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文檔簡介

流體連續介質模里:可以認為流體內得每一點都被確定群流體質點所占據,其中并無間隙,于就是流體得任一物理參數(》都可以表示為空間出標

跟時間得連續函數C,而且就是連續可微函數,這就就是流體連續介順假說,即流體連線介質模型.

流體得力學特性

流動性:流體沒彳i固定得形狀,其形狀取決于限制它將固體邊界,流體在受到很小得切應力時,就要發生連續得變形,直到切應力

消失為止.

2,可壓縮性:流體不僅形狀容易發生攵化,而且在壓力作用下體積也會發生變化.

粘滯性:流體在受到外部剪切力作用發生連續變形,即流動得過程中,其內部相應要發生對變形得抵抗,并以內擘擦得形式表現出

來,運動一單停止,內摩擦即消失.

牛的剪切定律:湎體層之間單位面積得內摩擦力與流體變形速率(速度梯度)成正比<)

無滑移條件:流體與固體3J面之間不存在相對滑動,即固體壁面上得流體速度與固體壁面速度相同,在靜止得固體壁面上,流體速組為考.

理想流體:及粘度<)得流體,或稱為無整流體

衣面張力:對于與氣體接觸得液體表面,由r衣面兩側分子引力作用得不平的,會就是液體衣面處r張緊狀態,即液體衣面承受布拉伸力,液體衣

面承受得這種代伸力稱為表面張力,

表面張力系牧:液體表面單位長改而體找I.得拄仲力稱為表面張力系數.通常用用暗字母。表示.單位()

毛細現象:如果將區他很小得兩只破璃管分別插入水與水銀中,管內外得液位將有明顯得高度差,這種現象稱為毛細現般,毛細現象就是由液體對

冏體表面用潤濕效應與液體表面張力所決定得一種現象.

毛細現象液面上升離度()

牛頓流體:有?大類液體.他們在平行層狀流動條件下,其切應力<>與速度梯度<>衣觀山觀性關系.這類流體被移為牛頓型流體.初稱牛頓流

體,

描述流體運動得兩種方法

1.拉格朗H法:通過研究流體場中單個成點科運動規律,進而研究流體得整體運動規律,這一種方法稱為拉格朝H法

2,歐拉法:通過研究流體場中某?空間點得流體運動規律,進而研究流體得整體運動規律,這?種方法稱為歐拉法

跡緩:流體質點解運動軌跡級曲規稱為刎

流城:流線就是任意時刻流場中存在得一條曲線,該曲線上流體筋點得速度方向與其所在W處曲線得切戰方向一致,

流戰有性質

除了速度為零或者無窮人存特殊點.外,經過空間一點只有一條流戰,即流姓不能相交,因為每一時刻空間點只健被一個質點所占據,

只有一個速度方向.

2,流場中每一點都有激戰通過,所有激戰形成流統諾,

3,旅線將形狀與位置K1時間用變化.但穩態流動時流紋得形狀與位置不隨時何而變化.

流線與邊線得區別:流線與邊線就是兩個不同得藏念.流線就是同一時刻不同質力,構成得一條流體線,選線則就是同一成點在不同時刻經過得空間

點所構成得軌跡稅,但就是柩態流動條件下,流稅馬進線就是史今得.

H角坐標系中得流戰微分方程:()

流竹得定義,在流場中做一條不與流線重合褥封閉曲線,則通過此曲線得所有流線將構成一個管狀曲面.該管狀曲面就稱為流管。

流管得性加:根據流線不能相交得性質.直管灰面不可能行流體穿過.火次.與流線相類似.流管得形狀?股就是的時間而變化得.單穩態流動時.

流皆得形狀就是硝定得,工程實際中管道就是流管得特例,此時得流管表面即為管道內壁雨.

