流體力學(xué)教材.doc

流體力學(xué)基礎(chǔ)復(fù)習大綱第1章 緒論一、概念1、什么是流體？在任何微小剪切力持續(xù)作用下連續(xù)變形的物質(zhì)叫做流體（易流動性是命名的由來）流體質(zhì)點的物理含義和尺寸限制？宏觀尺寸非常小，微觀尺寸非常大的任意一個物理實體宏觀體積極限為零，微觀體積大于流體分子尺寸的數(shù)量級什么是連續(xù)介質(zhì)模型？連續(xù)介質(zhì)模型的適用條件；假設(shè)組成流體的最小物質(zhì)是流體質(zhì)點，流體是由無限多個流體質(zhì)點連綿不斷組成，質(zhì)點之間不存在間隙。分子平均自由程遠遠小于流動問題特征尺寸2、可壓縮性的定義；作用在一定量的流體上的壓強增加時，體積減小體積彈性模量的定義、與流體可壓縮性之間的關(guān)系及公式；Ev=-dp/(dV/V) 壓強的改變量和體積的相對改變量之比Ev=1/t 體積彈性模量越大，流體可壓縮性越小氣體等溫過程、等熵過程的體積彈性模量；等溫Ev=p等嫡Ev=kp k=Cp/Cv不可壓縮流體的定義及體積彈性模量；作用在一定量的流體上的壓強增加時，體積不變Ev=dp/(d/) （低速流動氣體不可壓縮）3、流體粘性的定義；流體抵抗剪切變形的一種屬性動力粘性系數(shù)、運動粘性系數(shù)的定義、公式；動力粘度：，單位速度梯度下的切應(yīng)力 =/(dv/dy)運動粘度：，動力粘度與密度之比，v=/理想流體的定義及數(shù)學(xué)表達；v=0的流體牛頓內(nèi)摩擦定律（兩個表達式及其物理意義）；=+-dv/dy（大于零）、=v/切應(yīng)力和速度梯度成正比粘性產(chǎn)生的機理，粘性、粘性系數(shù)同溫度的關(guān)系；液體：液體分子間的距離和分子間的吸引力，溫度升高粘性下降氣體：氣體分子熱運動所產(chǎn)生的動量交換，溫度升高粘性增大牛頓流體的定義；符合牛頓內(nèi)摩擦定律的流體4、作用在流體上的兩種力。質(zhì)量力：與流體微團質(zhì)量大小有關(guān)的并且集中在微團質(zhì)量中心上的力表面力：大小與表面面積有關(guān)而且分布在流體表面上的力二、計算1、牛頓內(nèi)摩擦定律的應(yīng)用間隙很小的無限大平板或圓筒之間的流動。第2章 流體靜力學(xué)一、概念1、流體靜壓強的特點；理想流體壓強的特點（無論運動還是靜止）；流體內(nèi)任意點的壓強大小都與都與其作用面的方位無關(guān)2、靜止流體平衡微分方程，物理意義及重力場下的簡化微元平衡流體的質(zhì)量力和表面力無論在任何方向上都保持平衡歐拉方程 =0 流體平衡微分方程重力場下的簡化：d=-dW=-gdz3、不可壓縮流體靜壓強分布（公式、物理意義），帕斯卡原理；不可壓縮流體靜壓強基本公式z+p/g=C不可壓縮流體靜壓強分布規(guī)律 p=p0+gh平衡流體中各點的總勢能是一定的靜止流體中的某一面上的壓強變化會瞬間傳至靜止流體內(nèi)部各點4、絕對壓強、計示壓強（表壓）、真空壓強的定義及相互之間的關(guān)系；絕對壓強：以絕對真空為起點計算壓強大小記示壓強：比當?shù)卮髿鈮捍蠖嗌俚膲簭娬婵諌簭姡罕犬數(shù)卮髿鈮盒《嗌俚膲簭娊^對壓強=當?shù)卮髿鈮?表壓表壓=絕對壓強-當?shù)卮髿鈮赫婵諌簭?當?shù)卮髿鈮?