流体力学复习提纲

流体力学复习题纲 第一章 绪论

质量力和表面力：G?Mg??Qg 1Pa=1N/m2 1N=1kg.m/s2

?水?1000kg/m3 惯性：??M/Q kg/m3 在计算中常采用：

?汞?13595kg/m3?空气?1.2kg/m3g?9.8m/s2

粘性：流体内部质点间或流层间因相对运动而产生内摩擦力以反抗相对运动的性质，叫粘性。

T??Adudy或???dudy????

牛顿流体：在作剪切流动时满足牛顿内摩擦定律的流体称为牛顿流体，如水和空气等；而不满足牛顿内摩擦定律的流体称为非牛顿流体，如泥浆、污水、油漆和高分子溶液等。

d?压缩性和热涨性：压缩系数?pdV??Vdp??dp?p的倒数称为弹性模量。dV?V dT

d? 体积膨胀系数?v???dT气体有显著的压缩性和热涨性，在温度不过低，压强不太高时，服从理想气体状态方程

p式：

??RT

表面张力特性：由于分子间的吸引力，在液体的自由表面上能够承受极其微小的张力，这种张力称为表面张力。它是液体的特有性质。

流体力学模型：1 连续介质—流体认为是充满其所占据空间无任何空隙的质点所组成的连续体；2 理想流体，或无粘性流体； 3 不可压缩流体—液体压缩性和热涨性都很小，密度可视为常数，通常用不可压缩流体模型。而气体具有显著的压缩性和热涨性，但在流速小于68m/s时，也可采用不可压缩流体模型。

第二章 流体静力学

流体静压强的两个特性：1 流体静压强沿着作用面的内法线方向；2任一点的流体静压强的大小与作用面的方向无关，只与该点的位置有关。

测压管水头式：z?p?g?c

流体静压强的基本方程式：压强式：p2?p1??g?h压差式：?h??g?h压强的计算基准：1 以当地同高程的大气压强Pa为零点起算的压强，称为相对压强P.; 2 以绝对真空为零点起算的压强，称为绝对压强p,。 3 二者关系式：p?p,?pa

4 真空度—负压的绝对值，pV??p??(p,?pa)?pa?p, 压强的量度单位：1 用单位面积上的力表示，1P=1N/m2.

1kPa=1000Pa=0.001MPa.

2 用大气压强的倍数来表示：1atm=101.325kPa 1at=98kPa 3 用液柱高度来表示：1atm=760mmHg=10.33mH2o 1at=736mmHg=10mH2o 工程上常用：1mmH2o=9.8N/m2=9.8Pa.

压强测量方法及压强计算方法：测压管，压差计，复式水银压差计，微压计。

作用于平面的液体压力：1解析法-----作用在任意位置、任意形状平面上的水静压力值等于

受压面面积与其形心点所受水静压强的乘积：

P??ghcA?pcA

2 图解法---作用于平面的水静压力等于压强分布图形的体积。作

用点通过压强分布图的形心并位于对称轴上。 作用于曲面的液体压力：水平分力是受压曲面边界线封闭的面积在铅直面上的投影面积上的

液体体力，其铅直分力等于其压力体内的液体的重量。（压力体的概念） 欧拉平衡微分方程及相对平衡：理解质量力作用的方向，就是压强递增的方向。

第三章 一元流体动力学基础

描述流体运动的两种方法：拉格朗日法-----迹线

欧拉法-----------流线概念及其性质 恒定流：流场中各点流速等运动要素不随时间变化的流动。 非恒定流：流速等物理量的空间分布于时间有关的流动。

QVA?udA?A理解流线--流管---流束—--元流----总流-等概念：v?A?QV?Av

连续性方程：在不可压缩流体一元流动中，断面平均流速与断面面积成反比变化。

恒定元流能量方程：理想不可压缩流体恒定元流中，各断面总水头相等，单位重量流体的总

p?g?z?u22g?cpa?pb应用：毕托管----u?2g?g,??2ghV能量保持不变：

测气流时：u??2g???

