热工基础及流体力学知识点总结

流体力学

11.1 流体的基本性质 1)压缩性

流体是液体与气体的总称。从宏观上看，流体也可看成一种连续媒质。与弹性 体相似，流体也可发生形状的改变，所不同的是静止流体内部不存在剪切应力，这是因为如果流体内部有剪应力的话流体必定会流动，而对静止的流体来说流动是不存在的。如前所述，作用在静止流体表面的压应力的变化会引起流体的体积应变，其大小可由胡克定律

?v?p??kv

描述。大量的实验表明，无论气体还是液体都是可以压缩的，但液体的可压缩量通常很小。例如在500个大气压下，每增加一个大气压，水的体积减少量不到原体积的两万分之一。同样的条件下，水银的体积减少量不到原体积的百万分之四。因为液体的压缩量很小，通常可以不计液体的压缩性。气体的可压缩性表现的十分明显，例如用不大的力推动活塞就可使气缸内的气体明显压缩。但在可流动的情况下，有时也把气体视为不可压缩的，这是因为气体密度小在受压时体积还未来得及改变就已快速地流动并迅速达到密度均匀。物理上常用 马

1.方法：理论分析；实验；数值计算。

2.容重（重度）容重：指单位体积流体的重量。 水的容重常用值： ? =9800 N/m3

3.流体的粘性 流体内部质点之间或流层间因相对运动而产生内摩擦力（切力）以反抗相对运动的性质。粘性产生的原因 1）分子不规则运动的动量交换形成的阻力 2）分子间吸引力形成的阻力

运动的流体所产生的内摩擦力(即粘性力)的大小与与下列因素有关： 接触面的面积Ａ成正比； 与两平板间的距离h成反比； AUT??与流速U成正比； 与流体的物理性质（黏度）成正比；

hUdu牛顿内摩擦定律公式为：

T??A??A4.压缩系数? hdy压缩系数?：流体体积的相对缩小值与压强增值之比，即当压强增大一个单位值时，流

2 d?/?体体积的相对减小值： dV/V

dpdp

d?dV（∵质量m不变，dm=d(?v)= ?dv+vd?=0， ∴ ）

dpdp体积弹性模量Ｋ

dpdp12 体积弹性模量Ｋ是体积压缩系数的倒数。

?dV/Vd?/?液体? 与Ｋ随温度和压强而变化，但变化甚微。 5.流体的压缩性是流体的基本属性。

6.理想流体：是一种假想的、完全没有粘性的流体。实际上这种流体是不存在

一般研究与解决流体动力学问题的方法有三种：一是进行实验测量研究，二是理论分析研究，三是数值模拟计算。

实验研究是进行大量实验，并对所得数据进行分析，总结出流动的规律。

理论研究是运用基本概念、定律和数学工具，把握问题的主要因素，忽略次要因素，选取某种抽象或建立简化模型，作定量分析，从而获得规律和结果，给出所研究问题的解析解或简化方程。（数学问题）

数值模拟方法是在计算机应用基础上，采用各种离散化方法，建立数值模型，通过计算机进行数值计算和实验，得到在时间和空间上许多数据组成的集合体，最终获得描述流场的数值解。 偏微分方程的分类及数学性质

在数学上偏微分方程一般划分为双曲型、抛物型和椭圆型三种类型。不同类型方程所描述的流动主要特征与物理背景都很不一样，他们的数学性质、定解条件提法和数值算法也大相径庭。

如果有特征方程：A?2?B??C?0 当B2?4AC>0时，方程为双曲型方程 当B2?4AC=0时，方程为抛物型方程

当B2?4AC<0时，方程为椭圆型方程

有限差分法的计算步骤 1）求解区域划分为差分网格 2）变量信息存储在网格节点上 3）将偏微分方程的导数用差商代替 4）带入偏微分方程的初始条件和边界条件 5）推导出关于网格节点变量的代数方程组 6）编写程序（如For

系统在不受外界影响的条件下，如果宏观热力性质不随时间而变化，那么系统处于_______状态。 一个容器中有一定量的气体，其绝对压力为 250 kPa，若大气压力为 0.1 MPa，则压力表的读数为______kPa,若容器发生泄漏，压力表的读数降低 100 kPa,则容器中气体绝对压力为_____kPa,此时其压力_____(填“高于”或“低于”）大气压力。 可逆过程是没有______效应的准静态过程。 与外界既无能量交换又无质量交换的热力系统称为_______。 热量与膨胀功都是________量，热量通过________差而传递热能，膨胀功通过_________差传递机械能。 在内燃机的膨胀过程中，气体膨胀作功 420 J，吸热为 50 J，该过程中气体热力学能的变化为_____J。 气体经历某一过程，在此过程中从外界吸热 300 kJ，同时气体的热力学能增加 120 kJ，问：（1）此过程与外界交换的功量是______kJ；（2）经历此过程后，气体的比体积_____（填“增大”、“减小”或“不变”）。 任何热力系统所具有的储存能（总能）是由______，_____和_____组成。 热量与膨胀功都是过程量，热力学能和焓都是_____量。

