工程流體力學(xué)知識點(diǎn)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(diǎn)總結(jié)主講人：朱華玲主講人：朱華玲工作室：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(jì)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(diǎn)的位置的質(zhì)流體：由極其微小、在空間僅占有點(diǎn)的位置的質(zhì)點(diǎn)所組成的微團(tuán)構(gòu)成的、連續(xù)的、易于流動(dòng)的介質(zhì)。點(diǎn)所組成的微團(tuán)構(gòu)成的、連續(xù)的、易于流動(dòng)的介質(zhì)。2 2、特征特征：易流性；易流性；只承受壓力，不能承

2、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VmV0lim3mkg1、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。mV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(shí)水的密度（時(shí)水的密度（kg/m ）。）。2、相對密度相對密度dfwfw首頁上頁下頁末頁結(jié)束3 、重度

3、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。gVGVpVK4 、 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(qiáng)大，液體的抗壓能力越強(qiáng). .說明：說明：由于壓強(qiáng)增大，體積縮小，由于壓強(qiáng)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、流體的粘性 液體在外力作用下流動(dòng)（或有流動(dòng)趨勢）時(shí)，其內(nèi)部因液體在外力作用下流動(dòng)（或有流動(dòng)趨勢）時(shí)，其內(nèi)部

4、因相相對運(yùn)動(dòng)對運(yùn)動(dòng)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。dydvAFf 流體流動(dòng)時(shí)，阻滯剪切變形的流體流動(dòng)時(shí)，阻滯剪切變形的內(nèi)摩內(nèi)摩力力與流體運(yùn)動(dòng)的與流體運(yùn)動(dòng)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dydv式中：式中： -比例常數(shù)比例常數(shù)-動(dòng)力粘度動(dòng)力粘度首頁上頁下頁末頁結(jié)束2/mSN （1）動(dòng)力粘度動(dòng)力粘度 （2）運(yùn)動(dòng)粘度運(yùn)動(dòng)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

5、 1 m m2 2/ /s s = 10= 104 4 St St ( (cmcm2 2/s) = 10/s) = 106 6 cSt cSt ( (mmmm2 2/s)/s)dndv由牛頓內(nèi)摩擦定律由牛頓內(nèi)摩擦定律動(dòng)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(dòng)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(yùn)動(dòng)粘度的換算關(guān)系恩氏粘度與運(yùn)動(dòng)粘度的換算關(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

6、：液體：分子分子內(nèi)聚力內(nèi)聚力；氣體分子作熱運(yùn)動(dòng)，流層之間分子的氣體分子作熱運(yùn)動(dòng)，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. 631. 7(26smEEv注意注意: 2時(shí)，使用該公式。當(dāng)沒有約束條件時(shí)為時(shí)，使用該公式。當(dāng)沒有約束條件時(shí)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

7、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(shí)際流體實(shí)際流體（粘性流體）：（粘性流體）： 具有粘性的流體稱實(shí)際流體。具有粘性的流體稱實(shí)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(qiáng)具有兩個(gè)重要特性、液體的靜壓強(qiáng)具有兩個(gè)重要特性：1)液體靜壓強(qiáng)的方向總是指向作用面的內(nèi)法線方向。液體靜壓強(qiáng)的方向總是指向作用面的內(nèi)法線方向。2)靜止液體內(nèi)任一點(diǎn)的靜止液體內(nèi)任一點(diǎn)的靜壓力在各個(gè)方向上都相等。靜壓力在各個(gè)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xxpdydzF21yypdzdxF21zzpdxdyF21n

8、nnpdAF首頁上頁下頁末頁結(jié)束gdxdydzG61投影式：投影式：xxgdxdydzG61yygdxdydzG61zzgdxdydzG61由由0 xF0)cos(xFFGFnnxx有：有：0)cos(6121xFdApgdxdydzpdydznnnxx整理得：整理得：nxpp 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：nypp nzpp 即：即：nzyxpppp 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(diǎn)