hV水银压差计测水流时u??2g(?汞?水-1）?h??2g?12.6?h过流断面的压强分布：1 均匀流---同一质点流速的大小和方向沿程都不变的流动较均匀流，

均匀流的流线是相互平行的直线，过流断面是平面。

2 均匀流同一过流断面上压强服从水静力学规律：

z?p?g?c注意:不同过流断面有不同的渐变流可近似按均匀流常数。处理。

恒

z1?应p1定

?总

2流

p2?能

2量方程式：

?1v12g?g?z2?：量?2v22g?g?hl1?2用丘断里流面流速积量变变计强化化变，，化从引，量来。求出流速和用测--利文压流差某化达显汽了机化注意在化称：---在空该为,,出为处蒸现空些和中水气，流蚀由的速于局，出部会现区发巨到著，蒸械。水地强温降时相低，应，部水的当分迅汽水速气汽泡气区水泡域流的而流区破入域害对作水用力叫的空。有化水头线：水流轴线和基准线之间的铅直距离-------断面的位置水头；

测压管水头线到水流轴线之间的铅直距离------断面的压强水头；（有可能是上升的）

总水头线到测压管水头线之间的铅直距离------断面的流速水头。

p1??v122?g(?a??)(z2?z1)?p2?练应用。?v222?pl1?2恒定气流能量方程：理解各项物理意义，熟总压线与全压线。

?F恒定流动量方程：

??02?2QV2v2??01?1QV1v1??udA?0?A2?udA?A2

?QVvAv2

第四章 流动阻力和能量损失

hf??沿程损失：

lv2d2g或pf??l?v2d2

局部损失：hm??阻力叠加：hl?v22gf或pm???v22

?h??hm

层流与紊流：理解沿程损失与断面平均流速的变化规律1、1.75、2.0的内在原因，引出层流与紊流概念。流态判别Re小于2000为层流。Re的物理意义---惯性力/粘性力。 层流：断面流速呈旋转抛物面分布，??64Re

紊流：紊流脉动与紊流阻力。紊流断面流速呈对数型。

尼古拉兹实验：阻力的五个区，为什么紊流又分为三个区？工业管道、当量糙粒高度、 柯列勃洛克公式-----紊流的综合公式，会查莫迪图。 非园管道：水力半径-当量直径，会计算非园管的阻力

hm?(v1?v2)2gA2A1?1)2222?(1?v22A1A2)2v1局部阻力：突扩损失-或?（2g??1v12g2g??2v22

2g 减小阻力的措施：一、改进流体外部的边界，改善边壁对流动的影响；6条。

二、在流体内部投加极少量的添加剂，使其影响流体流动的内部结构。

第五章 孔口管嘴管路流动

概念：自由与淹没出流 小孔与大孔 薄壁与厚壁（短管、长管） 作用水头 流速系数 收缩系数 流量系数

vc?1?c??1?2gH0???2gH0计算公式：薄壁小孔自由出流-----

QV?vcAC?vc??A??H0?(ZA?ZC)?2gH0???A??A2gH0?pA?pc?cv2

A?g2g 薄壁小孔淹没出流----计算公式一样，但作用水头中只有上下流速水

头差值；自由出流?c?1，而淹没出流是突扩损失?2??A?1。(1) 注意流量

??A2(PA?PB)系数与孔口的位置有关。(2) 孔板流量计QV

2?P??

