自考流體力學(xué)復(fù)習(xí)考試要點(diǎn)

1、第一章緒論 物質(zhì)的三種形態(tài)：固體、液體和氣體。液體和氣體統(tǒng)稱為流體。流體的基本特征：具有流動(dòng)性。所謂流動(dòng)性，即流體在靜止時(shí)不能承受剪切力，只要剪切力存在，流 體就會(huì)流動(dòng)。流體無論靜止或流動(dòng)，都不能承受拉力。連續(xù)介質(zhì)假設(shè)：把流體當(dāng)做是由密集質(zhì)點(diǎn)構(gòu)成的、內(nèi)部無空隙的連續(xù) 體。質(zhì)點(diǎn)：是指大小同所有流動(dòng)空間相比微不足道，又含有大量分子，具有一定質(zhì)量的流體微元。作用在流體上的力按其作用方式可分為：表面力和質(zhì)量力。表面力：通過直接接觸，作用在所取流體表面上的力（壓力、摩擦力）， 在某一點(diǎn)用應(yīng)力表示。質(zhì)量力：作用于流體的每個(gè)質(zhì)點(diǎn)上且與流體質(zhì)量成正比的力（重力、慣性力、引力），用單位質(zhì)量力表示流體的主要物理性

2、質(zhì)：慣性、粘性、壓縮性和膨脹性。慣性：物體保持原有運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的性質(zhì)，其大小用質(zhì)量表示。密度：單位體積的質(zhì)量，粘性：是流體的內(nèi)摩擦特性，或者是流體阻抗剪切變形速度的特性。流體粘性大小用粘度度量，粘度包括動(dòng)力粘度和運(yùn)動(dòng)粘度：無粘性流體：指無粘性，即"=0的流體。不可壓縮流體：指流體的每個(gè)質(zhì)點(diǎn)在運(yùn)動(dòng)全過程中， 密度不變化的流 體。壓縮性：流體受壓，分子間距減小，體積縮小的性質(zhì)。膨脹性：流體受熱， 分子間距增大，體積膨脹的性質(zhì)。壓縮系數(shù)：在一定的溫度下，增加單位壓強(qiáng)，液體體積的相對(duì)減小值，體積模量體膨脹系數(shù)：在一定的壓強(qiáng)下，單位溫升，液體體積的相對(duì)增加值，（簡答）簡述氣體和液體粘度隨壓強(qiáng)和溫度

3、的變化趨勢及不同的原因。答：氣體的粘度不受壓強(qiáng)影響，液體的粘度受壓強(qiáng)影響也很?。灰后w 的粘度隨溫度升高而減小，氣體的粘度卻隨溫度升高而增大， 其原因 是：分子間的引力是液體粘性的主要因素， 而分子熱運(yùn)動(dòng)引起的動(dòng)量 交換是氣體粘性的主要因素。第二章流體靜力學(xué)絕對(duì)壓強(qiáng)pabs：以沒有氣體分子存在的完全真空為基準(zhǔn)起算的壓強(qiáng)。相對(duì)壓強(qiáng)p：以當(dāng)?shù)卮髿鈮簆a為基準(zhǔn)起算的壓強(qiáng)，各種壓力表測得 的壓強(qiáng)為相對(duì)壓強(qiáng)，相對(duì)壓強(qiáng)又稱為表壓強(qiáng)或計(jì)示壓強(qiáng)。真空度pv:絕對(duì)壓強(qiáng)小于當(dāng)?shù)卮髿鈮旱臄?shù)值。測量壓強(qiáng)做常用的儀器有：液柱式測壓計(jì)和金屬測壓表。液柱式測壓計(jì)包括測壓管、U形管測壓計(jì)、傾斜式微圧計(jì)和壓差計(jì)。平面上靜水總壓力

