流體力學(xué)復(fù)習(xí)資料

/流體力學(xué)復(fù)習(xí)資料流體力學(xué)的研究對象:1)流體在平衡和運(yùn)動時(shí)的壓力分布、速度分布。2)與固體之間的相互作用。3)流動過程中的能量損失。2、流體的定義：流體是一種受任何微小的剪切力作用時(shí)，都會產(chǎn)生連續(xù)的變形的物質(zhì)。3、流體的特征:①易流性〔不能承受剪切力〕②形狀不定性③受力特性〔綿續(xù)性〕液體：①無固定體積②沒有自由外表。氣體：易于壓縮。4、連續(xù)介質(zhì)假說：質(zhì)點(diǎn)〔而不是分子〕是組成宏觀流體的最小基元，質(zhì)點(diǎn)與質(zhì)點(diǎn)之間沒有間隙。這就是連續(xù)介質(zhì)假說。連續(xù)介質(zhì)是為研究流體的宏觀機(jī)械運(yùn)動而提出的一種流體模型。5、連續(xù)介質(zhì)假說的目的：不僅理論分析中可以運(yùn)用數(shù)學(xué)這一強(qiáng)有力工具，也為實(shí)驗(yàn)研究提供了可能。6、流體壓縮性：流體受壓體積減小的性質(zhì)?！拨聀〕流體膨脹性：流體受熱體積增加的性質(zhì)?！拨聇〕液體壓縮性、膨脹性都很小，為不可壓縮流體。氣體是可壓縮流體。7、流體的粘性：流體阻止發(fā)生剪切變形的特性，粘性力是它的動力表現(xiàn)。實(shí)際流體都具有粘性，稱為粘性流體。8、粘性的度量：粘度【動力粘度〔μ〕運(yùn)動粘度〔ν〕】〔取決于流體的種類和溫度〕ν9、溫度對液體和氣體粘性的影響截然不同：溫度升高時(shí)，液體的粘性降低，氣體的粘性增加。10、牛頓內(nèi)摩擦定律：流體作層狀流動〔層流〕時(shí)，粘性內(nèi)摩擦切應(yīng)力符合牛頓內(nèi)摩擦定律。τ=11、作用于流體上的力包括：外表力和質(zhì)量力。外表力指作用在所研究的流體外表上的力。質(zhì)量力是流體質(zhì)點(diǎn)受某種力場的作用力，它的大小與流體的質(zhì)量成正比。12、流體靜壓力：指流體處于靜止或相對靜止時(shí)，作用于流體的內(nèi)法向應(yīng)力。13、流體靜壓力兩特性：①流體靜壓力的作用方向總是沿其作用面的內(nèi)法線方向。②在靜止流體中任意一點(diǎn)壓力的大小與作用的方位無關(guān)，其值均相等。14、等壓面具有兩特性：①平衡流體中，通過任意一點(diǎn)的等壓面，必與該點(diǎn)所受的質(zhì)量力互相垂直。②當(dāng)兩種互不相混的液體處于平衡時(shí)，它們的分界面必為等壓面。15、流體靜壓力兩種表示：①絕對壓力Ρ②相對壓力Ρg絕對壓力是以絕對真空為零點(diǎn)算起的壓力。以大氣壓為零點(diǎn)算起的壓力為相對壓力。16、拉格朗日法著眼于流體質(zhì)點(diǎn)〔跟蹤法〕。歐拉法著眼于空間點(diǎn)〔截跡法〕。17、定常流動：流場中各點(diǎn)流動參數(shù)與時(shí)間無關(guān)的流動為定常流動。非定常流動：流場中各點(diǎn)的流動參數(shù)隨時(shí)間變化的流動稱為非定常流動。18、流線：流場中假設(shè)干連續(xù)流體質(zhì)點(diǎn)在某一時(shí)刻的速度方向線形成的光滑曲線。是表現(xiàn)和分析流場的重要工具。跡線：流體質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動軌跡。19、流線特點(diǎn)：①非定常流動時(shí)，流線的形狀隨時(shí)間改變；定常流動時(shí)，其形狀不隨時(shí)間改變。此時(shí)，流線與跡線重合，流體質(zhì)點(diǎn)沿流線方向。