9、設(shè)微小六面體中心點(diǎn)a ,其靜壓強(qiáng)為其靜壓強(qiáng)為p(x,y,z)首頁上頁下頁末頁結(jié)束022zyxxppzyxxppzyxfx化簡得化簡得0zyxxpzyxfxzyxm01xpfx01ypfy同理得同理得01zpfz首頁上頁下頁末頁結(jié)束3 、重力場中靜止流體的壓強(qiáng)分布、重力場中靜止流體的壓強(qiáng)分布（1）、不可壓縮流體的靜壓強(qiáng)基本公式)(zfpgfffzyx0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

10、，對上式在流體連續(xù)區(qū)域內(nèi)進(jìn)行積分，可得：內(nèi)進(jìn)行積分，可得：constCgpz該式為重力場中不可壓縮流體的該式為重力場中不可壓縮流體的靜壓強(qiáng)基本方程式靜壓強(qiáng)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：Cgpz0000,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(qiáng)分布規(guī)律。（重點(diǎn)）靜壓強(qiáng)分布規(guī)律。（重點(diǎn)）靜止流場中壓強(qiáng)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(qiáng)分布規(guī)律既適用于理想流體，也適用于粘性流體所以gpzgpz00ghpzzgpp000)(即流體靜壓強(qiáng)基本方程式表明：流體靜壓強(qiáng)基本方程式表明

11、：重力作用下的靜止液體中，任一點(diǎn)的靜壓強(qiáng)由自由表面重力作用下的靜止液體中，任一點(diǎn)的靜壓強(qiáng)由自由表面上的壓強(qiáng)和單位面積液柱重量所組成。上的壓強(qiáng)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(diǎn)點(diǎn)（這就是著名的帕斯卡定律，如水壓機(jī)、油壓千斤頂（這就是著名的帕斯卡定律，如水壓機(jī)、油壓千斤頂?shù)葯C(jī)械就是應(yīng)用這個(gè)定律制成的）。等機(jī)械就是應(yīng)用這個(gè)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。gpzgpz22

12、11（2）、流體靜壓強(qiáng)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(qiáng)基本方程式的意義就是平衡流體中的總能流體靜壓強(qiáng)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(qiáng)的表示方法及其單位靜壓強(qiáng)的表示方法及其單位（1）、表示方法：）、表示方法： 大氣壓強(qiáng)大氣壓強(qiáng)-標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下，海平面上大氣所產(chǎn)生的壓強(qiáng)。

13、標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下，海平面上大氣所產(chǎn)生的壓強(qiáng)。 絕對壓強(qiáng)絕對壓強(qiáng)-以以絕對真空作為基準(zhǔn)所表示的壓強(qiáng)；絕對真空作為基準(zhǔn)所表示的壓強(qiáng)； 相對壓強(qiáng)相對壓強(qiáng)-以以當(dāng)?shù)卮髿鈮簭?qiáng)作為基準(zhǔn)所表示的壓強(qiáng)。當(dāng)?shù)卮髿鈮簭?qiáng)作為基準(zhǔn)所表示的壓強(qiáng)。多多 數(shù)數(shù)測壓儀表所測得的壓強(qiáng)是相對壓強(qiáng)測壓儀表所測得的壓強(qiáng)是相對壓強(qiáng)，故相，故相 對壓力也稱表壓強(qiáng)。對壓力也稱表壓強(qiáng)。 真空度真空度-負(fù)的相對壓強(qiáng)。負(fù)的相對壓強(qiáng)。（2）、四種壓力的關(guān)系：）、四種壓力的關(guān)系： 絕對壓強(qiáng)絕對壓強(qiáng)=相對壓強(qiáng)相對壓強(qiáng)+大氣壓強(qiáng)大氣壓強(qiáng) 真空度真空度=大氣壓強(qiáng)大氣壓強(qiáng)-絕對壓強(qiáng)絕對壓強(qiáng)首頁上頁下頁末頁結(jié)束pOp=0ppaP，粗糙度被層流邊層，粗糙度被層流邊層