流體區別于剛體運動得特點:流體運動時,除了想剛體那樣有平動與轉動外,同時還有連族不斷得變形,包括拉伸與剪切變的.而且的于變形連埃

不斷.其變形也不能像囿體那樣用變形仄御大小來度5L而必須用變形速率(單位時間得變形員)來度顯.

修元流體踐行戰變形速率:冷位時間內線段L得相對伸長率,

微元流體跳得轉動速率:流體微元觀段在某?個平面內單位時間所轉動知角度,即線段在該平面內轉動得角速度,并約定在右手法則坐標系下,逆

時針轉動得角速度為正.

跟元流體團得轉動速率;徵元流體團在某?平面內用轉動速率為該平面內兩正交微元流體度各自轉動用速度得平均值.

澈元流體團得剪切變形速率;微元流體團得躬切變也速率定義為平面內兩正交澈元流體戲夾角對時間得變化率,

微元液體團用體枳影脹速率不可壓縮猶體用在軟性方程;微元流體歸次體枳修聯速率定義為單位對何金無施體⑷汨體枳膨脹率.

右加流動:若流場中QHO.則()三個分量中只要有一個不為事,則稱該流場中得流動為育族流動.又稱為旋渦流動.

無旋流動:若流場中得潛盤處處為零,即流場中處處有()則該流場內闿流動稱為無旋流動,

強制渦,自由渦就是兩種典型得平而旋轉運動.

強制渦御特點:流場內各點具有相同得角速收<).任意半徑<)處流體得切向速度(>

自由潤得特點:流場內各點單位楨業流體具有能狀相同,半徑處流體得切向速度()

其中()為君數.

型力流動:流體因兔力自發產生得流動.

壓差流動:棄流體自身壓力型做功產生得流動,

剪切流動或麻擦流動:僅對流體衣面施加剪切力使流體獲得動能所產生得流動,

層流流動得速度分布:層彼時,各流體層之間儀奇分子動量擴散產生得相互作用,明管中期速度分布成拋物線形.

洲流流動得速度分布:洲通時.流體用大尺度用隨機脈動使流體間將相互混合大為增強.《速度分布趨于留臺形.即管壁附近速衣梯度很大,而中

心區速度分布平緩,這意味蓿湍流時流體與管壁卑擦力顯著增加.

湍沛邦度,

對于湍流流動,除分子熱運動外,同厝還存在流體微團在各個方向得曲機味動,因此沿漬動方向得切應力()由這兩種運動為橫向動錄拉救所

產生。

膿動速度各頊同性.

流動邊界:一般折流場中得相界面,包括氣一-液邊界,液--液邊界與流一-固邊界.

固壁邊界對流動得影響:I、影響流體流刃路徑;2、對流體流動產生流動阻力。

定性尺寸:在流動力學中反映流場邊界兒何形狀,影響得特征尺寸稱為定性尺寸(用L泛指).

定性速度,反映湎場運動速度影響褥特價速度稱為定性速度(用V泛指).

根據流場定性速度V.定型尺寸L以及流場幾何尺度得不同,固壁邊界對流場得影響范慣就是不同解,由此可將流動問題分為兩種類中:-:固壁邊

界影響要傳遞到整個流場二:陽壁邊界影響僅局限于壁面附近.

網管中褥流動:當流體以均勻速度()(與平均速度相等)進入管口后,收管壁摩擦彰響,流體首先在近壁區建立速度梯度,近里區速度分布發生

變化,隨齊流動向前發展,管壁得影響邃漸傳遞列管中心.遍及整個管道赦面.此后速度寸布形態不再改變,

進口區:通常將管壁影響達到背中心之前得洗動區稱為進口區

發展中流動r進口區得流動稱為發展中流動

從分發展區:進口區之后得流動區稱為充分發展區

充分發展得流動:充分發展區對應用流動

進口區萬充分發假區符流動行為是弁:進口區流動就處二維得?而無力發網區就處維得.