管嘴出流----计算公式同孔口自由出流一样，但是（1）出口为满;

??1????1?B???11?0.5?0.82(2)管嘴出流出现内真空，促使出流流量增大，不同于孔口出流。

H?SHQV28(?SH?8(?SP?ld2???)4简单管路：

?dgld?2

p?2?gSHQV?S2pQV??)?4?d 简单管路中，总阻力损失与体积流量平方成正比。如水波向压力水箱

送水的简单管路，水泵输入的水头和水泵的有效功率为：

Hi?H?p0?g?shQV2Ne??gQVHi(W或kW)

?0S?管路的串联于并联：串联 流量平衡和阻力叠加----------?QV?SHi

并联 流量平衡和阻力损失相等：并联节点上的总流量为

各支管中流量之和；并联各支管上的阻力损失相等；总的阻抗平方根倒数等于各支管阻抗平方根倒数之和。

管网计算基础：枝状与环状管网。

有压管中的水击：什么叫水击？减弱或防止水击的措施。

第六章 气体射流

概念：自由与受控射流 等温与温差射流

紊流射流结构：起始段与主体段，核心区与边界层区

射流的特征：1 几何特征-----当喷嘴形状和紊流系数确定之后，射流边

界层的外边界线就是确定的，射流即按一定的扩散角?向前作扩散运动。运动特征------射流各截面上速度分布的相似性。

2 动力特征------射流各横截面上轴向动量相等，即动力守

R恒：

22??r0v0??02??vydy2

园断面射流：核心区长度-Sn=0.671r0/a tan?=3.4a

平面射流 ：核心区长度-Sn=1.03b0/a tan?=2.44a

可见：平面射流好园断面射流相比，流量沿程的增加、流速沿程的

衰减都要慢些。

要求会使用公式。

温差或浓差射流：1 由于热量扩散比动量扩散要快些，因此，温度边界层比速度

边界层发展要快些厚些。然而在实际应用中，为了简化，认为二者边界相同。

2 计算中，R. Qv .Vm. V1. V2的与速度边界层一样。但在

计算轴心温差。质量平均温差要考虑温度的分布

3 要考虑热射流上翘，冷射流轴线下沉。轴线弯曲量与阿基

米德准数成正比。

旋转射流：1 喷嘴使气流旋转的方法：采用切向导入；在喷嘴内安装导向叶片

2 旋转射流的特征：扩散角大得多，射程短得多；射流紊动性强得多

在射流内部形成一个回流区，有利于燃烧。

有限空间射流：1 边界呈橄榄形，呈橄榄形和固体边壁间形成回流区，于是流线

呈闭合状；当喷嘴安装高度达等于0.7H时，形成贴附射流。 2 随射程的增大，压强增大，直到端头压强最大，高于周围大

气压。故射流各横截面动量步守恒。 3 用半经验果实计算，当房间长度大于L4时，在封闭末端产生

涡旋区，通风空调中要采取措施加以消除。

第七章 绕流运动

附面层：紧贴物体表面的一薄层，流速从0—0.99U0，流体作粘性流体的有旋

流动，粘性力与惯性力同量级。这个流体薄层就叫附面层。

附面层的性质：(1)与物体的特征长度相比，边界层的厚度很小.

(2)边界层内沿厚度方向，存在很大的速度梯度，从

(3)边界层厚度沿流体流动方向是增加的，由于边界层内流体 质点受到黏性力的作用，流动速度降低，所以要达到外部势流速度，边界层厚度必然逐渐增加。 (4) 由于边界层很薄，可以近似认为边界层中各截面上的压强等于同一截面上边界层外边界上的压强值,即

(5) 在边界层内，黏性力与惯性力同一数量级。 (6) 边界层内的流态，也有层流和紊流两种流态

管流附面层：入口段长度，对紊流Xe=50d

曲面附面层的分离条件：内因是流体的粘性；外因是出现减速增压区。

卡门涡街：随着雷诺数的增大边界层首先出现分离，分离点并不断的前移，当雷

诺数大到一定程度时，会形成两列几乎稳定的、非对称性的、交替脱落的、旋转方向相反的旋涡，并随主流向下游运动，这就是卡门涡街。

绕流阻力：1 摩擦阻力和形状阻力。

2 悬浮速度---颗粒所受的绕流阻力、浮力和重力平衡时的流体速度。

计算方法u?43Cd(?m??1)gd118?23

当Re?1时Cd?324Re可得Cd?13Reu?d(?m??)g

当Re?10?10时当Re?10?2?10时35Cd?0.48绕流升力：FL?CLA?u022

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