工程流体力学复习总结

工程流体力学总复习STEAMUP！第一章概要流体流体就是易流动的物质。自然界的三态中，液态与气态都是流体。流体只能承受压力，而几乎不能承受任何拉力。连续介质假设忽略流体的分子构成，而把它看作一种连续性的介质，认为其中没有任何间隙。流体微团足够小，微团中所包含的流体分子足够多。流体流体就是易流动的物质。自然界的三态中，液态与气态都是流体。流体只能承受压力，而几乎不能承受任何拉力。连续介质假设忽略流体的分子构成，而把它看作一种连续性的介质，认为其中没有任何间隙。流体微团足够小，微团中所包含的流体分子足够多。比容1v密度定义式：；对均质流体：。对于液体，密度随温度略有变化，而随压力的变化很小；气体的密度随压力与温度变化较大。dVdMVMV0limVM压缩性当作用于流体上的压力增加时，其体积将会减小，这就是流体的压缩性。体积压缩系数在温度不变的情况下，单位压力增加所引起的体积变化率。液体的压缩性系数很小，或者说其弹性系数很大。因此，液体的压缩性一般可以忽略不计。dpVdVp膨胀性当温度增加时，引起体积增大，称为流体的膨胀性。体积膨胀系数当温度增加时，引起体积增大，称为流体的膨胀性。dtVdVt压缩性是相对于压力的增加而言，而膨胀性是相对于温度增加而言。粘性流体在运动时对于剪切变形的阻抗能力粘性。表现：任何流体与固体壁面相接触，都会粘附于固壁表面。相邻两层流体作相对运动时也会产生摩擦阻力。流体内摩擦力的大小与速度U成正比，与接触面积A成正比，而与两板间距离h成反比，即：单位面积上的摩擦力称为摩擦应力或切应力，以表示，即：液体的粘性系数随温度升高而降低，而气体的粘性系数随温度升高而增大。hUAFhU粘性（续）动力粘性系数（简称粘性系数或粘度）:单位为N·s/m2或Pa·s；运动粘性系数，记为(m2/s，或cm2/s（斯）)，写为：牛顿内摩擦定律流体摩擦应力的大小与粘性系数及速度梯度成正比。dydu理想流体一种假想的没有粘性的流体称为理想流体。粘性流体自然界中实际存在的流体都具有粘性，称为粘性流体。牛顿流体与非牛顿流体凡流体中切应力与速度梯度呈线性关系的流体，称为牛顿流体；否则，称为非牛顿流体。作用在流体上的力质量力作用于流体的每个质点上，其大小与流体的质量成正比。最常见的质量力就是重力，此外还有惯性力等。单位质量力：单位质量流体所受的质量力。只受重力的情况下：fx=0,fy=0,fz=-g。表面力作用在所取分离体的表面上，作用在所取分离体的表面上。表面力又可分为法向力与切向力。单位面积的法向力p称为压应力或压力；单位面积的切向力称为切应力或摩擦应力。单位面积的表面力单位是：N/m2。静止流体中的应力特征静止流体中的应力垂直于作用面，并沿作用面的内法线方向。流体静压力仅仅是空间位置的函数，其大小与作用面的方向无关。亦即，在静止流体中的任意一给定点上，静压力不论来自何方向，其值均相等。流体平衡微分方程平衡微分方程（欧拉平衡方程）压力差方程等压面的微分方程010101zpfypfxpfzyxdzfdyfdxfdpzyx0dzfdyfdxfzyx流体静力学基本方程假设作用在流体上的质量力仅仅为重力；流体近似为均质不可压缩的（=常数）流体静力学基本方程或压力传递的帕斯卡原理在处于静止状态的液体中，任意一点的压力等于液面压力加上高度为h的液柱所产生的压力。如果液面上的压力发生了变化，则液体内其余点的压力也会随之变化同样的数值。流体静力学基本方程的物理意义与几何意义当均质不可压缩流体在重力场中处于静止时，在流体中的任意点上，单位重量流体的总势能是个常数。（物理意义）流体静力学基本方程的几何意义可叙述为：任意点的静水头均相等。（几何意义）Cpz2211pzpz压力表示方法与液柱式测压计绝对压力，表(计示)压力，真空度及其单位；液柱式测压计（测压管、U形管测压计、微压计）重点！流体静力学基本方程的应用重点！作用在平面与曲面上的液体总压力作用在平面的液体总压力静止液体作用在平面上的总压力等于平面形心点处的表压力hC与平面面积A的乘积；压力中心D总是位于形心点C的下方。液体作用在曲面上总压力的垂直分力等于压力体的液重。AhAyPCCsinCCCDAyJyyPzVP第二章概要流体运动的两种表达方式拉格朗日法：将整个流体的运动作为单个流体质点的运动的总和来考虑。欧拉法：把整个流场作为无限多个空间点的总和来考虑。欧拉法采用欧拉法时，运动参数都是空间点坐标与时间的函数；欧拉法对流体运动的分类：以时间为标准：定常与非定常流动；以空间为标准：一元、二元、三元流动。欧拉法加速度的表示流体质点的全加速度分为：局部加速度：在特定空间点上，速度随时间的变化率；位变加速度：由于流场中的速度不均匀，流体质点空间位置的变化所产生的速度变化率。zwwywvxwutwazvwyvvxvutvazuwyuvxuutuazxxVVtVdtVdaVtdtd流体运动一些基本概念迹线，流线：迹线：流体质点在空间运动的轨迹线称为迹线。