流體力學(xué)概念總結(jié)

1、第一章 緒 論1 工程流體力學(xué)的研究對象：工程流體力學(xué)以流體（包括液體和氣體）為研究對象，研究流體宏觀的平衡和運動的規(guī)律， 流體與固體壁面之間的相互作用規(guī)律， 以及這些規(guī)律在工程實際中的應(yīng)用。第二章 流體的主要物理性質(zhì)流體的概念：凡是沒有固定的形狀，易于流動的物質(zhì)就叫流體。流體質(zhì)點：包含有大量流體分子，并能保持其宏觀力學(xué)性能的微小單元體。連續(xù)介質(zhì)的概念：在流體力學(xué)中，把流體質(zhì)點作為最小的研究對象，從而把流體看成是：由無數(shù)連續(xù)分布、彼此無間隙地；占有整個流體空間的流體質(zhì)點所組成的介質(zhì)。.密度：單位體積的流體所具有的質(zhì)量稱為密度，以p表示。.重度：單位體積的流體所受的重力稱為重度，以丫表示。.比體

2、積：密度的倒數(shù)稱為比體積，以u表示。它表示單位質(zhì)量流體所占有的體積。. 流體的相對密度：是指流體的重度與標準大氣壓下4純水的重度的比值，用 d 表示。. 流體的熱膨脹性：在一定壓強下，流體體積隨溫度升高而增大的性質(zhì)稱為流體的熱膨脹性。. 流體的壓縮性：在一定溫度下，流體體積隨壓強升高而減少的性質(zhì)稱為流體的壓縮性。.可壓縮流體：p隨T和p變化量很大，不可視為常量。.不可壓縮流體：p隨T和p變化量很小，可視為常量。. 流體的粘性：流體流動時，在流體內(nèi)部產(chǎn)生阻礙運動的摩擦力的性質(zhì)叫流體的粘性。. 牛頓內(nèi)摩擦定律：牛頓經(jīng)實驗研究發(fā)現(xiàn)，流體運動產(chǎn)生的內(nèi)摩擦力與沿接觸面法線方向的速度變化（即速度梯度）成正

3、比，與接觸面的面積成正比，與流體的物理性質(zhì)有關(guān)，而與接觸面上的壓強無關(guān)。這個關(guān)系式稱為牛頓內(nèi)摩擦定律。. 非牛頓流體：通常把滿足牛頓內(nèi)摩擦定律的流體稱為牛頓流體，此時不隨 d /dn 而變化，否則稱 為非牛頓流體。.動力粘度n :動力粘度表示單位速度梯度下流體內(nèi)摩擦應(yīng)力的大小，它直接反映了流體粘性的 大小。.運動粘度丫：在流體力學(xué)中，動力粘度與流體密度的比值稱為運動粘度，以v表示。. 實際流體：具有粘性的流體叫實際流體（也叫粘性流體） ，.理想流體：就是假想的沒有粘性（ 仙=0）的流體第三章 流體靜力學(xué)流體的平衡： （或者說靜止）是指流體宏觀質(zhì)點之間沒有相對運動，達到了相對的平衡。絕對靜止：流

4、體對地球無相對運動，也稱為重力場中的流體平衡。相對平衡：流體整體對地球有相對運動，但流體對運動容器無相對運動，流體質(zhì)點之間也無相對運動，這種靜止或叫流體的相對靜止： 體積力：作用于流體的每一個流體質(zhì)點上，其大小與流體所具有的質(zhì)量成正比的力。在均質(zhì)流體中，質(zhì)量力與受作用流體的體積成正比，因此又叫。表面力：表面力是作用于被研究流體的外表面上，其大小與表面積成正比的力。壓強：在靜止或相對靜止的流體中，單位面積上的內(nèi)法向表面力稱為壓強。等壓面：在靜止流體中，由壓強相等的點所組成的面。位置水頭（位置高度） ：流體質(zhì)點距某一水平基準面的高度。壓強水頭（壓強高度）：由流體靜力學(xué)基本方程中的p/ （ g）得到

