工程流體力學(xué)知識點總結(jié)

1、首頁 上頁 下頁 末頁 結(jié)束 工程流體力學(xué) 知識點總結(jié) 工作室：工作室：M2502 電電 話：話： qq：810164503 首頁 上頁 下頁 末頁 結(jié)束 q一 填空題 10*2分=20分； q二 選擇題 10*2分=20分； q三 計算題 4題，共40分； q四 論述題 2題，每題10分，共20分。 首頁 上頁 下頁 末頁 結(jié)束 一、流體的概念一、流體的概念 1、流體：由極其微小、在空間僅占有點的位置的質(zhì)流體：由極其微小、在空間僅占有點的位置的質(zhì) 點所組成的微團構(gòu)成的、連續(xù)的、易于流動的介質(zhì)。點所組成的微團構(gòu)成的、連續(xù)的、易于流動的介質(zhì)。 2 2、特征特征： 易流性；易流性； 只承受壓力，不

2、能承受切應(yīng)力；只承受壓力，不能承受切應(yīng)力； 沒有固定的形狀，其形狀取決于容器的形狀。沒有固定的形狀，其形狀取決于容器的形狀。 3、流體流體 液體：分子間距小，具有微小壓縮性；液體：分子間距小，具有微小壓縮性； 氣體：分子間距大，具有很大壓縮性。氣體：分子間距大，具有很大壓縮性。 首頁 上頁 下頁 末頁 結(jié)束 二、二、流體的密度與壓縮性流體的密度與壓縮性 V m V 0 lim 3 mkg 1、密度密度 單位體積內(nèi)流體所具有的質(zhì)量。單位體積內(nèi)流體所具有的質(zhì)量。 m V 均質(zhì)流體均質(zhì)流體 式中式中 流體的密度（流體的密度（kg/m ）；）； 4時水的密度（時水的密度（kg/m ）。）。 2、相對密

3、度相對密度d fw f w 首頁 上頁 下頁 末頁 結(jié)束 3 、重度重度 單位體積內(nèi)流體所具有的重量。單位體積內(nèi)流體所具有的重量。 g V G V pV K 4 、 體積彈性模量體積彈性模量 V V一定，在同樣一定，在同樣pp下，下， K K 越大越大, , V V 越小越小, , 說明說明K K 越越 大，液體的抗壓能力越強大，液體的抗壓能力越強. . 說明：說明：由于壓強增大，體積縮小，由于壓強增大，體積縮小，pp與與V V 變化趨勢相反，變化趨勢相反， 為保證為保證K K為正值，故加有符號。為正值，故加有符號。 首頁 上頁 下頁 末頁 結(jié)束 三三、流體的粘性流體的粘性 、流體的粘性、流體

4、的粘性 液體在外力作用下流動（或有流動趨勢）時，其內(nèi)部因液體在外力作用下流動（或有流動趨勢）時，其內(nèi)部因相相 對運動對運動而產(chǎn)生而產(chǎn)生內(nèi)摩擦力內(nèi)摩擦力的性質(zhì)。的性質(zhì)。 靜止液體不呈現(xiàn)粘性。靜止液體不呈現(xiàn)粘性。 dy dv AFf 流體流動時，阻滯剪切變形的流體流動時，阻滯剪切變形的內(nèi)摩內(nèi)摩力力與流體運動的與流體運動的速速 度梯度成正比度梯度成正比，與，與接觸面積接觸面積成成正比正比，與流體的性質(zhì)有關(guān)，與與流體的性質(zhì)有關(guān)，與 流體內(nèi)的壓力無關(guān)流體內(nèi)的壓力無關(guān)。 單位面積上的切應(yīng)力單位面積上的切應(yīng)力 dy dv 式中：式中： -比例常數(shù)比例常數(shù)-動力粘度動力粘度 首頁 上頁 下頁 末頁 結(jié)束 2

5、/mSN （1）動力粘度動力粘度 （2）運動粘度運動粘度 國際單位制中單位國際單位制中單位：m2/s 常用非法定單位：常用非法定單位： 1 1 m m2 2/ /s s = 10= 104 4 St St ( (cmcm2 2/s) = 10/s) = 106 6 cSt cSt ( (mmmm2 2/s)/s) dn dv 由牛頓內(nèi)摩擦定律由牛頓內(nèi)摩擦定律 動力粘度表示單位速度梯度下流體內(nèi)摩擦應(yīng)力的大小動力粘度表示單位速度梯度下流體內(nèi)摩擦應(yīng)力的大小 。 國際單位制中常用單位國際單位制中常用單位： 或是或是sPa 首頁 上頁 下頁 末頁 結(jié)束 恩氏粘度與運動粘度的換算關(guān)系恩氏粘度與運動粘度的換