14、淹沒；（重點(diǎn)）淹沒；（重點(diǎn)）水力粗糙管：水力粗糙管： 20002000時(shí)，保持在時(shí)，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 ，gvphw222,代入。整理：代入。整理：pgcpgvv22112流經(jīng)短孔的流經(jīng)短孔的流量計(jì)算式流量計(jì)算式：pgdcqv2420首頁上頁下頁末頁結(jié)束q 式中：液體流經(jīng)細(xì)長孔的流量和孔前后式中：液體流經(jīng)細(xì)長孔的流量和孔前后壓差壓差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

15、的影響較大?；挠绊戄^大。4128dlqp 液體流經(jīng)細(xì)長小孔時(shí)，一般都是層流狀態(tài)，所以可液體流經(jīng)細(xì)長小孔時(shí)，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(dòng)急劇交替的壓力升降的阻力波動(dòng)過程。過程。危害：出現(xiàn)沖擊時(shí)，液體中的危害：出現(xiàn)沖擊時(shí)，液體中的瞬時(shí)峰值壓力瞬時(shí)峰值壓力往往比往往比 正常工作壓力高好幾倍，它不僅會(huì)損壞密封正常工作壓力高好幾倍，它不僅會(huì)損壞密封 裝置、管道和液壓元件，而且還會(huì)引起振動(dòng)裝置、

16、管道和液壓元件，而且還會(huì)引起振動(dòng) 與噪聲；有時(shí)使某些壓力控制的液壓元件產(chǎn)與噪聲；有時(shí)使某些壓力控制的液壓元件產(chǎn) 生誤動(dòng)作，造成事故。生誤動(dòng)作，造成事故。原因：流道的突然堵塞或截?cái)?。原因：流道的突然堵塞或截?cái)?。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(yùn)動(dòng)，液體的動(dòng)能這部分液體立刻停止運(yùn)動(dòng)，液體的動(dòng)能瞬時(shí)轉(zhuǎn)變?yōu)閴毫δ?，接著后面的液體依瞬時(shí)轉(zhuǎn)變?yōu)閴毫δ?，接著后面的液體依次停止運(yùn)動(dòng)，依次將動(dòng)能轉(zhuǎn)變?yōu)閴毫δ埽瓮Ｖ惯\(yùn)動(dòng)，依次將動(dòng)能轉(zhuǎn)變?yōu)閴毫δ埽⒁砸欢ㄋ俣扔砷y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

17、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(gè)過程中無能量損失，則沖擊波將永遠(yuǎn)持續(xù)若整個(gè)過程中無能量損失，則沖擊波將永遠(yuǎn)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 prmaxrmax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(jì)閥口或設(shè)置制動(dòng)裝置，使運(yùn)動(dòng)

18、部件制動(dòng)時(shí)速度變正確設(shè)計(jì)閥口或設(shè)置制動(dòng)裝置，使運(yùn)動(dòng)部件制動(dòng)時(shí)速度變化比較均勻；化比較均勻；q 延長閥門關(guān)閉和運(yùn)動(dòng)部件制動(dòng)換向的時(shí)間，可采用換向時(shí)延長閥門關(guān)閉和運(yùn)動(dòng)部件制動(dòng)換向的時(shí)間，可采用換向時(shí)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(shí)間，變直接沖盡可能縮短管長，以減小壓力沖擊波傳播時(shí)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，削減沖擊波的強(qiáng)度；緩慢關(guān)閉閥門，削減沖擊波的強(qiáng)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

19、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(dòng)液體中，由于定義：在流動(dòng)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(shí)，以混入油中的微小輕微氣穴：壓力降低到某一值時(shí)，以混入油中的微小 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

20、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(qiáng)烈氣穴：當(dāng)壓力降低到飽和蒸汽壓（約為強(qiáng)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(dòng)、噪音產(chǎn)生振動(dòng)、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(dòng)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(dòng)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(jìn)入高壓區(qū)氣泡進(jìn)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(jì)和選用液壓元件（結(jié)構(gòu)、參數(shù)）正確設(shè)計(jì)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(gè)元件的聯(lián)