5、的液柱高度。靜力水頭：位置水頭z和壓強水頭p/ （ g）之和。壓強勢能：流體靜力學(xué)基本方程中的 p/ 項為單位質(zhì)量流體的壓強勢能。淹深：自由液面下的深度。大氣壓強（pa） ：由地球表面上的大氣層產(chǎn)生的壓強。國際標準大氣壓強（patm）:將地球平均緯度（北緯45。），海平面z=0處，溫度為15oC時的壓強 平均值。定義為國際標準大氣壓強。且patm=101325Pa 。流體靜壓強的表示方法：表壓強：表壓強是以大氣壓強為基準算起的壓強，以 pb 表示。絕對壓強：以絕對真空為基準算起的壓強叫絕對壓強，以 pj 表示。真空度：低于大氣壓強，負的表壓強稱為真空度，以 pz 表示。面積矩：為平面A 繞通過

6、 o 點的ox 軸的面積矩。壓力中心：總壓力的作用點。壓力體： 是所研究的曲面與通過曲面周界的垂直面和液體自由表面或其延伸面所圍成的封閉空間。流體運動學(xué)基礎(chǔ)1. 流場：運動流體所充滿的空間稱為流場。拉格朗日坐標：在某一初始時刻t0 ,以不同的一組數(shù)（a,b,c）來標記不同的流體質(zhì)點，這組數(shù)（a,b,c）就叫拉格朗日變數(shù)。或稱為拉格朗日坐標。歐拉法：以數(shù)學(xué)場論為基礎(chǔ)，著眼于任何時刻物理量在場上的分布規(guī)律的流體運動描述方法。歐拉坐標（歐拉變數(shù)）：歐拉法中用來表達流場中流體運動規(guī)律的質(zhì)點空間坐標（x,y,z）與時間 t 變量稱為歐拉坐標或歐拉變數(shù)?？刂企w：流場中用來觀察流體運動的固定空間區(qū)域。控制面

7、：控制體的表面。定常流動：若流場中流體的運動參數(shù)（速度、加速度、壓強、密度、溫度、動能、動量等）不隨時間而變化，而僅是位置坐標的函數(shù)，則稱這種流動為定常流動或恒定流動。非定常流動：若流場中流體的運動參數(shù)不僅是位置坐標的函數(shù)，而且隨時間變化，則稱這種流動為非定常流動或非恒定流動。均勻流動：若流場中流體的運動參數(shù)既不隨時間變化，也不隨空間位置而變化，則稱這種流動為均勻流動。一維流動：流場中流體的運動參數(shù)僅是一個坐標的函數(shù)。二維流動：流場中流體的運動參數(shù)是兩個坐標的函數(shù)。三維流動：流場中流體的運動參數(shù)依賴于三個坐標時的流動。跡線：流場中流體質(zhì)點的運動軌跡稱為跡線。流線： 流線是流場中的瞬時光滑曲線，

8、 在曲線上流體質(zhì)點的速度方向與各該點的切線方向重合。駐點：速度為 0 的點；奇點：速度為無窮大的點（源和匯） ；流線相切的點。流管：在流場中任取一不是流線的封閉曲線L ，過曲線上的每一點作流線，這些流線所組成的管狀表面稱為流管。流束：流管內(nèi)部的全部流體稱為流束?？偭鳎喝绻忾]曲線取在管道內(nèi)部周線上，則流束就是充滿管道內(nèi)部的全部流體，這種情況通常稱為總流。微小流束：封閉曲線極限近于一條流線的流束過流斷面：流束中處處與速度方向相垂直的橫截面稱為該流束的過流斷面。流量：單位時間內(nèi)通過某一過流斷面的流體量稱為流量。體積流量：單位時間內(nèi)通過某一過流斷面的流體體積稱為體積流量，以 qv 表示質(zhì)量流量：單位