6、算關(guān)系 4、液體的粘度將隨壓力和溫度的變化發(fā)生相應(yīng)的變化。、液體的粘度將隨壓力和溫度的變化發(fā)生相應(yīng)的變化。 （1）流體產(chǎn)生粘性的主要原因流體產(chǎn)生粘性的主要原因 液體：液體：分子分子內(nèi)聚力內(nèi)聚力； 氣體分子作熱運動，流層之間分子的氣體分子作熱運動，流層之間分子的熱交換熱交換頻繁頻繁。 （2）壓力的影響壓力的影響 在高壓下，液體的粘度隨壓力升高而增大；常壓在高壓下，液體的粘度隨壓力升高而增大；常壓 下，壓力對流體的粘性影響較小，可忽略。下，壓力對流體的粘性影響較小，可忽略。 （3）恩氏粘度恩氏粘度 )/(10) 31. 6 31. 7( 26 sm E Ev 注意注意: 2時，使用該公式。當(dāng)沒有約

7、束條件時為時，使用該公式。當(dāng)沒有約束條件時為7.13。 恩氏粘度是無量綱數(shù)。恩氏粘度是無量綱數(shù)。 E 首頁 上頁 下頁 末頁 結(jié)束 液體：液體：溫度升高，粘度降低；溫度升高，粘度降低； 氣體：溫度升高，粘度增大。氣體：溫度升高，粘度增大。 （3）溫度的影響溫度的影響 實際流體實際流體（粘性流體）：（粘性流體）： 具有粘性的流體稱實際流體。具有粘性的流體稱實際流體。 理想流體理想流體 ： 假想沒有粘性的流體。假想沒有粘性的流體。 首頁 上頁 下頁 末頁 結(jié)束 1 、液體的靜壓強具有兩個重要特性、液體的靜壓強具有兩個重要特性： 1)液體靜壓強的方向總是指向作用面的內(nèi)法線方向。液體靜壓強的方向總是指

8、向作用面的內(nèi)法線方向。 2)靜止液體內(nèi)任一點的靜止液體內(nèi)任一點的靜壓力在各個方向上都相等。靜壓力在各個方向上都相等。 證：四面體上的法向表面力證：四面體上的法向表面力 xx pdydzF 2 1 yy pdzdxF 2 1 zz pdxdyF 2 1 nnn pdAF 首頁 上頁 下頁 末頁 結(jié)束 gdxdydzG 6 1 投影式：投影式： xx gdxdydzG 6 1 yy gdxdydzG 6 1 zz gdxdydzG 6 1 由由0 x F0)cos(xFFGF nnxx 有：有： 0)cos( 6 1 2 1 xFdApgdxdydzpdydz nnnxx 整理得：整理得： nx

9、pp 四面體上的質(zhì)量力：四面體上的質(zhì)量力： 首頁 上頁 下頁 末頁 結(jié)束 同理：同理： ny pp nz pp 即：即：nzyx pppp 2 、靜止流體的平衡微分方程式、靜止流體的平衡微分方程式 研究流體在質(zhì)量力和表面力的作用下的力的平衡關(guān)系研究流體在質(zhì)量力和表面力的作用下的力的平衡關(guān)系 （1）、平衡微分方程式）、平衡微分方程式 設(shè)微小六面體中心點設(shè)微小六面體中心點 a ,其靜壓強為其靜壓強為p(x,y,z) 首頁 上頁 下頁 末頁 結(jié)束 0 22 zy x x p pzy x x p pzyxf x 化簡得化簡得 0 zyx x p zyxf x zyxm 0 1 x p f x 0 1

10、y p f y 同理得同理得 0 1 z p f z 首頁 上頁 下頁 末頁 結(jié)束 3 、重力場中靜止流體的壓強分布、重力場中靜止流體的壓強分布 （1）、不可壓縮流體的靜壓強基本公式 )(zfp gfff zyx 0 重力場中的平衡流體中的流體靜壓力只是高度的連續(xù)函數(shù)。重力場中的平衡流體中的流體靜壓力只是高度的連續(xù)函數(shù)。 重力場中的歐拉平衡方程形式為重力場中的歐拉平衡方程形式為 gdzdp 首頁 上頁 下頁 末頁 結(jié)束 對于不可壓縮流體對于不可壓縮流體 ，對上式在流體連續(xù)區(qū)域，對上式在流體連續(xù)區(qū)域 內(nèi)進行積分，可得：內(nèi)進行積分，可得： const C g p z 該式為重力場中不可壓縮流體的該

