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第一章绪论工程流体力学的研究对象：工程流体力学以流体（包括液体和气体）为研究对象，研究流体宏观的平衡和运动的规律，流体与固体壁面之间的相互作用规律，以及这些规律在工程实际中的应用。第二章流体的主要物理性质*流体的概念：凡是没有固定的形状，易于流动的物质就叫流体*流体质点：包含有大量流体分子，并能保持其宏观力学性能的微小单元体。*连续介质的概念：在流体力学中，把流体质点作为最小的研究对象，从而把流体看成是1）由无数连续分布、彼此无间隙地2)占有整个流体空间的流体质点所组成的介质密度：单位体积的流体所具有的质量称为密度，以ρ表示重度：单位体积的流体所受的重力称为重度，以γ表示比体积：密度的倒数称为比体积，以υ表示。它表示单位质量流体所占有的体积流体的相对密度:是指流体的重度与标准大气压下4℃纯水的重度的比值，用d表示。*流体的热膨胀性:在一定压强下，流体体积随温度升高而增大的性质称为流体的热膨胀性。*流体的压缩性：在一定温度下，流体体积随压强升高而减少的性质称为流体的压缩性可压缩流体：ρ随T和p变化量很大，不可视为常量不可压缩流体：ρ随T和p变化量很小，可视为常量。*流体的粘性：流体流动时，在流体内部产生阻碍运动的摩擦力的性质叫流体的粘性。牛顿内摩擦定律：牛顿经实验研究发现，流体运动产生的内摩擦力与沿接触面法线方向的速度变化（即速度梯度）成正比，与接触面的面积成正比，与流体的物理性质有关，而与接触面上的压强无关。这个关系式称为牛顿内摩擦定律。非牛顿流体：通常把满足牛顿内摩擦定律的流体称为牛顿流体，此时不随d/dn而变化，否则称为非牛顿流体。动力粘度μ：动力粘度表示单位速度梯度下流体内摩擦应力的大小，它直接反映了流体粘性的大小运动粘度ν：在流体力学中，动力粘度与流体密度的比值称为运动粘度，以ν表示。实际流体：具有粘性的流体叫实际流体（也叫粘性流体），理想流体：就是假想的没有粘性（μ=0）的流体第三章流体静力学*流体的平衡：（或者说静止）是指流体宏观质点之间没有相对运动，达到了相对的平衡。*绝对静止：流体对地球无相对运动，也称为重力场中的流体平衡。*相对平衡：流体整体对地球有相对运动，但流体对运动容器无相对运动，流体质点之间也无相对运动，这种静止或叫流体的相对静止或叫流体的相对平衡质量力：作用于流体的每一个流体质点上，其大小与流体所具有的质量成正比的力。在均质流体中，质量力与受作用流体的体积成正比，因此又叫体积力。*表面力：表面力是作用于被研究流体的外表面上，其大小与表面积成正比的力。*压强：在静止或相对静止的流体中，单位面积上的内法向表面力称为压强。等压面：在静止流体中，由压强相等的点所组成的面。*位置水头（位置高度）：流体质点距某一水平基准面的高度。压强水头（压强高度）：由流体静力学基本方程中的p/(g)得到的液柱高度。*静力水头：位置水头z和压强水头p/(g)之和。压强势能：流体静力学基本方程中的p/项为单位质量流体的压强势能。*淹深：自由液面下的深度。大气压强(pa）：由地球表面上的大气层产生的压强。国际标准大气压强(patm）：将地球平均纬度（北纬45º）,海平面z=0处，温度为15ºC时的压强平均值。定义为国际标准大气压强。且patm=101325Pa。流体静压强的表示方法1）表压强：表压强是以大气压强为基准算起的压强，以pb表示。2）绝对压强：以绝对真空为基准算起的压强叫绝对压强，以pj表示。真空度：低于大气压强，负的表压强称为真空度，以pz表示。面积矩：为平面A绕通过o点的ox轴的面积矩。压力中心：总压力的作用点。*压力体：是所研究的曲面与通过曲面周界的垂直面和液体自由表面或其延伸面所围成的封闭空间。第四章流体运动学基础*流场：运动流体所充满的空间称为流场。拉格朗日坐标：在某一初始时刻t0，以不同的一组数（a,b,c）来标记不同的流体质点，这组数（a,b,c）就叫拉格朗日变数。或称为拉格朗日坐标。