管內流動出諾數:()

曳力;流體流動過程中沿流動方向作用于固體壁面得總力稱為戔力。

流動IH力:固體壁面在流動方向對流體行反作用力稱為流動阻力,

()

形狀用力:形狀用力()就是應體壁而上正樂力分布不均勻所產生得,又稱為樂差用力.

摩擦用力:摩擦用力()就是固體壁面上正壓力分布不均勻所產生得.

原型管道得阻力系數:

順量力:因須信力場作用產生得力,用于非接期力或者成為遠程力.

表而力:流體表面受到與之接觸得流體或存周體壁面得作用力.稱為近程力.

附加止應力():反映粘性運動流體得線更形產生得表面力(法向)。

切應力<>:反映黏性運動流體剪切變形產生得表面力(切向)

對于理想流體或若對于靜止流體,()C均為零

壓力P得大小與其表血取向就是無關褥.

靜止流場中任意一點處得壓力值與流體表面取向無關

壓力得方向總就是指向所取衣面(即沿表面外法設得負方向)

慣性坐標系中任何物體處于部止得必要條件:作用在物體上用外力總與及外力矩與均為零

外力學基本方程:

質量力指向壓力增加得方向

不可壓緡第止凍場中超量力有勢,所以其流體分界面必然就是等壓面與等勢面

流體密度只就是壓力得函數附流場稱為正壓流場

型力場靜止流體得壓力微分方程:

如果將坐標原點置于自由液面,并令自由液而壓力等于大氣壓力,即給定邊界條件()則對式()積分為O

等壓面方程:z=c

對于連通管路或者容僻系統中得同一種靜止液體,在同一水平位置只有相同得壓力

承力場靜止液體之間得分界面就是等壓面

達朗貝爾原理:質量為m得物體以加速康a運動時要受到加通度反方向得慣性力得作用,其愀性力為一ma,即單位防城慣性力為一u.旦忸性力與

物體所受到得其她外力構成平衡力系,

系統:系統就就是晌定不變得物施集合

捽制體:控制體就就是根搟需要所選擇附具有確定也置與形狀得流場空間

控制體得特點:邊界形狀不變而內部得質量可變

通過一截面得跳盤流及取決「此鼓面上流體得法向速度

質后通量:於位面積得頗做流知()

偵量守恒方程:

槍態系統得質后守恒方程:柩態流動時,控制體內得總質量與時間無關.即()

動量守恒方程:

流體能疥一般劃分為

I.儲存能:儲存能就是流體因物質內部做微觀運動與物質整體宏觀運動具有備施貴,包括?內能,動能,位能

2,遷移能:遷移健就是流體系統與外界經行熱,功交換過程中傳遞得能城,包括熱IRQ或功能W

突擴管得壓頭變化由兩部分構成

1.渦流耗故使樂力下降<壓力能損失)

2.流通面積擴大使流體動能轉化為壓力能,導致壓頭升高.

突縮管壓力降由兩郃分構成

1.因局制阻力損失產生得壓力降

2.因流通面積縮小C.流體壓力能轉換為動能產生得壓力降

常見邊界條件:

1.固壁一一液體邊界()

2.液體——液體邊界()

3.氣體——液體邊界()

柩念:息味著整動過程與時間無天

一推流動:流體只在一個坐標方向上流動,旦流體速度得變化也只與一個空間坐標有關,

不可壓緡流體得得到棺態流動,流體速度沿流動方向得變化必然為零,即()

由于流體速度沿流動方向沒有變化褥流動稱為充分發展得流動,因此,不可壓縮流體御一推流動必然屬于充分發展得流動,

樂差流:也進出口兩端得壓力差產生存流動

剪切流:由于兩壁面得相對運動產生得流動

這兩種因素也可能同時存在,對于非水平平壁間得狹注流動,還將受到點力得彰響

狹繼流動得邊界條件:<>

管內得切應力與速度分布:對下削管內得流動,壁面速度為零,且由丁?對稱性,管中心找上速度怫度也必然為零,故邊界條件為《〉

網形食管內流動得邊界條件:

降服流動就是靠!R力產生得,與管內流動與狹縫流動相比,其特點就是:液燃得一便與大氣接觸,為典型得液一一氣邊界條件,由『液胰得一他與

大氣接觸,故沿流動方向沒有壓力蘢。

液腰兩W1分別與固壁與大氣接觸,其邊界條件就是:()

不可樂爆流體得連續性方程:

速度得附度(體卷取率"M{。休積得沛體.整位時間內得體和

對于不可壓縮流體沿力方向得?跑流動,其連續性方程為(>

體積力:體積力就是由于外力場得作用在微元體整個體積上所產生得力.乂稱沏體力或音所運力.

衣面力:作用于流體表的得力.

動量通用:單位時間單位面枳觸人輸出得動瞅

動量通疑=偵址通址-流體速度

質fit流顯=質顯通*?流通面積

斯托克斯三個假設?

I,應力與變形速率成然性關系

2,應力與變形速率得關系各項同性

3.靜止流場中.切應力為事.各正應力均等于靜壓力,即(0

正應力與或變形率:流體正應力由兩部分內成:一部分就是流體靜壓力產生得正應力:另一部分就是粘性流體運動變形產生褥正應力(拉伸或壓縮

應力),且僅與流體變形速率即(>

正應力與靜壓力:精致條件下流體得正應力數值上等于流體靜壓力p,且為止應力為(0

p==

雖然運動流體得三個正應力在數值上一般不等F壓力值,但她的得平均值總就是與靜壓力大小相等得

一維流動就是.其流場中任一點得正應力與靜止流體得情況一樣.郎等于流體靜壓產生用上應力-P

N-S方程只就是用與牛恢流體

應用條件

只適用于牛帕流體層流流動,湍流流動必考

必考

平而流動就是指整個漁場中流體速度都平行于某一半面.且液體各物理盤在于該平面垂直尋方向上沒有變化得流動

流體運動區別于剛體運動得特點;流體徽元團在運動過程中除了有平移運動與旋轉運動外,還仃連續不斷打得變形,包括踐變形與角變形,

有旋與無蚯:根據流體微元團本身就是否加弱,流體運動可分為有旋流動與無旋流動,如果流體微元團得角速度W在流場中處處為零,加徐為無

族流動,否則為右旋流動.<0

對于自由渦,()顧流動就是無旋得,對7速制渦,(0故流動為有旋

線渝a線而a:就就是線段弓透過線段得法向速度將乘機

速度環加速改壞盤就就是封閉曲城上得切向速度<)沿封閉曲線褥枳分

等流函數戰為流踐

必考7-I3A

等勢線令速傻勢函數等于曲線簇就就是號班線

流網流戲與等勢找相交所抵成得表示流切特性得網戲稱為流網

必有eg7-3

理想流體繞固定圈柱體行流動流動可視為由X方向汨平行直我等流速與偶極流掙加而成

可見駐京處壓力最大P=l.在二十度就是p=().在上.下頂點處壓力最小.為負壓,p=-3

勢函數與流函數一流動可視為由x方向件平行直線等速流,偶極流與順時針點:就得無加合成

勺格努斯效應轉動I用柱體平行流中要受到垂直于平行流動方向上得作用力.類似條件下傳球體或擰其她物體也會受到這樣為力.

流體力學實驗得研究方法:I加物實驗2比擬實驗3模型試驗

流體相似包括:I幾何相似2運動相似3動力相似

兒何相似:模型流動得邊界形狀與原型相似.即任流場中模型與原型流動邊界窗對應邊要成一定比例.

運動相似:幾何相似得兩個流動系統中用對應流戲形狀也相似。

動力相似:在兩個幾何相似.運動相似知運動系統中,對應點處作用得相同性質力F得方句相同大小成一定比例.