9、時間內(nèi)通過某一過流斷面的流體質(zhì)量稱為稱為質(zhì)量流量，以 qm 表示。平均流速：常把通過某一過流斷面的流量 qv 與該過流斷面面積A 相除，得到一個均勻分布的速度 。層流（滯流）：不同徑向位置的流體微團各以確定的速度沿軸向分層運動，層間流體互不摻混。湍流（湍流）：各層流體相互摻混，流體流經(jīng)空間固定點的速度隨時間不規(guī)則地變化，流體微團以較高的頻率發(fā)生各個方向的脈動黏性：在運動的狀態(tài)下，流體所產(chǎn)生的抵抗剪切變形的性質(zhì)分子不規(guī)則熱運動： 相鄰兩層流體動量不同分子動量傳遞： 相鄰兩流體層具有相互作用剪切力：內(nèi)摩擦力是流體內(nèi)部相鄰兩流體層的相互作用力，稱為剪切力；剪切應(yīng)力：單位面積上所受到的剪力稱為剪切應(yīng)力

10、無滑移：緊貼板表面的流體與板表面之間不發(fā)生相對位移，稱為無滑移流體的黏度：作用于單位面積上的力正比于在距離y內(nèi)流體速度的減少值，此比例系數(shù) 以稱為流體的黏度。邊界層：存在速度梯度的區(qū)域即為邊界層（影響僅限于壁面附近的薄層，即邊界層，離開表面較遠的區(qū)域，則可視為理想流體。 ）邊界層：當實際流體沿固體壁面流動時，緊貼壁面處存在非常薄的一層區(qū)域邊界層厚度： 流體速度達到來流速度99時的流體層厚度形體阻力：物體前后壓強差引起的阻力流體動力學(xué)基礎(chǔ)緩變流動：流線間夾角很小，流線曲率很小，即流線幾乎是一些平行直線的流動。緩變過流斷面：如果在流束的某一過流斷面上的流動為緩變流動，則稱此斷面為緩變過流斷面流體的

11、動量定理可以表述為：系統(tǒng)的動量對于時間的變化率等于作用在系統(tǒng)上的外力和流體速度：由牽連速度 uc=cor和相對速度ur組成V=uc+ur動壓：總壓與靜壓之差，運動流體密度和速度平方積之半靜壓：運動流體的當?shù)貕簭??？倝海簹饬髦徐o壓與動壓之和第七章 流體在管路中的流動層流：流體中液體質(zhì)點彼此互不混雜，質(zhì)點運動軌跡呈有條不紊的線狀形態(tài)的流動。湍流：流體中任意一點的物理量均有快速的大幅度起伏，并隨時間和空間位置而變化，各層流體間有強烈混合。上下臨界流速：流動型態(tài)轉(zhuǎn)變時，水流的斷面平均流速稱為臨界流速，把從層流轉(zhuǎn)變?yōu)槲闪鲿r的叫上臨界流速，而把紊流轉(zhuǎn)變?yōu)閷恿鲿r的叫下臨界流速。水力半徑：過水斷面面積與濕周的

12、比值。雷諾數(shù)：在流體運動中慣性力對黏滯力比值的無量綱數(shù)Re=UL/v。其中U為速度特征尺度，L為長度特征尺度，v為運動學(xué)黏性系數(shù)。能頭損失：如果管道內(nèi)的水是流動的，必定有一部分能量轉(zhuǎn)化為熱能而 “消滅 ”，也就是丟失了一部分水壓（或稱揚程） ，這是客觀事物的反映，是水流運動的必然規(guī)律。通常我們將這種能量轉(zhuǎn)變的現(xiàn)象，稱之為能量損失（或稱水力損失，水頭損失） 。它以米為計算單位。沿程阻力：流體在均勻流段上產(chǎn)生的流動阻力，也稱為摩擦阻力局部阻力： 由于流體速度或方向的變化，導(dǎo)致流體劇烈沖擊，由于渦流和速度重新分布而產(chǎn) 生的阻力。時均速度：如取時間間隔 T ，瞬時速度在T 時間內(nèi)的平均值稱為時間平均速

