復(fù)習(xí)提綱(12土木、12船舶)

1、流體力學(xué)復(fù)習(xí)提綱第1章緒論§ 1.2作用在流體上的力一、作用在流體上的力一一力的類(lèi)型及判別二、各類(lèi)力的單位§ 1.3流體的主要物理性質(zhì)一. 和流體運(yùn)動(dòng)有關(guān)的主要物理性質(zhì)：慣性、黏性和壓縮性；二. 和慣性、黏性和壓縮性相關(guān)的參數(shù)（量度） ：慣性一一質(zhì)量黏性一一黏度，動(dòng)力黏度和運(yùn)動(dòng)黏度，兩個(gè)黏度的單位及相互間的關(guān)系；液體、氣體的黏度隨溫度的變化規(guī)律可壓縮性和熱膨脹性一一壓縮系數(shù)、熱膨脹系數(shù)、體積彈性模量三三個(gè)力學(xué)模型：連續(xù)介質(zhì)模型、不可壓縮流體模型、理想流體模型四牛頓流體和非牛頓流體的概念及牛頓內(nèi)摩擦定律一一文字表述、數(shù)學(xué)表達(dá)式及其使用第2章流體靜力學(xué)§ 2.1靜止流

2、體中應(yīng)力的特性（二個(gè)特性）§ 2.2流體平衡微分方程（歐拉平衡微分方程）一、方程的形式、物理意義及適用條件二. 流體靜止的必要條件一一質(zhì)量力有勢(shì)（質(zhì)量力為有勢(shì)力或保守力）三等壓面、等壓面的性質(zhì)及使用、正壓流體的概念§ 2.3重力場(chǎng)中流體靜壓強(qiáng)的分布規(guī)律一液體靜力學(xué)基本方程（液體靜壓強(qiáng)分布規(guī)律）一一方程形式、方程所表示的物理意義 液體靜力學(xué)基本方程的三個(gè)推論（包括帕斯卡原理）及使用二氣體壓強(qiáng)的分布：一般情況下，按常密度計(jì)算：p二C三壓強(qiáng)的度量1. 絕對(duì)壓強(qiáng)pabs、相對(duì)壓強(qiáng)p （表壓）、真空度pv、當(dāng)?shù)卮髿鈮篜a及相互關(guān)系2開(kāi)口容器液面下某點(diǎn)的相對(duì)壓強(qiáng)的計(jì)算：P = -gh四

3、.有關(guān)水頭的名稱及物理意義2位置高度或位置水頭 Z；測(cè)壓管高度或壓強(qiáng)水頭 衛(wèi)（ = hp）; 速度水頭 g2 g測(cè)壓管水頭Hp二；真空高度 必 皿=應(yīng)（二忖）fgg 8靜水壓力§ 2.5靜止液體作用在平面上的總壓力一. 分析法1 總壓力的大?。篜 = phcA二PcA2總壓力的方向：沿受壓面的內(nèi)法線方向。3. 總壓力的作用點(diǎn)（壓力中心）：yD和Xd的計(jì)算。4 使用實(shí)例：水對(duì)閘門(mén)等的作用力及相關(guān)量的計(jì)算二. 圖算法1 .壓強(qiáng)分布圖及繪制2 利用壓強(qiáng)分布圖計(jì)算總壓力§ 2.6液體作用在曲面上的總壓力一. 作用在二向曲面上的總壓力水平分力：Px=ghcAx二PcAx;垂直分力：P

4、z二'gV（其中，V為壓力體體積）PP總作用力的方向：tan ' - - arc ta門(mén)二，二為總壓力作用線和水平面夾角Px巳二. 壓力體的概念及壓力體的界定：實(shí)壓力體、虛壓力體、壓力體疊加；壓力體體積的計(jì)算三. 液體作用在潛體和浮體上的總壓力第3章流體運(yùn)動(dòng)學(xué)§ 3.1流體運(yùn)動(dòng)的描述一. 描述流體運(yùn)動(dòng)的兩種方法 拉格朗日法和歐拉法（特點(diǎn)、優(yōu)缺點(diǎn)）二. 歐拉法1 流場(chǎng)的概念2. 速度場(chǎng)及流體質(zhì)點(diǎn)的加速度：表達(dá)式（矢量形式、分量形式）；當(dāng)?shù)丶铀俣龋〞r(shí)變加速度）和遷移加速度（位變加速度）3. 質(zhì)點(diǎn)的任意物理量 A的隨體導(dǎo)數(shù)（質(zhì)點(diǎn)導(dǎo)數(shù)）：時(shí)變導(dǎo)數(shù)和位變導(dǎo)數(shù)§ 3.2