絕對壓強5、各種U型管測壓計的優(yōu)缺點；單管式：簡單準確；缺點：只能用來測量液體壓強，且容器內(nèi)壓強必須大于大氣壓強，同時被測壓強又要相對較小，保證玻璃管內(nèi)液柱不會太高U：可測液體壓強也可測氣體壓強；缺：復(fù)雜傾斜管：精度高；缺點：？6、作用在平面上靜壓力的大?。ü?、物理意義）。F=p S+gsiny S當p =大氣壓強，F(xiàn)=gsiny S壓力中心：二、計算1、U型管測壓計的計算；2、絕對壓強、計示壓強及真空壓強的換算；3、平壁面上靜壓力大小的計算。第3章 流體動力學(xué)基礎(chǔ)一、概念1、描述流體運動的兩種方法（著眼點、數(shù)學(xué)描述、拉格朗日及歐拉變數(shù)）；拉格朗日法：（拉格朗日變數(shù)(a,b,c,t)）用質(zhì)點的初始坐標和時間變量共同表達質(zhì)點的運動規(guī)律描述每個流體質(zhì)點自始至終的運動規(guī)律、觀察連續(xù)變化的整個質(zhì)點系歐拉法：(歐拉變數(shù)（x,y,z,t）)以數(shù)學(xué)場論為基礎(chǔ)、著眼于任何時刻物理量在場上的分布規(guī)律的流體運動描述方法/描述空間某點流體運動物理量隨時間的變化規(guī)律及由一點轉(zhuǎn)向另一點時該量的變化不同瞬間物理量在空間上的分布系統(tǒng)和控制體的概念；系統(tǒng)：某一確定流體質(zhì)點集合的總體控制體：流場中某一確定的空間區(qū)域2、流場的概念，定常場、非定常場、均勻場、非均勻場的概念及數(shù)學(xué)描述；流場：流體流動空間形成的物理量連續(xù)分布的場定常場：流場中的速度、壓強等物理量的分布與時間無關(guān)均勻場：流暢中的速度、壓強等物理量與空間坐標無關(guān)3、一元、二元、三元流動的概念；除時間坐標外，流動參數(shù)隨一個、兩個、三個空間坐標變化4、物質(zhì)導(dǎo)數(shù)的概念及公式：物質(zhì)導(dǎo)數(shù)（質(zhì)點導(dǎo)數(shù)）：運動中的流體所具有的物理量對時間的變化率 dN/dt局部導(dǎo)數(shù)（當?shù)貙?dǎo)數(shù)）:質(zhì)點沒有空間變位時，物理量對時間的變化率，反應(yīng)流場的非定常性對流導(dǎo)數(shù)（遷移導(dǎo)數(shù)、對流導(dǎo)數(shù)）：質(zhì)點經(jīng)過dt時間處于不同位置時，物理量對時間的變化率，反應(yīng)流場的非均勻性流體質(zhì)點加速度、不可壓縮流體、均質(zhì)不可壓縮流體的數(shù)學(xué)描述；速度的質(zhì)點導(dǎo)數(shù)（dvx/dt,dvy/dt,dvz/dt三個公式）不可壓縮流體：d/dt=0均質(zhì)不可壓縮流體：=const5、流線、跡線的定義、特點和區(qū)別，跡線：流體質(zhì)點的運動軌跡 特點：流場中實際存在的線、同一質(zhì)點不同時刻空間位置的連線、和時間過程有關(guān)的曲線隨時間增長而延長，拉格朗日方法下的概念流線：某瞬間流場中一條假設(shè)的曲線，該曲線上各點速度方向和曲線在該點切線方向重合 