中国石油大学-流体力学-期末总复习

1《流体力学》期末总复习2013.6.14黄岛FluidMechanics2期末考试安排本课程考试方式为闭卷，时间120分钟，需带学生证、普通计算器及简单绘图工具。考试时间：第16周周六（6月22日）上午10:00-12:00考试地点：南教203题型：选择、填空、简答、计算、推导36月17日（16周周一）全天：谢翠丽（B730）、刘成文（B720）、白莉（B714）6月18日（16周周二）全天：付静（B730）、倪玲英（B708）、李爱华（B726）6月21日（16周周五）全天：所有代课教师答疑安排4考生须知（1）考生必须提前15分钟持学生证或学院证明，经监考人员验证后进入考场，无相应证件者一律不准参加考试。（2）凡闭卷考试，考生除带必要的文具外，所有书籍、讲义、笔记、手机、电子辞典等物品必须按监考人员的要求放置，考生两人不得共用一套文具或计算器。（3）迟到30分钟以及以上者，取消其考试资格，并以旷考论处。（4）考生应按规定位置就座，并将学生证放置在桌子左上角，以备检查。（5）考试本包括：试题部分、答题部分和草稿纸三部分并合订为一本。考生必须按规定答卷，考试结束，完整交回，拆开或缺页的考试本作废。（6）未经监考人员允许，考生不得离开考场。（7）考生必须严格遵守考试纪律，服从监考人员的指挥。不服从监考人员安排者，立即清出考场，并取消其考试资格。考前必读5复习内容一、基本知识二、重要计算三、推导或证明四、作图五、习题6一、基本知识7第一章流体及其主要物理性质1.流体的概念（1）液体和气体统称为流体。（2）质点的概念，流体的连续介质假设。2.流体的主要物理性质（1）密度、重度、相对密度（比重）d的定义及相互计算。（2）压缩性、膨胀性、体积压缩系数p、体积膨胀系数t。（3）粘性，动力粘度与运动粘度的相互计算、单位。（4）粘性产生的原因：分子内聚力和分子不规则运动的动量交换。（5）温度对流体粘性的影响规律（对液体和气体，变化规律不同！）。（6）实际流体与理想流体的区别（在于是否具有粘性或粘滞性）（7）牛顿内摩擦定律的内容、数学表达式、适用条件。（8）牛顿流体与非牛顿流体的概念，并举例。3.作用在流体上的力的分类按力的表现形式分两大类：质量力和表面力。84.基本公式g水水ddpVdVppE1dtVdVtdyduATdydu或3mN9800水3mkg1000水（这里，）适用于牛顿流体层流9第二章流体静力学1.静压力的两个重要特性（1）静压力方向永远沿着作用面内法线方向；（2）静止流体中任何一点上各个方向的静压力大小相等，与作用面方位无关。2.欧拉平衡方程式：物理意义：作用在单位质量流体上的质量力与压力的合力相平衡。适用范围：绝对静止与相对静止；可压与不可压流体。全微分形式：3.绝对压力、相对压力（表压力）、真空度三种压力表示方法及其相互关系0zpρ1Z0ypρ1Y0xpρ1XZdzYdyXdxdp104.绝对静止流体（质量力只有重力作用）（1）静力学基本方程及其几何意义和物理意义。等压面为水平面（2）液式测压计的原理及应用原理：液柱重量与被测液体压力相平衡。液式测压计的计算：计算某点压力和比较两点压差。利用知识：，等压面。Cpzhpp0或位置水头z压力水头p测压管水头pz几何意义比位能z比压能p总比能（比势能）pz物理意义hpp0115.相对静止流体（质量力包括重力和惯性力）（1）等加速水平直线运动时质量力：重力、直线惯性力。X=-a,Y=0,Z=-g静压力分布：等压面：，为一簇斜平面自由液面：思考：如果容器沿着斜坡做等加速运动，如何分析？