②流線是一條光滑曲線，流線之間不能相交。③流線上某點(diǎn)切線方向與該點(diǎn)速度方向一致。20、總流按邊界性質(zhì)分為有壓流〔靠壓力〕，無壓流〔靠重力〕，射流〔靠消耗自身的動能〕來實(shí)現(xiàn)流動的。21、過流斷面：與總流或流束中的流線處處垂直的斷面稱為過流斷面〔越大越好〕。22、水力直徑：總流的過流斷面上，流體與固體接觸的長度稱為濕周，用х表示?？偭鬟^流斷面的面積A與濕周х之比稱為水力半徑R，水力半徑的4倍稱為水力直徑用di表示。di=423、連續(xù)性方程實(shí)質(zhì)：是質(zhì)量守恒定律在流體力學(xué)中的表現(xiàn)形式。24、勢函數(shù)應(yīng)用條件：連續(xù)無旋。流函數(shù)應(yīng)用條件：連續(xù)。25、伯努利方程應(yīng)用條件：①理想不可壓縮流體②作定常流動③作用于流體上的質(zhì)量力只有重力④沿同一條流線〔或微小流束〕26、動量方程應(yīng)用條件：①密度不變，不可壓縮流體②定常流動27、伯努利方程實(shí)質(zhì)：機(jī)械能守恒及轉(zhuǎn)換定律在流體力學(xué)中反映。28、a稱為動能修正系數(shù)，它表示截面上實(shí)際的平均單位重量流體的動能以平均流速表示的單位重量流體動能之比。29、能量損失的兩種形式：①發(fā)生在沿流程邊界形狀〔過流斷面〕變化不大的區(qū)域，一般在緩變流區(qū)域的阻力稱沿程阻力。②發(fā)生在流道邊界形狀急劇變化的地方，一般在急變流區(qū)域的阻力稱為局部阻力。30、黏性流體的流動狀態(tài)有層流和紊流兩種。①當(dāng)流體分層流動時(shí)，層與層之間的流體互不滲混，這種流動狀態(tài)叫層流。②假設(shè)流體質(zhì)點(diǎn)除了有沿軸向的運(yùn)動外，還有極不規(guī)則的橫向相互混雜和干擾運(yùn)動，這種流動狀態(tài)叫紊流。31、流體判別準(zhǔn)則：雷諾數(shù)。Re=32、時(shí)均化：在紊流中，流體質(zhì)點(diǎn)作復(fù)雜的無規(guī)律運(yùn)動，如果對某點(diǎn)的速度進(jìn)展長時(shí)間的觀察，不難發(fā)現(xiàn)，雖然每一時(shí)刻的大小和方向都在變化，但它總是圍繞某個(gè)平均值上下變動。如果流場中各空間點(diǎn)的流動參量的時(shí)均值不隨時(shí)間變化，就可以用時(shí)均值代替瞬時(shí)值，認(rèn)為紊流運(yùn)動也是定常流動。33、水力粗糙〔管〕與水力光滑〔管〕粗糙高度幾乎全被層流底層淹沒，管壁對紊流區(qū)流體的流動影響最小，這與流體在完全光滑的管道中流動類似，阻力較小，這時(shí)管子稱為水力光滑管。管壁上幾乎所有的凸峰都暴露在紊流中，紊流區(qū)的流體質(zhì)點(diǎn)與凸峰相互碰撞，加劇了紊流，使流動阻力增加，此時(shí)管子稱為水力粗糙管。34、長管局部損失在總損失中所占的比列較小〔<5%〕的管路稱為水力長管。往往不考慮局部損失而將沿程損失近似看做管路的總損失。如城市供水管，礦井主排水管和一些輸油管。短管局部損失不能忽略的管路稱為水力短管。常見短管系統(tǒng)如水泵吸水管，鍋爐送風(fēng)管，液壓系統(tǒng)中的管路等。所謂“長管〞和“短管〞并不是指管路的幾何長度，而是針對水頭損失hw的計(jì)算特點(diǎn)而言。壓縮系數(shù)βp=彈性模量E=切應(yīng)力、單位面積所受摩擦力τ=流體內(nèi)摩擦切應(yīng)力τ=μ—流體粘性比例系數(shù)，動力粘度，Pa·Sdudy—速度在y方向變化率，速度梯度，運(yùn)動粘度ν=μρ〔P=P0+rh1、一無蓋水箱，盛水深度為h=1m，水箱的寬度為，水箱的高度為，水箱長為l=3m。