11、式為重力場中不可壓縮流體的靜壓強基本方程式靜壓強基本方程式。 積分常數(shù)積分常數(shù)C可以由平衡液體自由表面邊界條件確定：可以由平衡液體自由表面邊界條件確定： C g p z 0 0 00 ,ppzz 首頁 上頁 下頁 末頁 結(jié)束 這就是不可壓縮流體的這就是不可壓縮流體的靜壓強分布規(guī)律。（重點）靜壓強分布規(guī)律。（重點） 靜止流場中壓強分布規(guī)律既適用于理想流體，也適用于粘性流體靜止流場中壓強分布規(guī)律既適用于理想流體，也適用于粘性流體 所以 g p z g p z 0 0 ghpzzgpp 000 )( 即 流體靜壓強基本方程式表明：流體靜壓強基本方程式表明： 重力作用下的靜止液體中，任一點的靜壓強由自

12、由表面重力作用下的靜止液體中，任一點的靜壓強由自由表面 上的壓強和單位面積液柱重量所組成。上的壓強和單位面積液柱重量所組成。 靜止液體自由表面上的表面壓力均勻傳遞到液體內(nèi)各靜止液體自由表面上的表面壓力均勻傳遞到液體內(nèi)各 點點（這就是著名的帕斯卡定律，如水壓機、油壓千斤頂（這就是著名的帕斯卡定律，如水壓機、油壓千斤頂 等機械就是應(yīng)用這個定律制成的）。等機械就是應(yīng)用這個定律制成的）。 淹深淹深 首頁 上頁 下頁 末頁 結(jié)束 靜止液體內(nèi)不同位置處的流體靜壓力數(shù)值不同，靜止液體內(nèi)不同位置處的流體靜壓力數(shù)值不同， 但其數(shù)值之間存在如下關(guān)系。但其數(shù)值之間存在如下關(guān)系。 g p z g p z 2 2 1

13、1 （2）、流體靜壓強基本方程式的物理意義 （由上式）（由上式） 在平衡流體內(nèi)部，位置勢能和壓力勢能可以相互轉(zhuǎn)化，在平衡流體內(nèi)部，位置勢能和壓力勢能可以相互轉(zhuǎn)化， 但是總能量保持恒定。但是總能量保持恒定。 流體靜壓強基本方程式的意義就是平衡流體中的總能流體靜壓強基本方程式的意義就是平衡流體中的總能 量是一定的。這也是能量守衡與轉(zhuǎn)化定律在平衡流體中的量是一定的。這也是能量守衡與轉(zhuǎn)化定律在平衡流體中的 體現(xiàn)。體現(xiàn)。 位置勢能位置勢能 壓力勢能壓力勢能 首頁 上頁 下頁 末頁 結(jié)束 4、靜壓強的表示方法及其單位靜壓強的表示方法及其單位 （1）、表示方法：）、表示方法： 大氣壓強大氣壓強-標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下，

14、海平面上大氣所產(chǎn)生的壓強。標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下，海平面上大氣所產(chǎn)生的壓強。 絕對壓強絕對壓強-以以絕對真空作為基準(zhǔn)所表示的壓強；絕對真空作為基準(zhǔn)所表示的壓強； 相對壓強相對壓強-以以當(dāng)?shù)卮髿鈮簭娮鳛榛鶞?zhǔn)所表示的壓強。當(dāng)?shù)卮髿鈮簭娮鳛榛鶞?zhǔn)所表示的壓強。多多 數(shù)數(shù)測壓儀表所測得的壓強是相對壓強測壓儀表所測得的壓強是相對壓強，故相，故相 對壓力也稱表壓強。對壓力也稱表壓強。 真空度真空度-負(fù)的相對壓強。負(fù)的相對壓強。 （2）、四種壓力的關(guān)系：）、四種壓力的關(guān)系： 絕對壓強絕對壓強=相對壓強相對壓強+大氣壓強大氣壓強 真空度真空度=大氣壓強大氣壓強-絕對壓強絕對壓強 首頁 上頁 下頁 末頁 結(jié)束 p O p=0