特點：是某瞬間假設(shè)的曲線、不同質(zhì)點同一時刻空間位置的連線描述線上各質(zhì)點的運動方向、定常流動流線形狀位置不隨時間改變、一般情況流線不相交或轉(zhuǎn)折、流線走向和疏密反應(yīng)某瞬時流場內(nèi)流體速度方向和大小（密，大）、歐拉方法下的概念什么時候兩線重合；定常流動時流管的概念；在流場中做一封閉且不自相交的曲線C，某瞬間通過該曲線上的流線構(gòu)成的管狀表面總流、微小流束、質(zhì)量流量、體積流量、平均速度的概念；總流：流管內(nèi)所有流線的總和微小流束：微小流管內(nèi)所有流線的總和質(zhì)量流量：單位時間通過流管過流斷面的流體質(zhì)量體積流量：單位時間通過流管過流斷面的流體體積平均速度：假設(shè)過流斷面上各點速度相等，通過的流量與實際流量相等6、流量不變方程的物理意義、公式及適用條件；單位時間內(nèi)流入的和流出控制體的流體質(zhì)量相等1v1dA1=2v2dA27、微分形式連續(xù)方程的適用條件、物理意義、公式及各種簡化形式；理想流體和粘性流體質(zhì)量守恒定律在流體力學(xué)中的具體表達式一元：v1A1=v2A2二元、三元： 定常： 不可壓縮流動：8、粘性流體中一點的應(yīng)力狀態(tài)與理想流體有什么區(qū)別；應(yīng)力大小與作用面方位有關(guān)9、N-S方程的物理意義（不要求公式）；作用在流體上的力平衡關(guān)系式F-ma=0什么是本構(gòu)方程？確定應(yīng)力與變形速度關(guān)系的方程式切應(yīng)力公式見第一章內(nèi)容10、沿流線的伯努利方程：公式、各項物理和幾何意義、總體物理和幾何意義z+p/g+v/2g=Cz 單位重力流體的位能，位置水頭，流體質(zhì)點相對于基準面的高度p/g 單位重力流體的壓能，壓強水頭，產(chǎn)生壓強p所需的流體柱高度v/2g 單位重力流體的動能，速度水頭，不考慮阻力時流體以速度v垂直上射的高度適用條件（注意單位重量流體和單位質(zhì)量流體伯努利方程的不同表達形式式）；理想不可壓流體、定常流動、質(zhì)量力有勢且只有重力、沿同一條流線成立、無其他能量輸入輸出單位質(zhì)量流體：單位重量：11、理想流體總流伯努利方程：公式、各項物理和幾何意義、總體物理和幾何意義、適用條件（注意方程表達形式及量綱）； 動能修正系數(shù)一般為1理想不可壓流體、定常流動、質(zhì)量力有勢且只有重力、兩過流斷面是緩變流過流斷面、兩過流斷面間無能量輸入輸出緩變流概念及數(shù)學(xué)描述；流線切線之間的夾角很?。骶€平行），流線曲率很?。骶€近似于直線）動能修正系數(shù)概念（層流和湍流狀態(tài)分別取什么值）；反應(yīng)過流斷面上速度分布的不均勻性h軸與功率的關(guān)系；P=gqvh軸 （泵和壓縮機為負，渦輪機為正）12、畢托管、文丘里流量計測量的參數(shù)及測量原理；（不要硬記公式）13、動量方程適用條件、式中各項的物理意義、簡化公式（求和形式的那個公式）、求解時需要注意的事項；二、計算1、積分形式的動量方程、連續(xù)方程同伯努利方程的綜合應(yīng)用；（注意坐標系、控制體的選取、受力分析時管道問題尤其要注意表壓力是否存在）；2、伯努利方程的應(yīng)用；3、物質(zhì)導(dǎo)數(shù)的計算，如流體質(zhì)點加速度或流體質(zhì)點某物理量對時間的變化率；4、微分形式連續(xù)方程的應(yīng)用：判斷流動是否存在，求某方向的流動速度等。第5章 管中流動一、概念0、準則數(shù)的定義（哪兩種力的比）、數(shù)學(xué)描述；慣性力/粘性力 Re=vl/ (v特征速度，l特征長度【圓管中此項為d】)1、 流動的兩種狀態(tài)及判斷準則數(shù)；層流、湍流Re2320 湍流Re2320 層流圓管流動臨界雷諾數(shù)的值以及計算雷諾數(shù)時的特征長度和特征速度是什么？