流体力学常用公式

第二章 流体的主要物理性质

流体的可压缩性计算、牛顿内摩擦定律的计算、粘度的三种表示方法。

1．密度 ρ = m /V

2．重度 γ = G /V

3．流体的密度和重度有以下的关系：γ = ρ g 或 ρ = γ/ g

4．密度的倒数称为比体积，以υ表示υ = 1/ ρ = V/m

5．流体的相对密度：d = γ流 /γ水 = ρ流 /ρ水

6．热膨胀性

7．压缩性. 体积压缩率κ

8．体积模量

9．流体层接触面上的内摩擦力

10．单位面积上的内摩擦力（切应力）（牛顿内摩擦定律）

11．.动力粘度μ：

12．运动粘度ν ：ν = μ/ρ

13．恩氏粘度°E ：°E = t 1 / t 2

第三章 流体静力学

重点：流体静压强特性、欧拉平衡微分方程式、等压面方程及其、流体静力学基本方程意

义及其计算、压强关系换算、相对静止状态流体的压强计算、流体静压力的计算（压力体）。

1．常见的质量力：

重力ΔW = Δmg 、

直线运动惯性力ΔFI = Δm·a

离心惯性力ΔFR = Δm·r ω2 .

2．质量力为F 。：F = m ·am = m (f xi+f yj+f zk)

am = F /m = f xi+f yj+f zk 为单位质量力，在数值上就等于加速度 T V V 1 p

V

V 1 V P V K 1n A F d d dn

d v n v d /d

实例：重力场中的流体只受到地球引力的作用，取z 轴铅垂向上，xoy 为水平面，则单位质量力在x 、y 、 z 轴上的分量为

fx = 0 , fy = 0 , fz = -mg /m = -g

式中负号表示重力加速度g 与坐标轴z 方向相反

3流体静压强不是矢量，而是标量，仅是坐标的连续函数。即：p = p (x ,y ,z )，由此得静压强的全微分为:

4．欧拉平衡微分方程式

单位质量流体的力平衡方程为：

5．压强差公式（欧拉平衡微分方程式综合形式）

6．质量力的势函数

7．重力场中平衡流体的质量力势函数

积分得：U = -gz + c

8．等压 .面微分方程式 .fx d x + fy d y + fz d z = 0 z z p y y p x x p p d d d d d d d d d d 0x p f x y z x y z x

ρd d d d d d 0y p f x y z x y z y

ρd d d d d d 0z p f x y z x y z z

ρ01 x p f x ρ10

y p f y ρ01 z

p f z ρz z p y y p x x p z f y f x f z y x d d d )d d d ( ρ)d d d (d z f y f x f p z y x ρd (d d d )x y z p f x f y f z dU ρd d d d x y z U U U U x y z =f dx f dy f dz x y z gdz

9．流体静力学基本方程

对于不可压缩流体，ρ = 常数。积分得：

p + gz = c 形式一 形式二

形式三

10．压强基本公式p = p 0+ g h

11．.静压强的计量单位

应力单位：Pa 、N/m2、bar

液柱高单位：mH2O 、mmHg

标准大气压：1 atm = 760 mmHg =10.33 mH2O = 101325 Pa ≈ 1bar

第四章 流体运动学基础

1拉格朗日法：流体质点的运动速度的拉格朗日描述为

压强 p 的拉格朗日描述是：p =p (a ,b ,c ,t )

2．欧拉法

流速场 压强场：p =p (x,y,z ,t)

加速度场

简写为 1212p p c gz gz ρρ1212p p c g g z z ρρ ),,,(),,,(),,,(t c b a w w t c b a t c b a u u ),,,()

,,,(),,,(t z y x w w t z y x t z y x u u v ui v j wk

(,,,)x y z a a x y z t a i a j a k d d (,,)d d d d (,,)d d d d (,,)d d x y z u u x y z,t u u u u a u w t t t x y z x y z,t a u w t t t x y z w w x y z,t w w w w a u w t t t x y z υ )( t a t

)(

时变加速度： 位变加速度

3．流线微分方程：.在流线任意一点处取微小线段d l = d x i + d y j + d z k ，

该点速度为：v = u i + v j + w k ，由于v 与d l 方向一致，所以有： d l × v = 0

4．流量计算：

单位时间内通过d A 的微小流量为 d q v=u d A

通过整个过流断面流量 相应的质量流量为

5．平均流速

6．连续性方程的基本形式

对于定常流动 有 即 1A 1 1= 2A 2 2

对于不可压缩流体， 1 = 2 =c ，有 即A 1 1=A 2 2= q v

7．三元流动连续性方程式

定常流动

不可压缩流体定常或非定常流： = c

8．雷诺数

对于圆管内的流动：

Re <2000 时，流动总是层流型态，称为层流区；

Re >4000时，一般出现湍流型态，称为湍流区；

2000

A u q q d d v v A m A u q q d v ρ v d A v u A q A A q vA 212211d d d A A V u A u A V t

ρ0t ρA

u A u A A d d 212211 A u A u A A d d 2121 ()()()0u w t x y z ()()()0u w x y z 0u w x y z ud Re

条件。

9

10．剪切应力，或称内摩擦力， N/m2

11．动力黏性系数

12

．运动黏度 m2/s

13．.临界雷诺数

14．进口段长度

第五章 流体动力学基础

1.欧拉运动微分方程式

2.欧拉平衡微分方程式

3.理想流体的运动微分方程式 x d d u y , e l d

1y p dv

f y dt

1x p du f x dt

1z p dw

f z dt

1

y p

f y 10

x p

f x 10

z p

f z

1x p u u u u f u w x t x y z

1y p f u w y t x y z 1z p

w

w w w

f u w z t x y z

4. 理想不可压缩流体重力作用下沿流线的伯努利方程式：三个式子

5．理想流体总流的伯努利方程式

6．总流的伯努利方程

7．实际流体总流的伯努利方程式

8．粘性流体的伯努利方程

9．.总流的动量方程

10．总流的动量矩方程

11．叶轮机械的欧拉方程

12．洒水器

22p v gz c 2p v z c g g 2211221222p v p v z z c g g g g

221112221222p v p v z z g g g g g V g p z g V g p z 222222221111 221112221222f p v p v z z h g g g g 22112212L 22p v p v z z h g g F V Q V Q 111222 F r V r Q V r Q 1

1112222 )cos cos (111222 r V r V Q M 0dW d P=dt dt W Md M M M 功 功率 cos 0

)cos (22R V R VR Q

第七章 流体在管路中的流动

1．临界雷诺数 临界雷诺数=2000，小于2000，流动为层流

大于2000，流动为湍流

2．沿程水头损失

当流动为层流时沿程水头损失hf 为， V(1.0) ； 当流动为湍流时沿程水头损失hf 为， V(1.75～2.0)

3．水力半径

相当直径 4．圆管断面上的流量 5．平均流速

6．局部阻力因数为 7．管道沿程摩阻因数

8．沿程水头损失的计算

第九章

1．.薄壁孔口特征：L /d ≤2

厚壁孔口特征：2＜L /d ≤4

2．流速系数

.3。流量系数 Cd = CcCv V d Vd Re

12f p p p h h A r P h h 4d r 4

π8Q GR 2max 2max 21π12π82R v Q G V R v A R 0f 212c V f 644c Re f 28p Gl l h V R 2

2

6422l V l V Vd d g d g c v 11 C

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