一、单项选择题

1．下列参数中,与热力过程有关的是_____。 A．温度 B．热量 C．压力 D．比容

2．若物体内分子的热运动愈剧烈，则 愈高。 A．压力 B．温度 C．比容 D．功 3，摄氏零度等于华氏 度。

A．32 B．36 C．33.5 D．35 4．满足q＝Δu关系的热力过程是 。

A．任意气体任意过程 B．任意气体定容过程

C．理想气体等压过程 D．理想气体可逆过程

5．卡诺循环由两个 和两个 过程组成。 A．等压/定容 B．等温/绝热 C．等压/绝热 D．等温/定容

6．准静态过程是一个 过程。

A．可逆 B．内部可逆 C．外部可逆 D．内外均可逆

7．热力学平衡态是指系统同时处于 平衡和 平衡

A．质量/压力 B．温度/质量 C．压力/质量 D．温度/压力

8．从绝对真空算起的压力为 。

A．表压力 B

流体力学 一、填 空 题

1．流体力学中三个主要力学模型是（1）连续介质模型（2）不可压缩流体力学模型（3）无粘性流体力学模型。

2．在现实生活中可视为牛顿流体的有水 和空气 等。

3．流体静压力和流体静压强都是压力的一种量度。它们的区别在于：前者是作用在某一面积上的总压力；而后者是作用在某一面积上的平均压强或某一点的压强。 4．均匀流过流断面上压强分布服从于水静力学规律。

5．和液体相比，固体存在着抗拉、抗压和抗切三方面的能力。

6．空气在温度为K，压强为mmHg时的密度和容重分别为 kg/m3和N/m3。

7．流体受压，体积缩小，密度增大 的性质，称为流体的压缩性 ；流体受热，体积膨胀，密度减少 的性质，称为流体的热胀性 。

8．压缩系数的倒数称为流体的弹性模量 ，以来表示

9．１工程大气压等于98.07千帕，等于10m水柱高，等于735.6毫米汞柱高。

10．静止流体任一边界上压强的变化，将等值地传到其他各点（只要静止不被破坏），这就是水静压强等值传递的帕斯卡定律。

11．流体静压强的方向必然是沿着作用面的内法线方向。 12．液体静压强分布规律只适用于静止、同种、连续液体。 1

工程流体力学公式总结

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 ??1?VV?T

7．压缩性. 体积压缩率κ

???1?V V?p

8．体积模量 1V?PK?? ??V

9．流体层接触面上的内摩擦力 d?F??A

dn

10．单位面积上的内摩擦力（切应力）（牛顿内摩擦定律）

dv

???? dn11．.动力粘度μ： ???

dv/dn

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

第一章

1. 汽缸内壁的直径D=12cm，活塞的直径d=11.96cm，活塞长度L=14cm，活塞往复运动的速度为1m/s，润滑油的μ =0.1Pa·s。求作用在活塞上的粘性力。

解：由于内外壁的间隙很小，速度分布认为是线性的，由牛顿内摩擦定律，得，

F??Adu?u1.0????dL??0.1?3.14?0.1196?0.14??26.29N

D?d0.12?0.1196dy222.旋转圆筒粘度计，外筒固定，内筒转速n=10r/min。内外筒间充入实验液体。内筒r1=1.93cm，

外筒 r2=2cm，内筒高h=7cm，转轴上扭距M=0.0045N·m。求该实验液体的粘度。

解：实验液体与内筒接触面上速度为：

v?2?r1n2?3.14?0.0193?10??0.0202m/s 6060MM0.0045N?m???27.48Pa Ar12?r1hr12?3.14?0.07?0.01932m3内筒外表面上的切应力为：

??因内外筒间隙很小，速度分布认为近似线性分布，则根据牛顿内摩擦定律，

??

?du/dy??v/(r2?r1)?27.48?(0.02?0.0193)?0.95Pa?s

0.02023.已知水的体积弹性模量为K=2х109P

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流体力学 试 卷（作业考核 线下） B 卷（共 4 页）

总分 题号 得分 一 二 三 四 五 六 七 八 九 十

一、判断题（20分）

1) 流体质点只有质量没有大小。（×） 2) 温度升高液体的表面张力系数增大。（×） 3) 液滴内的压强比大气压小。（×） 4) 声音传播过程是一个等熵过程。（√）

5) 马赫线是超音速流动中被扰动和未扰动区域的分界线。（√） 6) 一般情况下当马赫数小于2/3时可以忽略气体的压缩性（×） 7) 超音速气流在收缩管道中作加速运动。（×） 8) 定常流动中，流体运动的加速度为零。（×） 9) 气体的粘性随温度的升高而增大。（√）

10) 牛顿流体的粘性切应力与速度梯度，即角变形速率成正比。（√） 11) 理想流体定常流动，流线与迹线重合。（×）

12) 应用总流伯努利方程解题时，两个断面间一定是缓变流，方程才成立。（×） 13) 雷诺数是表征重力与惯性力的比值。（×）

14) 静止的流体

复核总分 复核人

总 分 合分人 得分 评卷人 复查人 20 年 月江苏省高等教育自学考试

038328601流体力学基础

题 号 题 分 得 分 一 15 二 10 三 10 四 25 五 40 一、 单项选择题（每小题1分，共15分）

在下列每小题的四个备选答案中选出一个正确的答 案，并将其字母标号填入题干的括号内。

1、在流体力学中，单位质量力是指（ ）。

A. 单位面积液体受到的质量力 B. 单位体积液体受到的质量力

C. 单位质量液体受到的质量力 D. 单位重量液体受到的质量力 2、流体静压强p的作用方向为（ ）。

A. 平行受压面 B. 垂直受压面 C. 指向受压面 D. 垂直指向受压面 3、液体中某点的绝对压强为100kN/m2压强（该点的当地大气压强为98 kN/m2），则该点的相对压强为（ ）。

A. 1 kN/m2 B. 2 kN/m2 C. 5 kN/m2 D. 10 kN/m2 4、如下图所示，容器内盛有两种不同的液体

（ρ1<ρ2），则图中测压管内液体高度h=（ ）。

A.