2320特征長度為管道直徑，特征速度為圓管過流斷面平均速度水力直徑、起始段和充分發(fā)展流動的概念；S是流體與固體邊界接觸部分周長起始段長度L=0.03Re2、 圓管層流的速度分布及公式、切應(yīng)力分布及公式，最大速度與平均速度之間的關(guān)系； *一定要記住！最大速度r=0 最大速度=2平均速度 （)哈根-伯蕭葉定律*記?。?2，=4/33、 湍流瞬時物理量、時均物理量和脈動物理量的概念及相互關(guān)系脈動物理量的時均值S=0湍流切應(yīng)力的構(gòu)成；湍流切應(yīng)力+雷諾應(yīng)力（）圓管湍流的結(jié)構(gòu)（湍流核心區(qū)、層流底層、過渡區(qū)）；水力光滑管的定義；管道凹凸不平部分完全被粘性底層覆蓋，粗糙度對湍流核心幾乎不產(chǎn)生影響圓管湍流總切應(yīng)力分布（定性），分子粘性應(yīng)力及湍流附加應(yīng)力（雷諾應(yīng)力）沿圓管不同徑向位置有什么樣的分布規(guī)律粘性底層主要是粘性切應(yīng)力 湍流核心主要是脈動切應(yīng)力 軸心處速度梯度為零切應(yīng)力為零湍流速度分布（層流底層與湍流核心區(qū)的定性速度分布），層流底層厚度Re與圓管湍流速度分布的關(guān)系（定性）；（P.53圖）4、粘性流體總流伯努利方程：公式、各項物理和幾何意義、總體物理和幾何意義、適用條件（注意方程表達形式及量綱）；緩變流概念及數(shù)學(xué)描述；動能修正系數(shù)概念（層流和湍流狀態(tài)分別取什么值）；h軸與功率的關(guān)系；5、水力損失的概念；沿程損失的物理意義及公式；在等徑管路中，由于流體與管壁以及流體自身的內(nèi)部摩擦，是流體能量沿流動方向逐漸降低叫做沿程損失1、 壓強損失p 按照哈根伯蕭葉公式可推,或圓管層流速度公式用平均速度表示2、 水頭損失 也是沿程損失公式=A/Re3、功率損失P=pqv層流沿程損失系數(shù)的計算、公式；=A/Re A常取75湍流沿程損失系數(shù)的計算、顯示公式；莫地圖或顯示公式莫迪圖中不同區(qū)域的特點（層流、水力光滑管、完全粗糙區(qū)等）；局部損失的物理意義及公式；流體相互碰撞和形成漩渦等突然縮小的局部損失系數(shù)淹沒進口和淹沒出口的局部損失系數(shù)；淹沒進口6、串聯(lián)管道和并聯(lián)管道的特點（流量、水力損失）。二、計算1、管道計算連續(xù)方程、總流伯努利方程、水力損失方程單管、串聯(lián)管道、并聯(lián)管道的處理；緩變流過流斷面的選取，總流伯努利方程的量綱，h軸與功率的關(guān)系等）；沿程損失：2、水力直徑的計算；第8章 氣體的一元流動一、概念1、當?shù)芈曀俚母拍?、各種形式的公式及物理意義；馬赫數(shù)公式；流體場中當?shù)貭顟B(tài)參數(shù)不同，聲速不同，叫當?shù)芈曀?p=RgT 則：馬赫數(shù)：Ma=v/c可壓縮流動的決定性準則高超音速：大于5超音速：大于1音速：1亞音速：小于1 3、 微弱擾動波傳播的熱力過程及區(qū)域；擾動區(qū)、擾動波面、未擾動區(qū)3、一元流動密度變化與速度變化的關(guān)系；氣流參數(shù)與通道面積的關(guān)系；定常一元等熵流動控制方程組公式（連續(xù)方程、能量方程的各種形式、過程方程、狀態(tài)方程）；兩種參考狀態(tài)：等熵滯止狀態(tài)、臨界狀態(tài)的概念