流体力学复习要点(1).docx

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1、流体力学复习要点第一章 绪论 物质的三种形态：固体、液体和气体。液体和气体统称为流体。流体的基本特征：具有流动性。 所谓流动性，即流体在静止时不能承受剪切力，只要剪切力存在，流体就会流动。流体无论静止或流动，都不能承受拉力。 连续介质假设：把流体当做是由密集质点构成的、内部无空隙的连续体。 质点：是指大小同所有流动空间相比微不足道，又含有大量分子，具有一定质量的流体微元。 作用在流体上的力按其作用方式可分为：表面力和质量力。 表面力：通过直接接触，作用在所取流体表面上的力，在某一点用应力表示。 质量力：作用于流体的每个质点上且与流体质量成正比的力，用单位质量力表示 流体的主要物理性质：惯性、粘

2、性、压缩性和膨胀性。 惯性：物体保持原有运动状态的性质，其大小用质量表示。 密度：单位体积的质量， 粘性：是流体的内摩擦特性，或者是流体阻抗剪切变形速度的特性。流体粘性大小用粘度度量，粘度包括动力粘度m和运动粘度u 无粘性流体：指无粘性，即m=0的流体。 不可压缩流体：指流体的每个质点在运动全过程中，密度不变化的流体。 压缩性：流体受压，分子间距减小，体积缩小的性质。 膨胀性：流体受热，分压缩系数：在一定的温度下，增加单位压强，液体体积的相对减小值，,体积模量 体膨胀系数：在一定的压强下，单位温升，液体体积的相对增加值， (简答)简述气体和液体粘度随压强和温度的变化趋势及不同的原因。答：气体的

3、粘度不受压强影响，液体的粘度受压强影响也很小；液体的粘度随温度升高而减小，气体的粘度却随温度升高而增大，其原因是：分子间的引力是液体粘性的主要因素，而分子热运动引起的动量交换是气体粘性的主要因素。 第二章 流体静力学 绝对压强pabs：以没有气体分子存在的完全真空为基准起算的压强。 相对压强p：以当地大气压pa为基准起算的压强，各种压力表测得的压强为相对压强，相对压强又称为表压强或计示压强。 真空度pv：绝对压强小于当地大气压的数值。 测量压强做常用的仪器有：液柱式测压计和金属测压表。液柱式测压计包括测压管、U形管测压计、倾斜式微圧计和压差计。 平面上静水总压力的计算方法有：图算法和解析法。

4、潜体：全部浸入液体中的物体。 浮体：部分浸入液体中的物体。 阿基米德原理：液体作用于潜体或浮体上的总压力，只有铅垂向上的浮力，大小等于所排开的液体重量，作用线通过潜体的几何中心。 (简答)试述静止流体中应力的特性。答：应力的方向沿作用面的内法线方向；静压强的大小与作用面的方位无关。 流体平衡微分方程及物理意义：，物理意义：在静止流体中，各点单位质量流体所受质量力与表面力相平衡。 等压面的概念、性质及连通器内等压面的判断：流体中压强相等的空间点构成的平面或曲面称为等压面。其性质是：等压面与质量力正交。在连通器内做水平面，若连通的一侧只有同一种液体，该平面就是等压面，否则不是等压面。 由液体静力学

5、基本方程得到的结论：静压强的大小与液体的体积无关；两点的压强差等于两点之间单位面积垂直液柱的重量；在平衡状态下，液体内任一点压强的变化等值地传递到其他各点。 压力体的概念、界定方法和分类：积分hdAz=V表示的几何体积称为压力体。界定方法：设想取铅垂线沿曲面边缘平行Az移动一周，割出以自由液面或延伸面为上底、曲面本身为下底的柱体就是压力体。分类：实压力体、虚压力体和压力体叠加。 第三章 流体动力学基础 描述流体运动的两种方法：拉格朗日法和欧拉法。除个别质点的运动问题外，都应用欧拉法。 拉格朗日法：是以个别质点为研究对象，观察该质点在空间的运动，然后将每个质点的运动情况汇总，得到整个流体的运动。

6、质点的运动参数是起始坐标和时间变量t的连续函数。 欧拉法：是以整个流动空间为研究对象，观察不同时刻各空间点上流体质点的运动，然后将每个时刻的情况汇总起来，描述整个运动。空间点的物理量是空间坐标）和时间变量t的连续函数。 恒定流：各空间点上的运动参数都不随时间变化的流动。 非恒定流：各空间点上的运动参数随时间变化的流动。 一元流：流体流动时各空间点上的运动参数是一个空间坐标和时间变量的连续函数。 均匀流：流线是平行直线的流动。 非均匀流：流线不是平行直线的流动。 流线：表示某时刻流动方向的曲线，曲线上各质点的速度矢量都与该曲线相切。迹线：流体质点在一段时间内的运动轨迹。 流管：某时刻，在流场内任