5、歐拉法的基本概念一. 流動(dòng)的分類(lèi)及各類(lèi)流動(dòng)的相應(yīng)定義、特征恒定流（定常）和非恒定流； 一維、二維、三維流動(dòng)；均勻流和非均勻流； 有旋流動(dòng)和無(wú)旋流動(dòng); 急變流和漸變流二. 流線1. 流線的概念和性質(zhì)；2.流線方程及求解，畫(huà)流線圖三. 跡線1. 跡線的概念；2.跡線方程及求解四. 特例：定常流動(dòng)的流線和跡線的特點(diǎn)及相互關(guān)系五. 流量（體積流量、質(zhì)量流量）及計(jì)算；斷面平均流速§ 3.3連續(xù)性方程一. 連續(xù)性微分方程的一般形式及特殊條件下的簡(jiǎn)化，能利用連續(xù)性方程判別流動(dòng)能否出現(xiàn)流體總流的連續(xù)性方程（要求能使用）第4章流體動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)§ 4.1流體的運(yùn)動(dòng)微分方程一無(wú)黏性流體運(yùn)動(dòng)微分方程

6、一一歐拉運(yùn)動(dòng)微分方程1 方程的表達(dá)式：分量形式、向量式、展開(kāi)式2、方程的物理意義：無(wú)黏性流體運(yùn)動(dòng)時(shí)，質(zhì)量力、表面力（壓力）和慣性力相平衡二. 黏性流體運(yùn)動(dòng)微分方程N(yùn)-S方程1. 表達(dá)式：向量式、（分量形式、展開(kāi)式）2. 物理意義：黏性流體運(yùn)動(dòng)時(shí)，質(zhì)量力、表面力（壓力、黏性力）和慣性力相平衡三. 漸變流過(guò)流斷面上動(dòng)壓強(qiáng)的分布規(guī)律（和靜壓強(qiáng)分布規(guī)律相同）§ 4.2§ 4.4 伯努利方程*一. 無(wú)黏性流體元流的伯努利積分及適用條件二. 無(wú)黏性流體元流的伯努利方程1. 方程形式及適用條件、方程的物理意義和幾何意義2. 水頭線及繪制三. 黏性流體元流的伯努利方程方程形式及適用條件、方

7、程的物理意義和幾何意義。四. 黏性流體恒定總流的伯努利方程*1. 漸變流及其性質(zhì)2. 方程形式及適用條件，方程的物理意義和幾何意義3. 黏性流體恒定總流的總水頭線、測(cè)壓管水頭線及沿途變化規(guī)律；水力坡度和測(cè)壓管水頭線坡度 的定義及意義五. 以相對(duì)壓強(qiáng)計(jì)算時(shí)氣體的伯努利方程六. 有能量輸入或輸出的伯努利方程一一應(yīng)考慮輸入、輸入的能量項(xiàng)_ Hm七. 畢托管和流量計(jì)：作用、工作原理附：利用伯努利方程求解實(shí)際問(wèn)題的步驟：1 .根據(jù)問(wèn)題特征，確定方程的基本形式（流動(dòng)方向未知時(shí)，可先假定）；2. 選取基準(zhǔn)面、計(jì)算斷面、計(jì)算點(diǎn)基準(zhǔn)面：盡量使問(wèn)題簡(jiǎn)單。一般，使一個(gè)斷面的z值為零，另一斷面的 z為正值；計(jì)算斷面：