15、 ppa P，粗糙度被層流邊層，粗糙度被層流邊層 淹沒；（重點）淹沒；（重點） 水力粗糙管：水力粗糙管： 20002000時，保持在時，保持在0.80.8左右。左右。 短孔加工比比薄壁小孔容易，因此特別適合于短孔加工比比薄壁小孔容易，因此特別適合于 作固定節(jié)流器使用。作固定節(jié)流器使用。 式中：式中： v1可忽略可忽略 ， g v p hw 2 2 2 , 代入。整理：代入。整理： pg c pg v v 22 1 1 2 流經(jīng)短孔的流經(jīng)短孔的流量計算式流量計算式： pg dcq v 2 4 2 0 首頁 上頁 下頁 末頁 結(jié)束 q 式中：液體流經(jīng)細長孔的流量和孔前后式中：液體流經(jīng)細長孔的流量和

16、孔前后壓差壓差p成成 正比；正比； q 流量和液體粘度流量和液體粘度成反比。因此流量受液體溫度變成反比。因此流量受液體溫度變 化的影響較大。化的影響較大。 4 128 d l qp 液體流經(jīng)細長小孔時，一般都是層流狀態(tài)，所以可液體流經(jīng)細長小孔時，一般都是層流狀態(tài)，所以可 直接應(yīng)用前面已導(dǎo)出的圓管層流直接應(yīng)用前面已導(dǎo)出的圓管層流流量公式流量公式： 首頁 上頁 下頁 末頁 結(jié)束 定義：在液壓系統(tǒng)中，由于某種原因引起液體中產(chǎn)定義：在液壓系統(tǒng)中，由于某種原因引起液體中產(chǎn) 生生急劇交替的壓力升降的阻力波動急劇交替的壓力升降的阻力波動過程。過程。 危害：出現(xiàn)沖擊時，液體中的危害：出現(xiàn)沖擊時，液體中的瞬時峰

17、值壓力瞬時峰值壓力往往比往往比 正常工作壓力高好幾倍，它不僅會損壞密封正常工作壓力高好幾倍，它不僅會損壞密封 裝置、管道和液壓元件，而且還會引起振動裝置、管道和液壓元件，而且還會引起振動 與噪聲；有時使某些壓力控制的液壓元件產(chǎn)與噪聲；有時使某些壓力控制的液壓元件產(chǎn) 生誤動作，造成事故。生誤動作，造成事故。 原因：流道的突然堵塞或截斷原因：流道的突然堵塞或截斷。 首頁 上頁 下頁 末頁 結(jié)束 若將閥門突然關(guān)閉，則緊靠閥門的若將閥門突然關(guān)閉，則緊靠閥門的 這部分液體立刻停止運動，液體的動能這部分液體立刻停止運動，液體的動能 瞬時轉(zhuǎn)變?yōu)閴毫δ?，接著后面的液體依瞬時轉(zhuǎn)變?yōu)閴毫δ埽又竺娴囊后w依 次停

18、止運動，依次將動能轉(zhuǎn)變?yōu)閴毫δ?，次停止運動，依次將動能轉(zhuǎn)變?yōu)閴毫δ埽?并以一定速度由閥門處回傳到管頭處，并以一定速度由閥門處回傳到管頭處， 使全管壓力升高，在管道內(nèi)形成壓力升使全管壓力升高，在管道內(nèi)形成壓力升 高波；管內(nèi)液體受力不平衡，使液體倒高波；管內(nèi)液體受力不平衡，使液體倒 流，管內(nèi)液體壓力逐段降低，形成壓力流，管內(nèi)液體壓力逐段降低，形成壓力 衰減波。衰減波。 若整個過程中無能量損失，則沖擊波將永遠持續(xù)若整個過程中無能量損失，則沖擊波將永遠持續(xù) 下去。下去。 “水錘水錘” 首頁 上頁 下頁 末頁 結(jié)束 q 適當(dāng)加大管徑，限制管道流速，一般在液壓系統(tǒng)中把速度適當(dāng)加大管徑，限制管道流速，一般在