7、意做一封闭曲线，过曲线上各点做流线，所构成的管状曲面。 流束：充满流体的流管。 过流断面：与所有流线正交的横断面。 元流：过流断面无限小的流束，断面上各点的运动参数均相同。 总流： 过流断面为有限大小的流束，断面上各点的运动参数不相同。 流量：单位时间内通过某一过流断面的流体量。以体积计为体积流量，简称流量；以质量计为质量流量；以重量计为重量流量 非均匀渐变流：在非均匀流中流线近似于平行直线的流动。 水头线：总流或元流沿程能量变化的几何图示。 水力坡度：单位流程内的水头损失。 流线有哪些主要性质？流线和迹线有无重合的情况？答：流线性质：在恒定流中，流线的形状和位置不随时间变化；在同一时刻，一般

8、情况下流线不能相交或转折。在恒定流中流线与迹线重合，非恒定流中一般情况下两者不重合，但当速度方向不随时间变化只是速度大小随时间变化时，两者仍重合。 试述流动分类：根据运动参数是否随时间变化，分为恒定流和非恒定流；根据运动参数与空间坐标的关系，分为一元流、二元流和三元流；根据流线是否平行，分为均匀流和非均匀流。 不可压缩流体的连续性微分方程 ： 不可压缩流体运动必须满足该方程。 第四章 流动阻力和水头损失 流动阻力：粘性流体运动时，流体内部流层之间存在相互作用的摩擦力，在边界变化处存在集中阻力，这两类力做功使机械能减少，这两类力称为流动阻力。 沿程阻力：在边界无变化的均匀流段上产生的流动阻力。

9、局部阻力：在边界急剧变化处产生的流动阻力。 水头损失：单位重量流体平均的机械能损失。 沿程水头损失hf：由沿程阻力做功引起的水头损失。 局部水头损失hj：由局部阻力做功引起的水头损失。 层流：流速较小时，水一层套着一层呈层状流动，各层质点互不混掺的流态。 紊流：流速较大时，各层质点运动轨迹极不规则，相互混掺的流态。 水力半径R：过流断面面积与湿周的比值。 紊流脉动：紊流各层质点相互掺混，无规则运动，导致其物理量也随之无规则变化的现象。 瞬时流速u：某一空间点的实际流速，在紊流流态下随时间脉动， 时均流速u：某一空间点的瞬时流速在时段T内的时间平均值，. 脉动流速u：瞬时流速与时均流速的波动值。

10、 断面平均流速n：过流断面上各点流速的断面平均值， 粘性底层：仅靠壁面存在一个粘性剪应力起控制作用的薄层。 紊流剪应力包括：粘性剪应力和附加剪应力 紊流流速分布一般表达式：，该公式适用于除粘性底层以外的整个过流断面。 当量粗糙：是以工业管道紊流粗糙区实测的l值代入尼古拉兹粗糙圆管公式反算得出的粗糙高度ks。 当量直径de：把水力半径相等的圆管直径定义为非圆管的当量直径， 边界层：考虑粘性影响的薄流层。 绕流阻力D：流体绕物体流动，平行于来流方向上的力，包括摩擦阻力和压差阻力， 造成局部水头损失的原因：主流脱离边壁，漩涡区的形成。 边界层的特征：边界层内流速梯度很大，考虑粘性影响；以外流速梯度约

11、为0，相当于无粘性流体的运动。， 第五章 孔口、管嘴出流和有压管流 孔口出流：在容器壁上开孔，水经孔口流出的水力现象。其水头损失只考虑局部水头损失hj。 薄壁孔口：孔口出流时，水流与孔壁仅在一条周线上接触，壁厚对水流无影响的孔口。 自由出流：水由孔口流入大气的水力现象。 淹没出流：水由孔口直接流入另一部分水体的水力现象。 管嘴出流：在孔口上对接3-4倍孔径的短管，水通过短管并在出口断面满管流动的水力现象。 有压管流：流体沿管道满管流动的水力现象。 短管：沿程水头损失和局部水头损失所占比重相当，两者都不能忽略的管道。 长管：以沿程水头损失为主，局部水头损失和流速水头所占比例很小，可以忽略或按沿程

12、水头损失的某一百分比估算的管道。 简单管道：沿程直径和流量都不变化的管道。 串联管道：由直径不同的管段顺序连接起来的管道。 并联管道：在两节点之间并联两根或两根以上的管道。 水击：在有压管道中，由于某种原因，使水流速度突然发生变化，同时引起压强大幅度波动的现象。 直接水击：阀门关闭时间小于一个相长，最早发出的水击波的反射波回到阀门之前，阀门已全关闭，此时阀门处的水击压强与瞬时关闭相同。 间接水击：阀门关闭时间大于一个相长），最早发出的水击波的反射波回到阀门之时，阀门还未完全关闭，此时阀门处正负水击波相叠加，使阀门处的水击压强小于直接水击压强。 孔口、管嘴出流和有压管流各自的水力特点是：孔口、管