試求：水箱中的水不溢出時(shí)的加速度a；以此加速度運(yùn)動時(shí)，水箱后壁板所受的總壓力P。解：⑴由等加速直線運(yùn)動的自由液面方程可得：ay+gz=0即：tana=z則：a=gH由壓力分布公式可得：p=p在水箱后壁板，y=-l2;將其代入上式并對水箱后壁板P=A=p=p0A+b=p=p=A[p=A(p02、大管d1=150mm和小管d2=100mm之間用一變徑接頭連接。假設(shè)小管中的速度v解:由連續(xù)性方程：Q=v流量為：Q=v大管中的平均速度為：V3、某不可壓縮平面流動中，ux=3x+4y,問⑴uy應(yīng)滿足什么條件才能使流動連續(xù)；⑵假設(shè)解：根據(jù)連續(xù)的條件：?u則有：3+?uy?∴u假設(shè)再加上無旋條件，uy由無旋條件：?即：?∴f(x)=4x+C∴u4、離心式通風(fēng)機(jī)借急流器A從大氣中吸入空氣。在直徑d=200mm的圓柱形管道局部接一根下端插入盛水容器的玻璃管，假設(shè)玻璃管中的水上升H=150mm，試求通風(fēng)機(jī)流量Q?？諝獾拿芏圈裬gm3。〔解:取管軸為0-0基準(zhǔn)面，對1-1、2-2斷面建立總流的能量方程〔計(jì)算點(diǎn)均取在管軸上〕：0+0+0=0+p2γ+a2p?。篴∴v∴Q=Av5、水泵的吸水管以1：5的坡度〔高度為1，水平距為5〕放置，水以ms的速度通過。假設(shè)壓力降到低于大氣壓70kNm2時(shí)空氣會析出形成汽蝕，使水泵不能正常工作，試計(jì)算最大管長l為多少？解：取水面為基準(zhǔn)，立0-1伯努利方程式得：z由于v0即有：0+0+0=ll=266、v=10ms解：環(huán)形流道的水力直徑為：d=4=D-d=180(mm)=0.18(m)Re=v空氣的流動狀態(tài)為紊流。7、20℃的水在直徑d=100mm管中流動，當(dāng)流量時(shí)，試判別流態(tài)。欲改變流態(tài)，流量應(yīng)變?yōu)槎嗌?？〔其他條件不變〕解：20℃時(shí)水的黏度是：ν×平均流速為：v=4Q水流的雷諾數(shù)為：Re=vd水在管中呈紊流狀態(tài)。欲改變水的流態(tài)，必須有雷諾數(shù)為：Re=vd即：vd這時(shí)流量為：Q<20008、某輸油管路長l=4000m，管徑，輸送運(yùn)動粘度為ν×10-4m2s的原油，油的密度為ρ=856kgm3。當(dāng)體積流量Q=240解：油在管道內(nèi)的平均流速為：v=4Q求雷諾數(shù)并判別流態(tài)：Re=vdν=0.943沿程阻力系數(shù)為：λ=64代入達(dá)西公式得：h克制沿程阻力所需增加的功率為：N9、一舊鑄鐵管路長l=30m，管徑，管中水流速度ms，水溫t=20℃，試計(jì)算沿程損失解：查表得15℃時(shí)水的運(yùn)動粘度為ν×10-6m2s計(jì)算雷諾數(shù)：Re=vd由莫迪圖取λ將數(shù)據(jù)代入達(dá)西公式，并稍加整理，得：h10、兩水池間用長l=20m，直徑d=100mm的管路連接。管壁粗糙度△，其間有一個(gè)全開的閘門，兩個(gè)R=d的90°圓彎管，請按短管計(jì)算，求時(shí)管中的流量Q。解：立上、下兩個(gè)水面的能量方程：z∵pv∵h(yuǎn)即：H=〔λld+5=〔λ200.1+0.5+2=〔200λ〕vv=5現(xiàn)在由于不知道流速，無法判別流態(tài)，也就無法計(jì)算沿程阻力系數(shù)，只能采用試算的方法。水的運(yùn)動粘度取為：ν相對