欧拉法：以数学场论为基础，着眼于任何时刻物理量在场上的分布规律的流体运动描述方法。*欧拉坐标（欧拉变数）：欧拉法中用来表达流场中流体运动规律的质点空间坐标(x,y,z)与时间t变量称为欧拉坐标或欧拉变数。*控制体：流场中用来观察流体运动的固定空间区域。控制面：控制体的表面。*定常流动：若流场中流体的运动参数（速度、加速度、压强、密度、温度、动能、动量等）不随时间而变化，而仅是位置坐标的函数，则称这种流动为定常流动或恒定流动。*非定常流动：若流场中流体的运动参数不仅是位置坐标的函数，而且随时间变化，则称这种流动为非定常流动或非恒定流动。*均匀流动：若流场中流体的运动参数既不随时间变化，也不随空间位置而变化，则称这种流动为均匀流动。一维流动：流场中流体的运动参数仅是一个坐标的函数。二维流动：流场中流体的运动参数是两个坐标的函数。三维流动：流场中流体的运动参数依赖于三个坐标时的流动。*迹线：流场中流体质点的运动轨迹称为迹线。*流线：流线是流场中的瞬时光滑曲线，在曲线上流体质点的速度方向与各该点的切线方向重合。驻点：速度为0的点；奇点：速度为无穷大的点（源和汇）；流线相切的点。*流管：在流场中任取一不是流线的封闭曲线L，过曲线上的每一点作流线，这些流线所组成的管状表面称为流管。*流束：流管内部的全部流体称为流束。*总流：如果封闭曲线取在管道内部周线上，则流束就是充满管道内部的全部流体，这种情况通常称为总流。微小流束：封闭曲线极限近于一条流线的流束*过流断面：流束中处处与速度方向相垂直的横截面称为该流束的过*流断面。*流量：单位时间内通过某一过流断面的流体量称为流量。体积流量：单位时间内通过某一过流断面的流体体积称为体积流量，以qv表示质量流量：单位时间内通过某一过流断面的流体质量称为称为质量流量，以qm表示。*平均流速：常把通过某一过流断面的流量qv与该过流断面面积A相除，得到一个均匀分布的速度。层流（滞流）：不同径向位置的流体微团各以确定的速度沿轴向分层运动，层间流体互不掺混。湍流（湍流）：各层流体相互掺混，流体流经空间固定点的速度随时间不规则地变化，流体微团以较高的频率发生各个方向的脉动黏性：在运动的状态下，流体所产生的抵抗剪切变形的性质分子不规则热运动:相邻两层流体动量不同分子动量传递:相邻两流体层具有相互作用剪切力:内摩擦力是流体内部相邻两流体层的相互作用力，称为剪切力；剪切应力：单位面积上所受到的剪力称为剪切应力无滑移:紧贴板表面的流体与板表面之间不发生相对位移，称为无滑移流体的黏度:作用于单位面积上的力正比于在距离y内流体速度的减少值，此比例系数μ称为流体的黏度。边界层：存在速度梯度的区域即为边界层（影响仅限于壁面附近的薄层，即边界层，离开表面较远的区域，则可视为理想流体。）边界层：当实际流体沿固体壁面流动时，紧贴壁面处存在非常薄的一层区域边界层厚度：流体速度达到来流速度99％时的流体层厚度形体阻力：物体前后压强差引起的阻力第四章流体动力学基础*缓变流动：流线间夹角很小，流线曲率很小，即流线几乎是一些平行直线的流动。*缓变过流断面：如果在流束的某一过流断面上的流动为缓变流动，则称此断面为缓变过流断面流体的动量定理可以表述为：系统的动量对于时间的变化率等于作用在系统上的外力和流体速度:由牵连速度uc=ωr和相对速度ur组成V=uc+ur动压：总压与静压之差，运动流体密度和速度平方积之半静压：运动流体的当地压强。总压：气流中静压与动压之和第七章流体在管路中的流动层流：流体中液体质点彼此互不混杂，质点运动轨迹呈有条不紊的线状形态的流动。湍流：流体中任意一点的物理量均有快速的大幅度起伏，并随时间和空间位置而变化，各层流体间有强烈混合上下临界流速：流动型态转变时，水流的断面平均流速称为临界流速，把从层流转变为紊流时的叫上临界流速，而把紊流转变为层流时的叫下临界流速。水力半径：过水断面面积与湿周的比值。雷诺数：在流体运动中惯性力对黏滞力比值的无量纲数Re=UL/ν。其中U为速度特征尺度，L为长度特征尺度，ν为运动学黏性系数。