4、的計(jì)算方法有：圖算法和解析法。潛體：全部浸入液體中的物體。浮體：部分浸入液體中的物體。阿基米德原理：液體作用于潛體或浮體上的總壓力， 只有鉛垂向上的 浮力，大小等于所排開的液體重量，作用線通過潛體的幾何中心。（簡答）試述靜止流體中應(yīng)力的特性。答：（1）應(yīng)力的方向沿作用面的內(nèi)法線方向；（2）靜壓強(qiáng)的大小與作用面的方位無關(guān)。流體平衡微分方程及物理意義：物理意義：在靜止流體中，各點(diǎn)單位質(zhì)量流體所受質(zhì)量力與表面力相 平衡。等壓面的概念、性質(zhì)及連通器內(nèi)等壓面的判斷：流體中壓強(qiáng)相等的空間點(diǎn)構(gòu)成的平面或曲面稱為等壓面。其性質(zhì)是：等壓面與質(zhì)量力正交。在連通器內(nèi)做水平面，若連通的一側(cè)只有同一 種液體，該平面就是

5、等壓面，否則不是等壓面。由液體靜力學(xué)基本方程得到的結(jié)論（推論）：（1）靜壓強(qiáng)的大小與液體的體積無關(guān)；（2）兩點(diǎn)的壓強(qiáng)差等于兩點(diǎn)之間單位面積垂直液柱的重量；（3）在平衡狀態(tài)下，液體內(nèi)任一點(diǎn)壓強(qiáng)的變化等值地傳遞到其他各 點(diǎn)。hdAz =V壓力體的概念、界定方法和分類：積分 Az表示的幾何體積稱為壓力體。界定方法：設(shè)想取鉛垂線沿曲面邊緣平行移動(dòng)一周，割出以 自由液面或延伸面為上底、曲面本身為下底的柱體就是壓力體。分類: 實(shí)壓力體（PzJ）、虛壓力體（Pzf ）和壓力體疊加。第三章流體動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)描述流體運(yùn)動(dòng)的兩種方法: 拉格朗日法和歐拉法。除個(gè)別質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)問題外，都應(yīng)用歐拉法。拉格朗日法：是以個(gè)別質(zhì)點(diǎn)

6、為研究對(duì)象，觀察該質(zhì)點(diǎn)在空間的運(yùn)動(dòng)， 然后將每個(gè)質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)情況匯總，得到整個(gè)流體的運(yùn)動(dòng)。質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng) 參數(shù)是起始坐標(biāo)和時(shí)間變量t的連續(xù)函數(shù)。歐拉法：是以整個(gè)流動(dòng)空間為研究對(duì)象，觀察不同時(shí)刻各空間點(diǎn)上流 體質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)，然后將每個(gè)時(shí)刻的情況匯總起來，描述整個(gè)運(yùn)動(dòng)?？?間點(diǎn)的物理量是空間坐標(biāo)）和時(shí)間變量 t的連續(xù)函數(shù)。恒定流：各空間點(diǎn)上的運(yùn)動(dòng)參數(shù)都不隨時(shí)間變化的流動(dòng)。非恒定流：各空間點(diǎn)上的運(yùn)動(dòng)參數(shù)隨時(shí)間變化的流動(dòng)。一（二、三）元流：流體流動(dòng)時(shí)各空間點(diǎn)上的運(yùn)動(dòng)參數(shù)是一 （二、三）個(gè)空間坐標(biāo)和時(shí)間變量的連續(xù)函數(shù)。均勻流：流線是平行直線的流動(dòng)。非均勻流：流線不是平行直線的流動(dòng)。流線：表示某時(shí)刻流動(dòng)方向的曲線

7、，曲線上各質(zhì)點(diǎn)的速度矢量都與該 曲線相切。跡線：流體質(zhì)點(diǎn)在一段時(shí)間內(nèi)的運(yùn)動(dòng)軌跡。流管：某時(shí)刻，在流場內(nèi)任意做一圭寸閉曲線，過曲線上各點(diǎn)做流線， 所構(gòu)成的管狀曲面。流束：充滿流體的流管。過流斷面：與所有流線正交的橫斷面。元流：過流斷面無限小的流束，斷面上各點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)參數(shù)均相同?？偭鳎哼^流斷面為有限大小的流束，斷面上各點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)參數(shù)不相同。流量：單位時(shí)間內(nèi)通過某一過流斷面的流體量。以體積計(jì)為體積流量， 簡稱流量；以質(zhì)量計(jì)為質(zhì)量流量；以重量計(jì)為重量流量非均勻漸變流：在非均勻流中流線近似于平行直線的流動(dòng)。水頭線：總流或元流沿程能量變化的幾何圖示。水力坡度：單位流程內(nèi)的水頭損失。（簡答）流線有哪些主要性質(zhì)？