8、應(yīng)是漸變流斷面，并使一個(gè)斷面的已知量最多，另一斷面含待求量；計(jì)算點(diǎn)：一般取計(jì)算斷面中心或自由液面處。3. 確定各計(jì)算點(diǎn)的流動(dòng)參數(shù)；4. 將各已知量代入方程，求出未知量。5. 注意問(wèn)題：使用伯努利方程求解實(shí)際問(wèn)題時(shí)，應(yīng)將基準(zhǔn)面、計(jì)算斷面等的選取交代清楚，并寫(xiě)出分析計(jì) 算過(guò)程；所求解的量應(yīng)有計(jì)算式及數(shù)據(jù)代入過(guò)程，最后寫(xiě)出計(jì)算結(jié)果，并標(biāo)明相應(yīng)的單位；如需 對(duì)計(jì)算結(jié)果進(jìn)行“四舍五入”處理的，應(yīng)保留不少于3位的有效數(shù)字八. 流體流動(dòng)方向的判別§ 4.5恒定總流的動(dòng)量方程*.方程的表達(dá)式：矢量式、投影式二方程的物理意義及使用條件三. 能使用動(dòng)量方程求解實(shí)際問(wèn)題（如：求流體對(duì)閘門(mén)、水壩、彎管、擋水

9、板、溝坎等的作用力）附：使用動(dòng)量方程解題的步驟 ：1. 取控制體：根據(jù)題意，選取合適的過(guò)流斷面，并將兩過(guò)流斷面間的水體作為控制體；2. 選取合適的坐標(biāo)系3. 作簡(jiǎn)圖，進(jìn)行受力分析：分析控制體的受力情況，并在控制體上標(biāo)出全部作用力的方向，并按 坐標(biāo)軸方向投影?？刂企w所受的作用力包括：（1）相鄰水流作用于兩端漸變流斷面上的動(dòng)水總壓力（用相對(duì)壓強(qiáng)）;（2）固壁邊界對(duì)控制體內(nèi)水體上的作用力；（3）作用于控制體內(nèi)水體上的重力（水平問(wèn)題可不考慮重力的影響）4. 標(biāo)出各兩過(guò)流斷面的流速方向，并按坐標(biāo)軸方向投影；5. 列動(dòng)量方程，求解未知量§ 4.6無(wú)黏性流體的無(wú)旋流動(dòng)一. 有旋流動(dòng)和無(wú)旋流動(dòng)的概念

10、；二. 無(wú)黏性流體無(wú)旋流動(dòng)的伯努利方程及物理意義三. 速度勢(shì)函數(shù)：速度勢(shì)函數(shù)存在的充分必要條件，速度勢(shì)函數(shù)的性質(zhì)和求解；四. 平面流動(dòng)和流函數(shù)：流函數(shù)存在的充分必要條件，流函數(shù)主要性質(zhì)和求解第6章流動(dòng)阻力和水頭損失§ 6.1流動(dòng)阻力和水頭損失的分類(lèi)一. 水頭損失的分類(lèi)及成因：沿程阻力和沿程水頭損失 hf、局部阻力和局部水頭損失 hj、總水頭損失hw = h f h二. 水頭損失的計(jì)算公式l21. 圓管沿程水頭損失 一一達(dá)西公式：hf二，d 2g22. 局部程水頭損失：h -2g§ 6.2黏性流體的兩種流態(tài)一.兩種流態(tài)層流和紊流、層流和紊流流動(dòng)中沿程損失和流速的關(guān)系 二.雷諾

11、數(shù)及流態(tài)判別1.雷諾數(shù)及其物理意義= 2300圓管流雷諾數(shù)：Re 二也二慣性力；圓管流（下）臨界雷諾數(shù)：Re。= 一=蟲(chóng)V V 黏性力卩 V2 .當(dāng)量直徑和水力半徑的定義及計(jì)算4A用當(dāng)量直徑de代替管子內(nèi)徑d計(jì)算雷諾數(shù)，Rec =2300 ；A用水力半徑R=-代替管子內(nèi)徑d計(jì)算雷諾數(shù)，并取 Rec,R=575§ 6.3沿程水頭損失和剪應(yīng)力的關(guān)系一均勻流動(dòng)方程式 一一反映沿程水頭損失和剪應(yīng)力的關(guān)系 二圓管過(guò)流斷面上剪應(yīng)力分布規(guī)律（如右圖）§ 6.4圓管中的層流流動(dòng)一. 流動(dòng)特征及剪應(yīng)力分布規(guī)律二. 流速分布1 .過(guò)流斷面上流速分布（拋物線分布）Q 12 .平均流速：VUmax