流线：流线是这样一种有向曲线，在这些曲线上各点的速度矢量相切于这些线。非定常流动：在不同瞬时流线是不同的。定常流动：流线不随时间变化。除速度为零或无穷大的点以外，流线一般也不能相交。流线方程：tzyxwdztzyxvdytzyxudx,,,,,,,,,流体运动一些基本概念流管、流束、总流。在流场中作一不是流线的任意封闭曲线C，在某一瞬时，通过曲线上各点的所有流线构成一管状曲面，即流管。流管内所有流线的总和，即流束。全部流体的流动，即总流。有效断面：与每条流线都正交的流束断面，即流束的有效断面。流量：单位时间内通过某一特定空间曲面的流体量。流量又可相应地分为体积流量、质量流量与重量流量。平均速度：流经有效断面的体积流量Q除以有效断面面积A所得的商。AQV连续性方程质量守恒定律0zwyvxut一元管流、不可压定常流动，引入平均速度：2211AVAV定常流动：0zwyvxu不可压流体定常流动：0zwyvxu一元管流、定常流动：21AAVdAVdA理想流体运动微分方程动量守恒定律（牛顿第二定律）zpfzwwywvxwutwypfzvwyvvxvutvxpfzuwyuvxuutuzyx111pfVVtV1理想流体的伯努利方程理想流体运动微分方程理想流体伯努利方程流动定常；流体上的质量力有势；流体为正压性。拉格朗日积分（无旋，整个流场）伯努利积分（有旋，沿流线）CVPF22CVPF22流动定常；质量力仅为重力；流体不可压。（无旋，整个流场）伯努利方程（有旋，沿流线）gVpzgVpz2222222111伯努利方程适用条件:(1)理想不可压流体；(2)定常流动；(3)质量力仅为重力；(4)无旋，整个流场；有旋，沿流线。伯努利方程物理意义:在整个流场（无旋）或沿流线（有旋），单位重量流体所具有的位势能、压力势能及动能之和是一个常数。伯努利方程几何意义：在整个流场中（无旋）或沿流线（有旋），任意点的位置水头、压力水头与速度水头之和是常数。总流的伯努利方程gVpzgVpz222222221111说明引入平均速度与动能修正系数；流体是理想、不可压缩的；流动是定常的；质量力仅仅是重力；所取的两个有效断面一定要处于缓变流区域，但在这两个有效断面之间可以有急变流；在所取的两个有效断面之间不能有能量输入或输出；在缓变流的同一有效断面上是常数，因此可以在断面上的任意点取值，一般取断面形心处的值较方便。pz总流伯努利方程的应用相对运动的伯努利方程gVpgrrgVprr22222221222121当流体由内向外流动时，机械能是逐渐增加的，此即由于叶轮旋转对流体作了功。离心泵的原理。当流体由外向内流动时，机械能逐渐减小，此时流体对叶轮做功使之旋转。汽轮机与水轮机的工作原理。皮托管；文丘利管；第三章概要粘性流体伯努利方程物理意义：粘性流体的总机械能将沿流程减小。hw：流体的能量损失。包括沿程损失hf与局部损失hj。沿程损失：由于摩擦阻力而引起的能量损失。它与流程长度成正比。局部损失：流体流经局部障碍（如：管接头、弯头、闸阀、管径突变处等）时，由于边界形状急剧变化，流体微团发生碰撞、产生旋涡等引起能量损失。gVapzgVapz222222221111whgVapzgVapz222222221111全流程的能量损失等于所有沿程损失与局部损失之和：沿程损失局部损失jfwhhhgVdlhf22gVhj22不论是单相还是两相流动，总有：流动压降=阻力（沿程、局部）压降＋重位压降＋加速压降例子：蒸汽发生器一次侧的阻力压降粘性流体的两种流动状态雷诺实验描述及现象（层流、紊流）雷诺数（表达式、意义）不论流体种类，也不管圆管尺寸，有：对于圆管内流动：Re2320时，流动为层流；Re2320时，流动为紊流。圆管中的层流运动圆管层流有效断面上各点速度大小按抛物线规律变化；圆管最大速度位于管轴线；圆管层流的最大速度等于平均速度的两倍；圆管层流有效断面上的切应力沿半径按直线规律变化，且管中心处为０；管壁处最大。（会画简图）圆管层流的沿程损失系数与雷诺数成反比，且有Re64紊流的特征与紊流切应力紊流的特征流体质点互相混杂，作无定向、无规律运动，流体内各点的速度、压力等运动参数在时间与空间上均具有随机性变化紊流的脉动现象。紊流的脉动现象使有效断面上的速度分布比层流时更加均匀平坦，但紊流的能量损失也比层流更大。时间平均法：了解形式。紊流切应力21圆管中紊流的速度分布粘性底层（过渡区）紊流核心区（厚度，随Re变大而减小）（速度分布特点）（速度分布特点）Re(v)层流临界紊流紊流光滑区紊流过渡区紊流粗糙区了解能量损失的影响因素。计算沿程损失系数的经验公式（了解一般步骤）尼古拉兹实验（会分区）莫迪图非圆形管道的沿程损失计算（湿周、水力半径以及当量直径&非圆管道的Re数及沿程损失的计算公式）局部损失应用孔口及管嘴出流；水击与气蚀；虹吸应用举例1、抗地震液压缓冲器2、一回路水压试验3、蒸汽爆炸的威力4、虹吸管液力加力器液力加力器简图液压蓄压器祝同学学习愉快，考试成功！