8、流線和跡線有無重合的情況？答： 流 線性質(zhì)：（1）在恒定流中，流線的形狀和位置不隨時(shí)間變化；（2）在 同一時(shí)刻，一般情況下流線不能相交或轉(zhuǎn)折。在恒定流中流線與跡線 重合，非恒定流中一般情況下兩者不重合， 但當(dāng)速度方向不隨時(shí)間變 化只是速度大小隨時(shí)間變化時(shí)，兩者仍重合。試述流動(dòng)分類：（1）根據(jù)運(yùn)動(dòng)參數(shù)是否隨時(shí)間變化，分為恒定流和非 恒定流；（2）根據(jù)運(yùn)動(dòng)參數(shù)與空間坐標(biāo)的關(guān)系，分為一元流、二元流 和三元流；（3）根據(jù)流線是否平行，分為均勻流和非均勻流。不可壓縮流體的連續(xù)性微分方程：不可壓縮流體運(yùn)動(dòng)必須滿足該方 程。第四章流動(dòng)阻力和水頭損失流動(dòng)阻力：粘性流體運(yùn)動(dòng)時(shí)，流體內(nèi)部流層之間存在相互作用的摩擦

9、 力，在邊界變化處存在集中阻力，這兩類力做功使機(jī)械能減少，這兩 類力稱為流動(dòng)阻力。沿程阻力：在邊界無變化的均勻流段上產(chǎn)生的流動(dòng)阻力。 局部阻力：在邊界急劇變化處產(chǎn)生的流動(dòng)阻力水頭損失：單位重量流體平均的機(jī)械能損失。沿程水頭損失hf :由沿程阻力做功引起的水頭損失。局部水頭損失hj :由局部阻力做功引起的水頭損失。層流：流速較小時(shí)，水一層套著一層呈層狀流動(dòng)，各層質(zhì)點(diǎn)互不混摻的流態(tài)。紊流（湍流）：流速較大時(shí)，各層質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)軌跡極不規(guī)則，相互混摻的流態(tài)。水力半徑R:過流斷面面積與濕周的比值。紊流脈動(dòng)：紊流各層質(zhì)點(diǎn)相互摻混，無規(guī)則運(yùn)動(dòng)，導(dǎo)致其物理量也隨之無規(guī)則變化的現(xiàn)象。瞬時(shí)流速u:某一空間點(diǎn)的實(shí)際流速

10、，在紊流流態(tài)下隨時(shí)間脈動(dòng)，時(shí)均流速u :某一空間點(diǎn)的瞬時(shí)流速在時(shí)段 T內(nèi)的時(shí)間平均值， 脈動(dòng)流速U:瞬時(shí)流速與時(shí)均流速的波動(dòng)值。斷面平均流速 > :過流斷面上各點(diǎn)流速的斷面平均值，粘性底層：僅靠壁面存在一個(gè)粘性剪應(yīng)力起控制作用的薄層。紊流剪應(yīng)力包括：粘性剪應(yīng)力和附加剪應(yīng)力紊流流速分布一般表達(dá)式：，該公式適用于除粘性底層以外的整個(gè)過 流斷面。當(dāng)量粗糙：是以工業(yè)管道紊流粗糙區(qū)實(shí)測的 值代入尼古拉茲粗糙圓 管公式反算得出的粗糙高度ks。當(dāng)量直徑de：把水力半徑相等的圓管直徑定義為非圓管的當(dāng)量直徑 邊界層：考慮粘性影響的薄流層。 繞流阻力D :流體繞物體流動(dòng)，平行于來流方向上的力，包括摩擦阻 力