能头损失：如果管道内的水是流动的，必定有一部分能量转化为热能而“消灭”，也就是丢失了一部分水压（或称扬程），这是客观事物的反映，是水流运动的必然规律。通常我们将这种能量转变的现象，称之为能量损失（或称水力损失，水头损失）。它以米为计算单位。沿程阻力：流体在均匀流段上产生的流动阻力，也称为摩擦阻力局部阻力：由于流体速度或方向的变化，导致流体剧烈冲击，由于涡流和速度重新分布而产生的阻力时均速度：如取时间间隔T，瞬时速度在T时间内的平均值称为时间平均速度，简称时均速度水力光滑管：就是不考虑沿程损失的管道里面的水流为均匀流水力粗糙管：水力光滑流动：当粘性底层的厚度S大于管壁的绝对粗糙度面．管壁的凹凸不平部分完全被粘性底层所覆盖，湍流核心区与凸起部分不接触，流动不受管壁粗糙度的影响，因而流动的能量损失也不受管壁粗糙度的影响，这时的管道称为水力光滑管，这种流动称为水力光滑流动水力粗糙流动：当粘性底层的厚度小于管壁的绝对粗糙度面时，管壁的凹凸不平部分完全暴露在粘性底层之外，湍流核心区与凸起部分相接触，流体冲击在凸起部分，不断产生新的旋涡，加剧紊乱程度，增大能量损失，流动受管壁粗糙度的影响，这时的管道称为水力粗糙管，这种流动称为水力粗糙的流动水力长管：管路中流体流动的局部能量损失与速度损失之和与沿程能量损失相比所占比例很小（一般小于沿程损失的5％～10％），常常不计局部损失和速度水头，这样的管路称为水力长管水力短管：在总水头损失中，局部损失与速度水头之和以及沿程损失均占相当的比例，都不能忽略，这种管路称为水力短管。临界雷诺数：由层流转变为湍流时的雷诺数称临界雷诺数，一般用表示混合长度：流体质点横向掺混过程中，存在与气体分子自由行程相当的行程l,而不与其它质点相碰撞，l称为混合长度第八章孔口出流孔口出流：流体流经孔口的流动现象。*薄壁孔口：如果液体具有一定的流速，能形成射流，且孔口具有尖锐的边缘，此时边缘厚度的变化对于液体出流不产生影响，出流水股表面与孔壁可视为环线接触，这种孔口称为薄壁孔口*厚壁孔口：如果液体具有一定的速度，能形成射流，此时虽然孔口也具有尖锐的边缘，射流亦可以形成收缩断面，但由于孔壁较厚，壁厚对射流影响显著，射crRe流收缩后又扩散而附壁，这种孔口称为厚壁孔口或长孔口，有时也称为管嘴*流速系数Cv：流速系数物理意义：实际流速与理想流速之比*流量系数Cd=CcCv流量系数的物理意义就是实际流量与理论流量之比*阻力系数：按某一特征面积计算的单位面积的阻力与单位体积来流动能的无因次比值。收缩断面：薄壁孔口边缘尖锐，而流线又不能突然转折，经过孔口后射流要发生收缩，在孔口下游附近的c-c断面处，射流断面积达到最小处的过流断面。以Cc表示。*收缩系数：收缩断面面积与孔口的几何断面积之比，即Cc=Ac/A。小孔口：以孔口断面上流速分布的均匀性为衡量标准，如果孔口断面上各点的流速是均匀分布的，则称为小孔口。大孔口：如果孔口断面上各点的流速相差较大，不能按均匀分布计算，则称为大孔口自由出流：以出流的下游条件为衡量标准，如果流体经过孔口后出流于大气中时，称为自由出流；淹没出流：如果出流于充满液体的空间，则称为淹没出流。*完全收缩：孔口距离器壁很远，因此器壁对孔口的收缩情况毫无影响，这种收缩称为完全收缩非完全收缩：孔口四周都有收缩，但某一边距离器壁较近，其收缩情况受到器壁的影响，因而这种收缩称为非完全收缩*部分收缩：有的边根本不收缩，只有部分边有收缩，因而称为部分收缩第九章明渠恒定均匀流明渠：人工渠道和天然渠道明渠恒定流：当明渠中水流的运动要素不随时间而变时，称为明渠恒定流明渠恒定均匀流：明渠恒定流中，如果流线是一簇平行直线，水深、断面平均流速及流速分布均沿程不变，称为明渠恒定均匀流底坡：明渠渠底纵向倾斜的程度称为底坡等于渠底线与水平线夹角的正弦梯形水力最佳断面：b/h值仅与边坡系数m有关梯形水力最佳断面的水力半径等于水深的一半边坡系数m：反映渠道两侧倾斜程度棱柱体渠道：断面形状、尺寸及底坡沿程不变，同时又无