13、嘴出流只有局部水头损失，不计沿程水头损失，h按沿程水头损失的某一百分数估算过忽略不计。 管嘴出流收缩断面的真空高度：，相当于把孔口的作用水头增大75%，因此在相同的作用水头下，同样开口面积，管嘴的过流能力是孔口过流能力的1.32倍。 w=hj；短管的局部水头损失和沿程水头损失都要计入，；长管的局部水头损失和流速水头的总和同沿程水头损失相比很小，第六章 明渠流动 明渠流动：水流的部分周界与大气接触，具有自由表面的流动。又称为无压流。 明渠流动的特点：重力作用、底坡影响、水深可变。 底坡：底线沿流程单位长度的降低值。底坡类型：i0，为正底坡或顺坡；i=0,为平底坡；i0,为顺坡或正底坡，其中：ii

14、c，为急坡或陡坡；i=0，为平坡；i0，为逆坡或反底坡。 第七章 堰流 堰：在缓流中，为控制水位和流量而设置的顶部溢流的障壁。 堰流：水经堰顶溢流的水力现象。 堰的分类：dH0.67,为薄壁堰，主要用做测量流量的设备；0.67dH2.5，为实用堰，剖面有曲线型和折线型；2.5dH0；充分条件：hs=h-p0.8H0 宽顶堰各项系数的影响因素：m堰口形式和相对堰高(P/H); ss-随淹没深度的增大而减小；相对堰高相对堰宽及墩头形式。 薄壁堰作为流量量测设备的原理及注意事项：原理：流量为堰上水头的连续函数Q=f，实测堰上水头H，便可以确定流量。 注意事项：薄壁堰不宜在淹没条件下使用。 薄壁堰的堰

15、口形状有：矩形和三角形。 第八章 渗流 渗流：流体在孔隙介质中的流动。 水在土中的形态：气态水、附着水、薄膜水、毛细水和重力水。重力水是渗流理论研究的对象。 渗流模型：渗流区域的边界条件保持不变，略去全部土颗粒，认为渗流区连续充满流体，而流量与实际渗流相同，压强和渗流阻力也与实际渗流相同的替代流场。 渗流分类：根据运动参数是否随时间变化，分为恒定流和非恒定流；根据运动参数与空间坐标的关系，分为一元渗流、二元渗流和三元渗流；根据流线是否平行，分为均匀渗流和非均匀渗流；(4)按有无自由水面，分为无压渗流和有压渗流。 分析渗流的前提条件：微小流速不计流速水头。 达西定律及适用范围：V=u=kJ,表明

16、均匀渗流中速度与水力坡度的一次方成正比。适用范围： 裘皮衣公式：V=u=kJ=-kdH，反映了渐变渗流中某一过流断面上流速与水力坡度的关系。 ds渗透系数的影响因素及确定方法：影响因素：土颗粒的大小、形状、分布情况及地下水的物理化学性质等等。确定方法：实验室测定法、现场测定法和经验方法。 普通井或潜水井：在地表下面潜水含水层中开凿的井。 承压井或自流井：承压含水层中开凿的井。 完全井：井管贯穿整个含水层，井底直达不透水层的井。 非完全井：井底未达不透水层的井。 影响半径：在该半径以外的区域，地下水位不受该井抽水的影响。 第九章 量纲分析和相似原理 量纲：物理量的属性，也称为因次。 单位：人为规

17、定的量度标准。 基本量纲：无任何联系、相互独立的量纲。导出量纲：由基本量纲导出的量纲。无量纲量：不具量纲的量，即各量纲指数为0. 量纲和谐原理：凡正确反映客观规律的物理方程，其各项的量纲必须是一致的。 量纲分析方法：瑞利法和定理。 量纲分析的依据：量纲和谐原理。 瑞利法的步骤：找出与所求量相关的物理量；(2)写出指数关系式；写出量纲式：以基本量纲表示各物理量的量纲；根据量纲和谐原理求量纲指数；整理方程式，确定所求量的表达式。 定理的步骤：找出与所求量相关的物理量；选择基本量；组成项；满足为无量纲项，定出项基本量的指数；整理方程式。 模型：指与原型有同样的运动规律，各运动参数存在固定比例关系的缩

18、小物。 流体力学相似的含义：几何相似、运动相似、动力相似、边界条件和初始条件相似。 几何相似：指两个流动流场的几何形状相似，即相应的线段成比例，夹角相等。运动相似：指两个流动相应点速度方向相同，大小成比例。动力相似：指两个流动相应点处质点受同名力作用，力的方向相同，大小成比例。 相似准则：要使两个流动动力相似，则各项力比尺必须符合一定的约束关系，这种约束关系称为相似准则。包括：雷诺准则、弗劳德准则、欧拉准则。 雷诺准则：两流动相似的雷诺数相等，粘滞力相似。雷诺数）表征惯性力与粘滞力之比。 弗劳德准则：两流动相似的弗劳德数相等，重力相似。弗劳德数）表征惯性力与重力之比。 欧拉准则：两流动相似的欧拉数相等，压力相似。欧拉数(表征压力与惯性力之比。 模型律的选择：保证对流动起主要作用的力相似。如：有压流，粘滞力起主要作用，应按雷诺准则设计模型；在堰流、闸孔出流、明渠流动中，重力起主要作用，应按弗劳德准则设计模型。 自动模型区：当雷诺数Re超过某一数值后，摩阻系数不随Re变化，此时流动阻力的大小与Re无关，这个流动范围称为自动模型区。