13、度，簡稱時均速度。水力光滑管：就是不考慮沿程損失的管道里面的水流為均勻流。水力粗糙管：水力光滑流動：當粘性底層的厚度S 大于管壁的絕對粗糙度動管壁的凹凸不平部分完全被粘性底層所覆蓋，湍流核心區(qū)與凸起部分不接觸，流動不受管壁粗糙度的影響，因而流動的能量損失也不受管壁粗糙度的影響，這時的管道稱為水力光滑管，這種流動稱為水力光滑流動。水力粗糙流動：當粘性底層的厚度小于管壁的絕對粗糙度面時，管壁的凹凸不平部分完全暴露在粘性底層之外，湍流核心區(qū)與凸起部分相接觸，流體沖擊在凸起部分，不斷產(chǎn)生新的旋渦，加劇紊亂程度，增大能量損失，流動受管壁粗糙度的影響，這時的管道稱為水力粗糙管，這種流動稱 為水力粗糙的流動

14、。水力長管：管路中流體流動的局部能量損失與速度損失之和與沿程能量損失相比所占比例很?。ㄒ话阈∮谘爻虛p失的5%10%）,常常不計局部損失和速度水頭，這樣的管路稱為水力長管。水力短管：在總水頭損失中，局部損失與速度水頭之和以及沿程損失均占相當?shù)谋壤?，都不能忽略，這種管路稱為水力短管。臨界雷諾數(shù)：由層流轉(zhuǎn)變?yōu)橥牧鲿r的雷諾數(shù)稱臨界雷諾數(shù)，一般用Recr表示?；旌祥L度：流體質(zhì)點橫向摻混過程中，存在與氣體分子自由行程相當?shù)男谐?,而不與其它質(zhì)點相碰撞， l 稱為混合長度。第八章 孔口出流孔口出流：流體流經(jīng)孔口的流動現(xiàn)象。薄壁孔口：如果液體具有一定的流速，能形成射流，且孔口具有尖銳的邊緣，此時邊緣厚度的變化

15、對于液體出流不產(chǎn)生影響，出流水股表面與孔壁可視為環(huán)線接觸，這種孔口稱為薄壁孔口厚壁孔口：如果液體具有一定的速度，能形成射流，此時雖然孔口也具有尖銳的邊緣，射流亦可以形成收縮斷面，但由于孔壁較厚，壁厚對射流影響顯著，射流收縮后又擴散而附壁，這種孔口稱為厚壁孔口或長孔口，有時也稱為管嘴流速系數(shù)Cv ：流速系數(shù)物理意義：實際流速與理想流速之比流量系數(shù)Cd = CcCv 流量系數(shù)的物理意義就是實際流量與理論流量之比阻力系數(shù)：按某一特征面積計算的單位面積的阻力與單位體積來流動能的無因次比值。收縮斷面：薄壁孔口邊緣尖銳，而流線又不能突然轉(zhuǎn)折，經(jīng)過孔口后射流要發(fā)生收縮，在孔口下游附近的 c-c 斷面處，射流

16、斷面積達到最小處的過流斷面。以 Cc 表示。收縮系數(shù)：收縮斷面面積與孔口的幾何斷面積之比，即 Cc = Ac/A。小孔口： 以孔口斷面上流速分布的均勻性為衡量標準， 如果孔口斷面上各點的流速是均勻分布的，則稱為小孔口。大孔口：如果孔口斷面上各點的流速相差較大，不能按均勻分布計算，則稱為大孔口自由出流： 以出流的下游條件為衡量標準， 如果流體經(jīng)過孔口后出流于大氣中時， 稱為自由出流；淹沒出流：如果出流于充滿液體的空間，則稱為淹沒出流。完全收縮：孔口距離器壁很遠，因此器壁對孔口的收縮情況毫無影響，這種收縮稱為完全收縮非完全收縮：孔口四周都有收縮，但某一邊距離器壁較近，其收縮情況受到器壁的影響，因而

