工程流體力學知識點總結（課堂PPT）

1、首頁上頁下頁末頁結束工程流體力學知識點總結主講人：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流體：由極其微小、在空間僅占有點的位置的質點所組成的微團構成的、連續(xù)的、易于流動的介質。點所組成的微團構成的、連續(xù)的、易于流動的介質。2 2、特征特征：易流性；易流性；只承受壓力，不能承

2、受切應力；只承受壓力，不能承受切應力；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 單位體積內流體所具有的質量。單位體積內流體所具有的質量。mV均質流體均質流體式中式中 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、相對密度相對密度dfwfw首頁上頁下頁末頁結束3 、重度

3、重度 單位體積內流體所具有的重量。單位體積內流體所具有的重量。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（或有流動趨勢）時，其內部因液體在外力作用下流動（或有流動趨勢）時，其內部

4、因相相對運動對運動而產生而產生內摩擦力內摩擦力的性質。的性質。 靜止液體不呈現粘性。靜止液體不呈現粘性。dydvAFf 流體流動時，阻滯剪切變形的流體流動時，阻滯剪切變形的內摩內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，與流體的性質有關，與與流體的性質有關，與流體內的壓力無關流體內的壓力無關。單位面積上的切應力單位面積上的切應力dydv式中：式中： -比例常數比例常數-動力粘度動力粘度首頁上頁下頁末頁結束2/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

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由牛頓內摩擦定律由牛頓內摩擦定律動力粘度表示單位速度梯度下流體內摩擦應力的大小動力粘度表示單位速度梯度下流體內摩擦應力的大小 。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束恩氏粘度與運動粘度的換算關系恩氏粘度與運動粘度的換算關系4、液體的粘度將隨壓力和溫度的變化發(fā)生相應的變化。、液體的粘度將隨壓力和溫度的變化發(fā)生相應的變化。 （1）流體產生粘性的主要原因流體產生粘性的主要原因液體

6、：液體：分子分子內聚力內聚力；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. 631. 7(26smEEv注意注意: 2時，使用該公式。當沒有約束條件時為時，使用該公式。當沒有約束條件時為7.13。恩氏粘度是無量綱數。恩氏粘度是無量綱數。E首頁上頁下頁末頁結束液體：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法線方向。液體靜壓強的方向總是指向作用面的內法線方向。2)靜止液體內任一點的靜止液體內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xxpdydzF21yypdzdxF21zzpdxdyF21n

8、nnpdAF首頁上頁下頁末頁結束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 四面體上的質量力：四面體上的質量力：首頁上頁下頁末頁結束同理：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量力和表面力的作用下的力的平衡關系研究流體在質量力和表面力的作用下的力的平衡關系（1）、平衡微分方程式）、平衡微分方程式設微小六面體中心點

9、設微小六面體中心點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)(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。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。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)域內進行積分，可得：內進行積分，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基本方程式靜壓強基本方程式。積分常數積分常數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gpzgpz00ghpzzgpp000)(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

11、：重力作用下的靜止液體中，任一點的靜壓強由自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各靜止液體自由表面上的表面壓力均勻傳遞到液體內各點點（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用這個定律制成的）。等機械就是應用這個定律制成的）。淹深淹深首頁上頁下頁末頁結束靜止液體內不同位置處的流體靜壓力數值不同，靜止液體內不同位置處的流體靜壓力數值不同， 但其數值之間存在如下關系。但其數值之間存在如下關系。gpzgpz22

12、11（2）、流體靜壓強基本方程式的物理意義（由上式）（由上式） 在平衡流體內部，位置勢能和壓力勢能可以相互轉化，在平衡流體內部，位置勢能和壓力勢能可以相互轉化，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化定律在平衡流體中的量是一定的。這也是能量守衡與轉化定律在平衡流體中的體現。體現。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-標準狀態(tài)下，海平面上大氣所產生的壓強。

13、標準狀態(tài)下，海平面上大氣所產生的壓強。 絕對壓強絕對壓強-以以絕對真空作為基準所表示的壓強；絕對真空作為基準所表示的壓強； 相對壓強相對壓強-以以當地大氣壓強作為基準所表示的壓強。當地大氣壓強作為基準所表示的壓強。多多 數數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-負的相對壓強。負的相對壓強。（2）、四種壓力的關系：）、四種壓力的關系： 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束pOp=0ppaP，粗糙度被層流邊層，粗糙度被層流邊層

14、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 ，gvphw222,代入。整理：代入。整理：pgcpgvv22112流經短孔的流經短孔的流量計算式流量計算式：pgdcqv2420首頁上頁下頁末頁結束q 式中：液體流經細長孔的流量和孔前后式中：液體流經細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 液體流經細長小孔時，一般都是層流狀態(tài)，所以可液體流經細長小孔時，一般都是層流狀態(tài)，所以可直接應用前面已導出的圓管層流直接應用前面已導出的圓管層流流量公式流量公式：首頁上頁下頁末頁結束定義：在液壓系統(tǒng)中，由于某種原因引起液體中產定義：在液壓系統(tǒng)中，由于某種原因引起液體中產 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：出現沖擊時，液體中的危害：出現沖擊時，液體中的瞬時峰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、

16、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與噪聲；有時使某些壓力控制的液壓元件產 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束 若將閥門突然關閉，則緊靠閥門的若將閥門突然關閉，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，液體的動能瞬時轉變?yōu)閴毫δ?，接著后面的液體依瞬時轉變?yōu)閴毫δ?，接著后面的液體依次停止運動，依次將動能轉變?yōu)閴毫δ?，次停止運動，依次將動能轉變?yōu)閴毫δ?，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，在管道內形成壓力升

17、使全管壓力升高，在管道內形成壓力升高波；管內液體受力不平衡，使液體倒高波；管內液體受力不平衡，使液體倒流，管內液體壓力逐段降低，形成壓力流，管內液體壓力逐段降低，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?！八N水錘”首頁上頁下頁末頁結束q 適當加大管徑，限制管道流速，一般在液壓系統(tǒng)中把速度適當加大管徑，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，使以內，使p prmaxrmax不超過不超過5MPa5MPa就可以認為是安全就可以認為是安全的；的；q 正確設計閥口或設置制動裝置，使運動

18、部件制動時速度變正確設計閥口或設置制動裝置，使運動部件制動時速度變化比較均勻；化比較均勻；q 延長閥門關閉和運動部件制動換向的時間，可采用換向時延長閥門關閉和運動部件制動換向的時間，可采用換向時間可調的換向閥；間可調的換向閥；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 緩慢關閉閥門，削減沖擊波的強度；緩慢關閉閥門，削減沖擊波的強度；q 在閥門前設置蓄能器，以減小沖擊波傳播的距離；在閥門前設置蓄能器，以減小沖擊波傳播的距離；q 應將管中流速限制在適當范圍內，或采用橡膠軟管；應將管中流速限制在適當范圍內，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 現象。現象。 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 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 成相當體積的氣泡。成相當體積的氣泡。嚴重氣穴：當壓力降低到空氣分離壓（嚴重氣穴：當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油中的空氣將突然迅速的自油中分離而產 生大量的氣泡。生大量的氣泡。首頁上頁下頁末頁結束強烈氣穴：當壓力降低到飽和蒸汽壓（約為強烈氣穴：當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，產生大除上述兩種氣泡外，油液還將沸騰汽化，產生大 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生振動、噪音產生振動、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油液氧化變質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束減小氣穴的措施：減小氣穴的措施：v正確設計和選用液壓元件（結構、參數）正確設計和選用液壓元件（結構、參數）;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