（2）绕定轴等角速旋转时质量力：重力、离心惯性力。X=2x，Y=2y，Z=-g压力分布：等压面：，为一簇旋转抛物面自由液面：gzaxpp0hpp0或Cgzax0sgzaxzgrpp2220Czr222grzs222hpp0或126.等压面及其三个特性、等压面微分方程等压面概念。等压面的三个特性。等压面微分方程：7.平面上总压力的计算：分p0＝pa和p0≠pa两种情况对于p0＝pa的情况：（1）大小：（2）方向：垂直指向作用面（3）压力中心：对于p0≠pa的情况：将液面折算：增加或减去一个高度0ZdzYdyXdxAhPcAyJyyCcCD表0ph圆形：644DJc矩形：123BHJc138.曲面上总压力的计算：分p0＝pa和p0≠pa两种情况：对于p0＝pa的情况：（1）大小：，而，（2）方向：与垂直线夹角（3）作用点：由与作用线共同确定。对于p0≠pa的情况：将液面折算：增加或减去一个高度9.正确理解压力体的概念及其画法关键是“三个面”：自由液面或其延伸面，受压曲面，铅垂面。实压力体、虚压力体10.静压力分布图的绘制（注意是用表压强还是绝对压强）22zxPPPxcxAhPVPzzxPPtgxPzP表0phzxPParctg14第三章流体运动学与动力学基础1.研究流动的两种方法（1）拉格朗日法和欧拉法（2）欧拉法表示的质点加速度表达式2.流线与迹线的概念、流线微分方程迹线：流体质点在一段时间内运动的轨迹线。流线：某瞬时，流场中连续不同位置质点的运动方向连线,该线上质点的运动方向与该线相切。流线的三个性质。zuuyuuxuutudtduazuuyuuxuutudtduazuuyuuxuutudtduazzzyzxzzzyzyyyxyyyxzxyxxxxxzyxudzudyudx流线微分方程：当地加速度迁移加速度153.流量的概念及三种流量表示方法：体积流量Q、重量流量G、质量流量MG=Q，M=Q4.平均流速、动能修正系数、泵的扬程H、水力坡降i的概念V=Q/A动能修正系数：是由于断面速度分布不均匀引起的，＞1泵的扬程H：泵使单位重量液体所增加的机械能。水力坡降：5.缓变流的概念及其断面上的压力分布规律流线之间的夹角比较小、流线曲率半径比较大的流动，称为缓变流。断面上各点压力分布：符合静压力分布规律LhhLhijfwCpz166.节流式流量计原理：通过测量压差来计算流量7.总压强、驻压强的概念，测速管原理8.欧拉运动方程的表达式、物理意义、适用范围guppA2200总压强动压强驻压强02ppguAAdtduzpZdtduypYdtduxpXzyx111物理意义：作用在单位质量流体上的真实质量力、压力和虚假质量力相平衡。适用范围：理想流体，可压或不可压流体，稳定流或不稳定流。179.一元稳定流的连续性方程和空间运动连续性微分方程一元不可压缩流体：Q1=Q2或V1A1=V2A2空间流动：对不可压缩流体：10.实际流体总流的伯诺利方程及使用条件、物理意义使用条件：稳定流，不可压缩流体，质量力只有重力，缓变流断面。据此方程可判断流向：总比能大处→总比能小处0zuyuxutzyx0zuyuxuzyx21222222111122whgVpzgVpz水头线的画法：总水头线、测压管水头线、位置水头线沿着流动方向，总水头线是逐渐降低的。1811.有泵时的伯诺利方程12.稳定流动量方程及应用应用：会进行弯管、渐缩管（喷嘴）、挡板、射流背压等受力计算13.系统与控制体系统：由确定不变的一系列质点组成的集合。控制体：由空间点组成的，相对于坐标系固定不变的任何体积。