17、這種收縮稱為非完全收縮部分收縮：有的邊根本不收縮，只有部分邊有收縮，因而稱為部分收縮水擊波的傳播過程（考）水擊以波的形式傳播，稱為水擊波。第一階段：增壓波從閥門向管道進口傳播。設(shè)閥門在時間 t=0 瞬時關(guān)閉，增壓波從閥門向管道進口傳播，波到之處水停止流動，壓強增至Po+AP;未傳到之處，水仍以 Vo流動，壓強為Poo如以c表示水擊波的傳播速度，在t=1/c,水擊波傳到管道進口，全管壓強均為Po+AP,處于增壓狀態(tài)。第二階段：減壓波從管道進口向閥門傳播。時間 t=1/c （第一階段末，第二階段開始） ，管內(nèi)壓強Po+zP大于進口外側(cè)靜水壓強Po,在壓強差 P作用下，管道內(nèi)緊靠進口的水以流速一Vo

18、 （負號表示與原流速Vo 的方向相反） 向水池倒流， 同時壓強恢復(fù)為Po： 于是又同管內(nèi)相鄰的水體出現(xiàn)壓強差，這樣水自管道進口起逐層向水池倒流。這個過程相當于第一階段的反射波，在 t=21/c 減壓波傳至閥門斷面，全管壓強為P0:恢復(fù)原來狀態(tài)。第三階段：減壓波從閥門向管道進口傳播。時間 t=21/c,因慣性作用，水繼續(xù)向水池倒流，因閥 門處無水補充，緊靠閥門處白水停止流動，流速由一 V0變?yōu)榱?，同時壓強降低 P,隨之后續(xù)各層相 繼停止流動，流速由一Vo變?yōu)榱?壓強降低 P。在t=31/c,減壓波傳至管道進口，全管壓強為 P0 P,處于減壓狀態(tài)。第四階段：增壓波從管道進口向閥門傳播。時間 t=3

19、1/c,管道進口外側(cè)靜水壓強 P0大于管內(nèi)壓 強PoAP,在壓強差 P作用下，水以速度V0向管內(nèi)流動，壓強自進口起逐層恢復(fù)為 P0在t=41/c, 增壓波傳至閥門斷面，全管壓強為 Po;恢復(fù)為閥門關(guān)閉前的狀態(tài)。此時因慣性作用，水繼續(xù)以流速 Vo流動，受到閥門阻止，于是和第二階段開始時，閥門瞬時關(guān)閉的情況相同，發(fā)生增壓波從閥門向 管道進口傳播，重復(fù)上述四個階段。至此，水擊波的傳播完成了二個周期。在一個周期內(nèi)，水擊波由閥門傳到進禮再由進口傳至閥門， 共往返兩次，往返二次所需時間t=21/c稱為相或相長。實際上水擊波傳播速度很快，前述各階段是在 極短時間內(nèi)連續(xù)進行的。防止水擊危害的措施（考）p cv

20、o T vo2/限制流速式=pc%、pg 9 l ”片都表明，水擊壓強與管道中流速Vo成正比，減小 流速便可減小水擊壓強 P,因此一般給水管網(wǎng)中，限制 Vo3m/s。. 控制閥門關(guān)閉或開啟時問控制閥門關(guān)閉或開啟時間，以避免直接水擊，也可減小間接水擊壓強。縮短管道長度、采用彈性模量較小材質(zhì)的管道、縮短管長，即縮短了水擊波相長，可使直接水擊變?yōu)殚g接水擊，也可降低間接水擊壓強；采用彈性模量較小的管材，使水擊波傳播速度減緩，從 而降低直接水擊壓強。 設(shè)置安全閥，進行水擊過載保護。18.離心泵的組成和工作原理（考）離心泵由泵殼（又稱蝸殼），帶葉片的葉輪（工作輪）以及泵軸等部件構(gòu)成。泵殼與壓水管相連， 在葉輪入口處與吸水管連接，構(gòu)成離心泵裝置系統(tǒng)。工作原理：離心泵啟動前，使泵體和吸水管內(nèi)充滿水，啟動后葉輪高速轉(zhuǎn)動，葉