其意義定義聲音在流體中傳播的速度，稱為聲速。影響因素聲速與流體的溫度和密度有關(guān)，溫度越高，聲速越快；密度越大，聲速越慢。應(yīng)用聲速是判斷流體流動狀態(tài)的一個重要指標，用來區(qū)分亞聲速流動、超聲速流動和臨界聲速流動。亞聲速、臨界聲速和超聲速流動亞聲速流動流體速度小于聲速的流動，其特點是流體流動平穩(wěn)、有序。超聲速流動流體速度大于聲速的流動，其特點是流體流動不規(guī)則、紊亂，會形成沖擊波。臨界聲速流動流體速度等于聲速的流動，其特點是流體流動狀態(tài)發(fā)生改變，會出現(xiàn)一些特殊的現(xiàn)象。等熵流動1定義等熵流動是指流體流動過程中，熵保持不變的流動。2特點等熵流動是理想流動，在實際流動中，由于粘性和熱交換等因素，很難完全實現(xiàn)等熵流動。沖擊波