11、和壓差阻力，造成局部水頭損失的原因：主流脫離邊壁，漩渦區(qū)的形成。邊界層的特征：邊界層內(nèi)流速梯度很大，考慮粘性影響；以外流速梯 度約為0,相當(dāng)于無粘性流體的運(yùn)動(dòng)。第五章 孔口、管嘴出流和有壓管流孔口出流：在容器壁上開孔，水經(jīng)孔口流出的水力現(xiàn)象。其水頭損失 只考慮局部水頭損失hj。薄壁孔口：孔口出流時(shí)，水流與孔壁僅在一條周線上接觸，壁厚對(duì)水 流無影響的孔口。自由出流：水由孔口流入大氣的水力現(xiàn)象。淹沒出流：水由孔口直接流入另一部分水體的水力現(xiàn)象。管嘴出流：在孔口上對(duì)接3-4倍孔徑的短管，水通過短管并在出口斷 面滿管流動(dòng)的水力現(xiàn)象。有壓管流：流體沿管道滿管流動(dòng)的水力現(xiàn)象。短管：沿程水頭損失和局部水頭損

12、失所占比重相當(dāng)， 兩者都不能忽略 的管道。長管：以沿程水頭損失為主，局部水頭損失和流速水頭所占比例很小， 可以忽略或按沿程水頭損失的某一百分比估算的管道。簡單管道：沿程直徑和流量都不變化的管道。串聯(lián)管道：由直徑不同的管段順序連接起來的管道。并聯(lián)管道：在兩節(jié)點(diǎn)之間并聯(lián)兩根或兩根以上的管道 水擊（水錘）：在有壓管道中，由于某種原因，使水流速度突然發(fā)生 變化，同時(shí)引起壓強(qiáng)大幅度波動(dòng)的現(xiàn)象。直接水擊：閥門關(guān)閉時(shí)間小于一個(gè)相長，最早發(fā)出的水擊波的反射波 回到閥門之前，閥門已全關(guān)閉，此時(shí)閥門處的水擊壓強(qiáng)與瞬時(shí)關(guān)閉相 同。間接水擊：閥門關(guān)閉時(shí)間大于一個(gè)相長），最早發(fā)出的水擊波的反射 波回到閥門之時(shí)，閥門還未

13、完全關(guān)閉，此時(shí)閥門處正負(fù)水擊波相疊加， 使閥門處的水擊壓強(qiáng)小于直接水擊壓強(qiáng)。（簡答）孔口、管嘴出流和有壓管流各自的水力特點(diǎn)是： （1）孔口、 管嘴出流只有局部水頭損失，不計(jì)沿程水頭損失， h ； （ 2）短管的 局部水頭損失和沿程水頭損失都要計(jì)入，；（3）長管的局部水頭損失 和流速水頭的總和同沿程水頭損失相比很小， 按沿程水頭損失的某一 百分?jǐn)?shù)估算過忽略不計(jì)。管嘴出流收縮斷面的真空高度：，相當(dāng)于把孔口的作用水頭增大75%, 因此在相同的作用水頭下，同樣開口面積，管嘴的過流能力是孔口過 流能力的1.32倍。第六章明渠流動(dòng)明渠流動(dòng)：水流的部分周界與大氣接觸，具有自由表面的流動(dòng)。又稱 為無壓流。明渠

14、流動(dòng)的特點(diǎn)：重力作用、底坡影響、水深可變。底坡：底線沿流程單位長度的降低值 底坡類型：i>0，為正底坡或順坡；i=0,為平底坡；i<0,為反底坡或 逆坡。渠道類型：棱柱形渠道和非棱柱形渠道。棱柱形渠道：斷面形狀、尺寸沿程不變的長直渠道。非棱柱形渠道：斷面形狀、尺寸沿程有變化的渠道。明渠均勻流：流線為平行直線的明渠水流，是具有自由表面的等深、等速流。正常水深hO:明渠均勻流的水深。水力最優(yōu)斷面：當(dāng)i、n和A 一定，濕周最小而流量最大的斷面。無壓圓管：圓形斷面不滿管流的長管道。水力最優(yōu)充滿度：在滿流之前，輸水能力達(dá)到最大值時(shí)相應(yīng)的充滿度。緩流：對(duì)于底坡平緩的渠道或河道，水流流動(dòng)緩慢，遇