12、A 2三.沿程水頭損失的計(jì)算:64 , hfRe2 264 l vl v=扎Re d 2gd 2g§ 6.5紊流運(yùn)動(dòng)一. 紊流的主要特征：不規(guī)則性和有渦性。二. 分析處理方法一一時(shí)均化（幾種速度：瞬時(shí)速度、時(shí)均速度、漲落速度、斷面平均速度）三. 過(guò)流斷面上進(jìn)均流速分布（對(duì)數(shù)分布或指數(shù)分布）四. 黏性底層的概念及無(wú)滑移（黏附）條件 § 6.6紊流的沿程水頭損失l2一. 沿程水頭損失計(jì)算公式一一達(dá)西公式：hf = d 2g二. 尼古拉茲實(shí)驗(yàn)：阻力分區(qū)情況及各阻力區(qū)沿程阻力系數(shù)的變化規(guī)律（掌握各阻力區(qū)和Re、ks/d及流速的關(guān)系）.非圓管的沿程損失：用當(dāng)量直徑de代替d，仍可使用

13、圓管的相應(yīng)公式計(jì)算。§ 6.7局部水頭損失2一. 計(jì)算公式：h jJ 2g二. 幾種典型的局部水頭損失系數(shù)：管道入口、出口（記住具體數(shù)值）；突然擴(kuò)大、突然縮小、彎管 多數(shù)局部阻礙的阻力系數(shù)均由實(shí)驗(yàn)測(cè)定三. 注意：局部阻礙前后流道截面積發(fā)生變化時(shí)，應(yīng)注意和v的對(duì)應(yīng) § 6.8邊界層概念和繞流阻力一.邊界層概念1.平板邊界層（邊界層的名義厚度：y二、處，u =0.99U 0）（1）平板上部流場(chǎng)的分區(qū)：主流區(qū)和邊界層區(qū)（注意主流區(qū)和邊界層區(qū)的區(qū)別）;（2）沿流動(dòng)方向，邊界層厚度的變化規(guī)律；=3 105沿流動(dòng)方向，邊界層內(nèi)流態(tài)的變化規(guī)律；平板繞流的臨界雷諾數(shù)為Rexc3 106，一

14、般工程計(jì)算中可取 Rexc =匕空 =5 105v2管道進(jìn)口段的邊界層：入口段和定型段（充分發(fā)展段）3曲面邊界層（以繞無(wú)限長(zhǎng)圓柱體為例）（1）曲面邊界層的分離現(xiàn)象（2）繞流阻力和壓差阻力；工程設(shè)計(jì)中減小繞流阻力的方法：將物體外形設(shè)計(jì)成流線型。（3）卡門(mén)渦街及其危害pu2（4）繞流阻力的計(jì)算：D二Cd 2 A第7章孔口、管嘴出流和有壓管流§ 7.1孔口出流一概說(shuō)1.孔口出流及類(lèi)型：恒定出流、變水頭出流；自由出流、淹沒(méi)出流；2 孔口出流的水頭損失特征：沿流動(dòng)方向的邊界長(zhǎng)度很短，水頭損失只局部損失二薄壁小孔恒定出流1 自由出流和淹沒(méi)出流（注意兩者作用水頭的差別）2 收縮斷面流速及孔口的流量