19、液壓系統(tǒng)中把速度 控制在控制在4.5m/s4.5m/s以內(nèi)，使以內(nèi)，使p prmax rmax不超過 不超過5MPa5MPa就可以認(rèn)為是安全就可以認(rèn)為是安全 的；的； q 正確設(shè)計閥口或設(shè)置制動裝置，使運動部件制動時速度變正確設(shè)計閥口或設(shè)置制動裝置，使運動部件制動時速度變 化比較均勻；化比較均勻； q 延長閥門關(guān)閉和運動部件制動換向的時間，可采用換向時延長閥門關(guān)閉和運動部件制動換向的時間，可采用換向時 間可調(diào)的換向閥；間可調(diào)的換向閥； q 盡可能縮短管長，以減小壓力沖擊波傳播時間，變直接沖盡可能縮短管長，以減小壓力沖擊波傳播時間，變直接沖 擊為間接沖擊；擊為間接沖擊； q 緩慢關(guān)閉閥門，削減沖

20、擊波的強度；緩慢關(guān)閉閥門，削減沖擊波的強度； q 在閥門前設(shè)置蓄能器，以減小沖擊波傳播的距離；在閥門前設(shè)置蓄能器，以減小沖擊波傳播的距離； q 應(yīng)將管中流速限制在適當(dāng)范圍內(nèi)，或采用橡膠軟管；應(yīng)將管中流速限制在適當(dāng)范圍內(nèi)，或采用橡膠軟管； q 在系統(tǒng)中裝置安全閥，限制壓力升高。在系統(tǒng)中裝置安全閥，限制壓力升高。 首頁 上頁 下頁 末頁 結(jié)束 定義：在流動液體中，由于定義：在流動液體中，由于壓力降低而有氣泡壓力降低而有氣泡形成的形成的 現(xiàn)象?，F(xiàn)象。 氣穴中的氣體：空氣，油蒸汽。氣穴中的氣體：空氣，油蒸汽。 輕微氣穴：壓力降低到某一值時，以混入油中的微小輕微氣穴：壓力降低到某一值時，以混入油中的微小

21、 氣泡為核心，其體積脹大并互相聚合而形氣泡為核心，其體積脹大并互相聚合而形 成相當(dāng)體積的氣泡。成相當(dāng)體積的氣泡。 嚴(yán)重氣穴：當(dāng)壓力降低到空氣分離壓（嚴(yán)重氣穴：當(dāng)壓力降低到空氣分離壓（4 4104pa)104pa)以以 下，除混入油中的氣泡脹大聚合外，溶入下，除混入油中的氣泡脹大聚合外，溶入 油中的空氣將突然迅速的自油中分離而產(chǎn)油中的空氣將突然迅速的自油中分離而產(chǎn) 生大量的氣泡。生大量的氣泡。 首頁 上頁 下頁 末頁 結(jié)束 強烈氣穴：當(dāng)壓力降低到飽和蒸汽壓（約為強烈氣穴：當(dāng)壓力降低到飽和蒸汽壓（約為2 2104pa)104pa)以下，以下， 除上述兩種氣泡外，油液還將沸騰汽化，產(chǎn)生大除上述兩種氣

22、泡外，油液還將沸騰汽化，產(chǎn)生大 量氣泡。量氣泡。 未破潰氣泡未破潰氣泡 體積縮小、潰滅體積縮小、潰滅局部真空局部真空 局部液壓沖擊局部液壓沖擊 產(chǎn)生振動、噪音產(chǎn)生振動、噪音 金屬表面剝落破壞金屬表面剝落破壞 氣蝕氣蝕 油液氧化變質(zhì)油液氧化變質(zhì) 流道狹窄處流道狹窄處堵塞堵塞 總之，氣穴使系統(tǒng)性能變壞（特別是系統(tǒng)的動態(tài)性能）容總之，氣穴使系統(tǒng)性能變壞（特別是系統(tǒng)的動態(tài)性能）容 積效率降低；氣蝕使材料破壞，使液壓元件壽命縮短。積效率降低；氣蝕使材料破壞，使液壓元件壽命縮短。 危害：危害： 氣泡進入高壓區(qū)氣泡進入高壓區(qū) 首頁 上頁 下頁 末頁 結(jié)束 減小氣穴的措施：減小氣穴的措施： v正確設(shè)計和選用液壓元件（結(jié)構(gòu)、參數(shù)）正確設(shè)計和選用液壓元件（結(jié)構(gòu)、參數(shù)）; v減小閥孔口前后的壓差（減小閥孔口前后的壓差（P1/P23.5）; v液壓系統(tǒng)個元件的聯(lián)接處要密封可靠，嚴(yán)防空氣侵入；液壓系統(tǒng)個元件的聯(lián)接處要密封可靠，嚴(yán)防空氣侵入； v在易發(fā)生氣穴的管路中加背壓；在易發(fā)生氣穴的管路中加背壓； v采用抗蝕能