15、到障礙物，障 礙物前水面壅高，且壅高水位向上游傳播。急流：對(duì)于底坡較陡的渠道或河道，以及瀑布險(xiǎn)灘，水流流動(dòng)較快，遇到障礙物后，水面隆起越過，上游水面不壅高，障礙物對(duì)上游來流無影響。弗勞德數(shù)：明渠流速與臨界流速的比值，。斷面單位能量：相對(duì)于通過該斷面最低點(diǎn)的基準(zhǔn)面的機(jī)械能，臨界水深he：斷面單位能量最小時(shí)對(duì)應(yīng)的水深。臨界底坡ie:正常水深正好等于該流量下的臨界水深時(shí)相應(yīng)的渠道底 坡。正底坡或順坡類型：i<ie，為緩坡；i=ic，為臨界坡；i>ie，為急坡或陡坡。水躍：明渠水流從急流狀態(tài)過渡到緩流狀態(tài)時(shí)水面驟然躍起的急變流 現(xiàn)象。水躍區(qū)包括水滾區(qū)和主流區(qū)。共軛水深：使水躍函數(shù)值相等的兩

16、個(gè)水深 J（h）=J（h）。水跌：明渠水流從緩流狀態(tài)過渡到急流狀態(tài)時(shí)水面急劇降落的急變流 現(xiàn)象。特征：緩流以臨界水深通過跌坎斷面或變?yōu)榧逼碌臄嗝孢^渡到急流。 明渠非均勻流：流線不是平行直線的流動(dòng)，是具有自由表面的不等深、 不等速流，分為：非均勻漸變流和非均勻急變流。水面曲線：明渠非均勻流水深沿程變化，水面線心滄）是和渠底不平行 的曲線，稱為水面曲線。dh i水面曲線分析總結(jié)：以 釘審為依據(jù)；正常水深h0線和臨界水深hc 線將流動(dòng)區(qū)域分為12個(gè)區(qū)域，共存在12種水面曲線，1、3區(qū)為壅 水曲線，2區(qū)為降水曲線，而且每一區(qū)域內(nèi)水面曲線也是唯一的；除 C1、C3型水面線外，其他所有水面線在h-h0時(shí)，

17、都以N-N線為漸 近線，在h hc時(shí)，與C-C線正交，發(fā)生水躍或水跌。（簡答）明渠均勻流形成的條件、特征及基本公式：條件：位能沿程 減少值等于沿程水頭損失，而水流的動(dòng)能保持不變。特征：各項(xiàng)坡度 皆相等，。（明渠均勻流只能出現(xiàn)在順坡長直渠道中）,決定渠明渠均勻流正常水深的影響因素：正常水深與流量和渠道斷面的形 狀、尺寸、壁面粗糙及渠道底坡諸因素有關(guān)，對(duì)于梯形斷面渠道。 明渠均勻流水力計(jì)算解決的問題：驗(yàn)算渠道的輸水能力（）道底坡），設(shè)計(jì)渠道斷面(1)VcV Vc,流動(dòng)為緩流V V c,流動(dòng)為急流v -yc,流動(dòng)為臨界流(2) FrFr 1，流動(dòng)為緩流F流動(dòng)為急流F丄1,流動(dòng)為臨界流(3小h he，

18、流動(dòng)為緩流chc，流動(dòng)為急流h二h e，流動(dòng)為臨界流飛，均勻流為緩流 i，均勻流為急流(4) &仝，均勻流為臨界流明渠流動(dòng)狀態(tài)判別:注意：VC、Fr、hC作為判別標(biāo)準(zhǔn)是等價(jià)的，對(duì)均勻流和非均勻流都適 用，*作為判別標(biāo)準(zhǔn)只適用于明渠均勻流。底坡類型（1）i>0,為順坡或正底坡，其中：i< ic，為緩坡，i二ic，為臨界坡，i>ic，為急坡或陡坡；（2） i=0，為平坡；（3） i<0，為逆坡或反 底坡。第七章堰流堰：在緩流中，為控制水位和流量而設(shè)置的頂部溢流的障壁。堰流：水經(jīng)堰頂溢流的水力現(xiàn)象。堰的分類：（1）h ：0'67,為薄壁堰，主要用做測量流量的設(shè)