相似準則就髭流動相似均充分必要條件.建立相似準則一般甫兩種途徑:

對于已有流動微分方程描述褥何壯,可直按根據微分方程與相似條件導出相似準則,對于it沒能建立微分得問期,只妾知遒彭響流動過程得物理參

數,則可通過員綱分析方法導出相似準則.

雷諾數Re:雷諾數就是與液體性質有關褥相似數,表示慣性力與新性力之比,W(>

歐技數Eu;就是與壓力有關得相似數.內比也稱為壓力相似數.表示樂力與慣性力之比.

佛魯譙數Fr:例令德數就是與電力付關得相似數,亦稱為型力相W數,表示慣性力與電力之比

流體力學中加攜木得物理僦有長度,旗量,時間,熱力學溫度

北綱與諧族理:只有此綱相同得物理量才能相加減,所以正確得物理關系式中各加與項存量綱必須就是相同得,等式兩邊雙量綱也必家就是相同處,

這就就是V綱與諧原理,

肽綱分許方法包括:瑞利方法與白金漢姆方法

白金漢婢法(pai定珅)域本原理:若某一物理過程需要幾個物理參數來描述.且這些物珂參數涉及r個基本殳綱,則此物珅過程可用n-r個無量綱

特征數來描述,這些無量綱特征數稱為pai項.

模型應與原型相似,這種模型稱為正太姆

臨界雷諾數:從層流過渡到湍流所對應斛雷諾數

影響條件:進I」處得擾動,管道入LI得形狀.管鴕粗粒度笄因數

湍流逑度:用膿動量得均方根值來反映湍流膿動得演烈程度C

流體做湍流流動時,流體層之間除了存在切應力之外,還存在新湍流肽動引起得陽加切應力(雷諾應力)

普朗特混合長陵理論:湍流中流體為微團得不規則運動與氣體分子得譽運動相似.因此.可借用分子運動論中建立黏性的力與速度梯度之向關系得

方法來研究湍流中宙法應力與時均速度之間得關系。

肇面附近得湍源可分成近里黏性底層,過渡只,湍流核心區三個區域.

在靠近畸面溝粘性底層中.需潛應力近小于料性應力

在黏性底層區,速度分布就是線性行

在海流核心區布諾成力遠大于黏性應力

湍流核心區速度顯半對數分布

拓性應力與缶諾應力有相同得量級

通常采用e表示除內表面粗桂峰得平均高度,稱為絕對粗糙度,3D稱為相對粗糙度,其中D為濘內徑.

對于湍流流動,粗糙度對速度與阻力有顯著影響,并且可將粗幅管湍流分為三種不同行情兄,即水力光滑管,過渡型圓管與水力粗糧管,

沿程用力,沿程阻力損失,管道沿程壓力降:EK降由睬擦耗做而產牛..通常將因為管道壁面產生為阻力稱為沿程阻力.由此產牛?解出頭損失稱為沿

程壓力損失對應用壓降稱為管道沿程壓降.

局都阻力,局部阻力損失,局部壓降:將流動方向突然改變產生用阻力稱為局部阻力,由比產生得壓頭損失稱為局部阻力損失,對應得壓降稱為局

部壓降.

阻力損失就是管道設計所考慮得主要問即.

進口段長度:

1,速度分布充分發板所需得長度

2.曳面上切應力值達到充分發展所需得進口段長度

進口段01力:

I.粘性應力(對于涮流,還包括擊送應力),引起得用力攪失

2,核心區流體被加速引起得阻力損失

層流進n段阻力:最大——減小一一確定值

湍流進【?段阻力:最大一一減小一一回升——減小一一確定位

主流與次流r

為什么彎管比直管傳熱效率大:

流動分兩現晶:流體流紿每頭等管件時生法方向發生改變.所產生得離心力將使流體里面存壓力分布發生變化,從而引起解流體褥漏旋運動.