15、的計(jì)算；收縮系數(shù)、速度系數(shù)和流量系數(shù)及相互關(guān)系三柱形容器孔口的變水頭出流（放水時(shí)間的計(jì)算）§ 7.2管嘴出流一、概說(shuō)：管嘴出流及管嘴出流的水頭損失的特征二、圓柱形外管嘴恒定出流1 基本計(jì)算公式：管嘴出口流速及管嘴流量的計(jì)算公式2 .孔口自由出流和管嘴自由出流的過(guò)流能力比較流量倍數(shù)、管嘴出流的過(guò)流能力大于孔口自由出流的原因3 .收縮斷面的真空4 圓柱形外管嘴的正常工作條件：真空度要求、管嘴長(zhǎng)度要求§ 7.3短管的水力計(jì)算工程中有壓管流的分類(lèi)：短管和長(zhǎng)管（注意兩者的特征）一. 短管自由出流（水箱水位恒定）：w :、0作用水頭、水頭損失，流速、流量、流量系數(shù)的計(jì)算（公式詳見(jiàn)教材）

16、二. 短管淹沒(méi)出流：v1 : v2 : 0作用水頭、水頭損失，流速、流量、流量系數(shù)的計(jì)算（公式詳見(jiàn)教材），流量比較三短管水力計(jì)算方法：通過(guò)建立伯努利方程求解（考慮各項(xiàng)沿程損失和局部損失）；或直接利用相應(yīng)基本公式求解 § 7.4長(zhǎng)管的水力計(jì)算長(zhǎng)管：水頭損失以沿程損失為主，不計(jì)局部水頭損失和流速水頭。二.長(zhǎng)管計(jì)算類(lèi)型簡(jiǎn)單管路一一沿程直徑不變，流量也不變的管道2 _l V8 九222水頭損失：H = hf2 51Q - alQ = SQ ,d 2ggir2d58Z比阻和阻抗：比阻a ，阻抗S = alg兀d水頭損失特征：長(zhǎng)管的全部作用水頭都消耗于沿程水頭損失，總水頭線是連續(xù)下降的直線, 并

17、和測(cè)壓管水頭線重合。串聯(lián)管道一一由直徑不同的管段順序連接起來(lái)的管道 相關(guān)規(guī)律(1)節(jié)點(diǎn)流量平衡式：Qi =qi Qi i水頭損失規(guī)律：串聯(lián)管道的總水頭損失等于各管段水頭損失之和。 關(guān)鍵之一：每一管段流量的計(jì)算(2)特例：節(jié)點(diǎn)無(wú)流量分出時(shí),nQ"i = Q2二=Q; S = ' Si，即流量相等、阻抗相加并聯(lián)管道一一在兩節(jié)點(diǎn)之間并接兩根以上管段的管道 相關(guān)規(guī)律(1)節(jié)點(diǎn)流量平衡式；水頭損失規(guī)律(并聯(lián)管道各管段的水頭損失相等)(2)特例：A、B節(jié)點(diǎn)無(wú)流量分出時(shí)，有:nQ =7 Qi (流量相加)i 1并聯(lián)管路的流量分配規(guī)律:11J 1；=+ ,+=藝一=SS2i 呂.Si1 1

18、1Q1.Q2.Q3:S1 S2S3沿程均勻泄流管道(1)沿程均勻泄流管道的水力計(jì)算一一將沿途泄流量折算成通過(guò)流量來(lái)計(jì)算管道的沿程水頭損失(2)計(jì)算公式：整個(gè)泄流管段的水頭損失：hal(Qz QzQt Qt2)3 近似式：hf k alQ'，其中：Q Qz 0.55Q特 例：管段無(wú)通過(guò)流量，只有泄流量，hfalQt23三、阻力變化對(duì)管內(nèi)流動(dòng)的影響情況分析 § 7.5有壓管道中的水擊一一為非恒定流問(wèn)題水擊現(xiàn)象；水擊發(fā)生的原因及水擊的危害；水擊的類(lèi)型(直接、間接)；防止水擊危害的措施課后選擇題參考答案1.1 d;1.2 c;1.3 d;1.4 b;1.5 b;1.6 a;1.7 c; 1.8 a2.1 a;2.2 c;2.3 b;2.4 c;2.5 c;2.6 c;2.7 b; 2.8 b; 2.9 c; 2.10 a; 2.11 b3.1 d;3.