19、備；（2） 0.67曲2.5， 為實(shí)用堰，剖面有曲線型和折線型；（3） 2.5:：10，為寬頂堰。（若h 10，流動(dòng)不屬于堰流，而是明渠漸變流。）淹沒溢流：下游水位較高，頂托過堰水流，使得堰上水深由小于臨界 水深轉(zhuǎn)變?yōu)榇笥谂R界水深，水流由急流變?yōu)榫徚?，下游干擾波能向上 游傳播。淹沒影響用淹沒系數(shù)-表示，側(cè)收縮影響用收縮系數(shù)£表示。 寬頂堰淹沒溢流的條件：必要條件：下游水深高于堰頂入刈-卩'0 ；充分條件：hs二h-p' °加0寬頂堰各項(xiàng)系數(shù)的影響因素：m堰口形式和相對(duì)堰高（P/H）; 6-隨淹 沒深度（hs/H）的增大而減??； 相對(duì)堰高（P/H）相對(duì)堰寬（b

20、/B） 及墩頭形式。薄壁堰作為流量量測設(shè)備的原理及注意事項(xiàng)：原理：流量為堰上水頭的連續(xù)函數(shù)Q=f（H），實(shí)測堰上水頭H，便可以確定流量。注意事項(xiàng)：薄壁堰不宜在淹沒條件下使用。薄壁堰的堰口形狀有：矩形和三角形。第八章滲流滲流：流體在孔隙介質(zhì)中的流動(dòng)。水在土中的形態(tài)：氣態(tài)水、附著水、薄膜水、毛細(xì)水和重力水。重力水是滲流理論研究的對(duì)象。滲流模型：滲流區(qū)域的邊界條件保持不變，略去全部土顆粒，認(rèn)為滲 流區(qū)連續(xù)充滿流體，而流量與實(shí)際滲流相同，壓強(qiáng)和滲流阻力也與實(shí) 際滲流相同的替代流場。（滲流速度 實(shí)際速度）滲流分類：（1）根據(jù)運(yùn)動(dòng)參數(shù)是否隨時(shí)間變化，分為恒定流和非恒定 流；（2）根據(jù)運(yùn)動(dòng)參數(shù)與空間坐標(biāo)的關(guān)

21、系，分為一元滲流、二元滲流 和三元滲流；（3）根據(jù)流線是否平行，分為均勻滲流和非均勻滲流； （4）按有無自由水面，分為無壓滲流和有壓滲流。分析滲流的前提條件：微小流速不計(jì)流速水頭。達(dá)西定律及適用范圍：v =kJ，表明均勻滲流中速度與水力坡度的一 次方成正比。適用范圍：_ _ dH裘皮衣公式：V U kJ來ds，反映了漸變滲流中某一過流斷面上流速與水力坡度的關(guān)系 滲透系數(shù)的影響因素及確定方法：影響因素：土顆粒的大小、形狀、 分布情況及地下水的物理化學(xué)性質(zhì)等等。確定方法：實(shí)驗(yàn)室測定法、 現(xiàn)場測定法和經(jīng)驗(yàn)方法。普通井或潛水井：在地表下面潛水含水層中開鑿的井。承壓井或自流井：承壓含水層中開鑿的井。完全井：井管貫穿整個(gè)含水層，井底直達(dá)不透水層的井。非完全井：井底未達(dá)不透水層的井。影響半徑：在該半徑以外的區(qū)域，地下水位不受該井抽水的影響。第九章量綱分析和相似原理量綱：物理量的屬性，也稱為因次。單位：人為規(guī)定的量度標(biāo)準(zhǔn)。基本量綱：無任何聯(lián)系、相互獨(dú)立的量綱（不可壓縮流體，以 M、L、T作為基本量綱）。導(dǎo)出量綱：由基本量綱導(dǎo)出的量綱。無量綱量：不具量綱的量，即各量綱指數(shù)為 0.量綱和諧原理：凡正確反映客觀規(guī)律的物理方程， 其各項(xiàng)的量綱必須是一致的。量綱分析方法：瑞利法和 n定理。量綱分析的依據(jù)：量綱和諧原理。瑞利法的步驟（怎樣