穹管得阻力:彎管得樂頭損失就是由壁面摩擦,流動分離與次流因素造成得,管道彎曲程度越大,壓頭損失也越大.

普朗特邊界層理論(境物體得大相送數流動可分為兩個區域)

1.壁面很薄得流體層區域,和為邊界層,邊界層內流體整性作用極為由要,不可以忽略,

2.邊界層以外得區域,稱為外流區,該流區內得流動可眠成就是理想流體得流動,

將流體速度從u=O到u=O、99u0對應得狀體層厚度為邊界層厚度?用()去示,u=0處(即同體壁面)為邊界層內邊界.u=O、99O處就就是邊

界層得外邊界,

邊界層御引入,從動力學解角度將嫌流流動劃分為兩個區域:

1.黏性力占主導得邊界層區

2.慣性力作用占主導得外流區

普朗特邊界層方程得邊界條件;

流體沿彎曲里面得繞流中,邊界層內會伴隨產生壓差,從而可能導致邊界層脫離物體表面,產生邊界層分掰現象,其次,由丁彎曲壁面不用平行「

來流且壓力分布不均.因而壁面總阻力通常就包括摩擦阻力與壓并胤力,形狀用力連個法;3

發生邊界層分省后,在物體后部形成分禹區,分禹區將嚴重影響外流區得邊界.因此,這時已經不能認為黏性起作用得區域只就苑限制在14體物面

附近一層很薄得流體中,邊界層理論不在適用.

整性流體在順壓力梯度與零壓力梯度將條件下,不可能出現邊界層分感,所以邊界層分離只可能在逆壓力梯度科條件下發生.

饒流流動中,固體對流體得作用總力分為兩部分:

平行于流動方向得作用力即繞流總H1力Fd.垂直于流動方向得作用力Ft、

影響觸粒沉降速度得因素:I濃度得影響2陰壁效應3非玨形度得影響

葉輪機械乂稱為透平機械

根據流體得流動方式,葉輪機械分成彳仝流式與軸流式兩件類型.

流體力學模型假設:

1.在控制體得進出口.流體均為一維流動.且方向任意.

2,控制體內為粒態流動

3.拴制體與外界無熱交按

4.控制體內無化學反映

流體旋轉運動一般分為三種形式:I.自n渦運動2.岸制渦運動3.組合渦運動

放流器中氣體流動過程得描述:

工業中產生過渡壓力得四種方法:1,龍力2.抽直空3.加壓4,離心力

過渡壓力dpc由兩部分組成:微元濾餅兩面得壓力差dp.微元內液體得離心力.

流體在轉鼓內得流動-:種理論:活塞流動理論,層流流動理論流線流動理論

液體與氣體得粘性有何區別?原因就是什么?答:答:(1》?溫度升高時液體得粘滿系數碌低,流動性增加,這就站因為液體得拈性主要就是由分

子間得內聚力造成對.混度開高時,分子間褥內聚力破小.粘滯系數就要降低.<2)溫度升高時.氣體得粘滯系數增大.造成氣體粘性得上要你內

時氣體內部分子得熱運動.當溫吱升尚時,氣體分子得熱運動得速度加大,速度不同得相鄰氣體層之間將防址與動量交換隨之加劇,所以,氣體得

粘性將增大,

作用在流體上褥力,包括哪些力?答:作用在流體上得力,按力得々現形式分為限量力與表面力兩類.偵fit力包括田力、在戰慣性力與離心炭性力;

表面力包括壓力與切力.

流體靜壓力有嗯些特性?容:(1)國壓力方向永遠沿若作用面為內法線方向:(2)靜止流體中任何?點上各個方向得靜壓力大小相等,與竹用方向

無關。

等反面及其特性就是什么?答:淤壓力相等得各點所組成得而稱為等JK而.等壓而得特性有:<1)等

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