zzzyyyxxxVVQFVVQFVVQF121212dAuuFcsn21222222111122whgVpzHgVpz泵的扬程HQHN泵19第四章流体阻力和水头损失1.流动阻力产生的原因及分类外因：流道断面几何参数、璧面粗糙度、管长内因（根本原因）：粘性和惯性流动阻力的分类：沿程阻力、局部阻力水头损失的分类：沿程水头损失hf、局部水头损失hj总水头损失：hw=∑hf＋∑hj202.两种流态及转化标准层流与紊流，取Rec=2000圆管内雷诺数:，物理意义：惯性力与粘性力之比。Re≤2000为层流，Re＞2000为紊流层流时，内部切应力只有粘性应力；紊流时，包括粘性应力＋雷诺应力。层流时：hfV；紊流时：hfV1.75～2VdVdRe213.非圆形管路的水力半径、当量直径的计算水力半径：当量直径：4.水力光滑管与水力粗糙管根据层流底层l与管壁粗糙度值的大小比较来划分的。l＞，水力光滑管；l＜，水力粗糙管。5.N-S方程的形式及其物理意义ARRd4当dtduuzpZdtduuypYdtduuxpXzzyyxx2221112222222zyx——拉普拉斯算子物理意义：反映了质量力、压力、粘性力和惯性力相平衡。适用条件：不可压缩实际流体。226.圆管层流流动规律速度分布：为旋转抛物面分布流量：平均流速：切应力分布：为线性分布沿程水头损失：，224rRLpuLDpQ1284max21uVLpr2gVdLhf22Re64（层流时常常通过测轴线上速度利用此关系得到断面平均流速）237.因次的齐次性原理，会写物理量的因次表达式任何一个完整的物理方程中每项的因次相同。因次表达式举例：[V]=[LT-1]，[F]=[MLT-2]，[p]=[ML-1T-2][]=[L]，[]=[ML-3]，[]=[ML-1T-1]8.定理及应用将有因次的函数关系式化为无因次的函数关系式。9.动力学相似原理：几何相似、运动相似、动力相似的定义?各种比尺的定义及相互关系，力的比尺与牛顿数10.完全动力相似和近似（局部）动力相似11.常用的三个相似准数及其物理意义雷诺数：，惯性力与粘性力之比。用于粘性力起主要作用流动富劳德数：，惯性力与重力之比。用于重力起主要作用流动欧拉数：，压力与惯性力之比。用于压力起主要作用流动VlReglVFr22VpEu22vlFNe2412.管路水头损失（hf、hj）的计算方法沿程水头损失hf计算：计算步骤：“三步曲”（1）根据流量Q，计算Re，判断流态；（2）根据流态，选择经验公式求，或查莫迪图求；（3）由达西公式计算hf。结合经验公式或莫迪图，分析各种流态下与Re和/d之间的关系：层流：＝f(Re)紊流水力光滑区：＝f(Re)紊流混合摩擦区：＝f(Re,/d)紊流水力粗糙区：＝f(/d)局部水头损失hj计算:求：查手册，对于突然扩大管：采用包达公式：从管道流入大空间的出口局部阻力：gVdLhf22gVhj22gVdLhf22gVVhj2221gVhj2225第五章压力管路的水力计算1.长管与短管的概念长管：比动能和局部水头损失可以忽略的管路。短管：比动能和局部水头损失不能忽略的管路。2.长管的水力计算简单长管计算的三类问题及解题步骤：第一类问题：已知d，L，管路布置（z1、z2），流量Q，求水头损失和压降。第二类问题：已知d，L，管路布置（z1、z2），压降或损失，求流量Q。第三类问题：已知L，管路布置（z1、z2），流量Q，设计管径d。fhpzpz2211gVgVpzgVpzc2222222222111263.短管的水力计算短管实用流量计算通式：4.串联管路与并联管路的水力特点、水力计算串联管路的水力特点：（1）（2）并联管路的水力特点：（1）（2）gVhcw2