工程流体力学公式总结第二章 流体得主要物理性质
❖ 流体得可压缩性计算、牛顿内摩擦定律得计算、粘度得三种表示方法。
１.密度 ρ = m ／V
2.重度 γ = G /V
3．流体得密度与重度有以下得关系:γ = ρ g 或 ρ = γ/ g
４.密度得倒数称为比体积,以υ表示υ = １/ ρ = V/m
5.流体得相对密度:d = γ流 /γ水 = ρ流 /ρ水
6．热膨胀性
７.压缩性、 体积压缩率κ
8．体积模量
９.流体层接触面上得内摩擦力
10．单位面积上得内摩擦力(切应力)(牛顿内摩擦定律)
1１.、动力粘度μ：
12.运动粘度ν :ν = μ/ρ
1３．恩氏粘度°E:°E = t 1 / t 2
第三章 流体静力学
❖ 重点：流体静压强特性、欧拉平衡微分方程式、等压面方程及其、流体静力学基本方程意义及其计算、压强关系换算、相对静止状态流体得压强计算、流体静压力得计算（压力体)。
1.常见得质量力:
重力ΔW = Δmg、
直线运动惯性力ΔFI ＝ Δm·ａ
离心惯性力ΔＦR ＝ Δm·rω２ 、
２.质量力为F。:F = ｍ ·aｍ = m(ｆｘi+fyj＋ｆzk)
am ＝ F/m = fxi＋fyj＋fｚk为单位质量力,在数值上就等于加速度
实例:重力场中得流体只受到地球引力得作用，取z轴铅垂向上,xoy为水平面，则单位质量力在x 、y、 z轴上得分量为
fｘ= ０ , ｆy＝ 0 , fz= -mg/ｍ = －ｇ
式中负号表示重力加速度g与坐标轴z方向相反
３流体静压强不就是矢量,而就是标量,仅就是坐标得连续函数。即:p= p(x,y,z),由此得静压强得全微分为：
【最新整理，下载后即可编辑】 【最新整理，下载后即可编辑】
第5章 圆管流动
一.学习目的和任务
1.本章学习目的 （1）掌握流体流动的两种状态与雷诺数之间的关系； （2）切实掌握计算阻力损失的知识，为管路计算打基础。 2.本章学习任务 了解雷诺实验过程及层流、紊流的流态特点，熟练掌握流态判别标准；掌握圆管层流基本规律，了解紊流的机理和脉动、时均化以及混合长度理论；了解尼古拉兹实验和莫迪图的使用，掌握阻力系数的确定方法；理解流动阻力的两种形式，掌握管路沿程损失和局部损失的计算；了解边界层概念、边界层分离和绕流阻力。
二.重点、难点
重点：雷诺数及流态判别，圆管层流运动规律，沿程阻力系数的确定，沿程损失和局部损失计算。
难点：紊流流速分布和紊流阻力分析。
由于实际流体存在黏性，流体在圆管中流动会受到阻力的作用，从而引起流体能量的损失。本章将主要讨论实际流体在圆管内流动的情况和能量损失的计算。
5.1 雷诺(Osborne Reynolds)实验和流态判据
5.1.1 雷诺实验
1883年，英国科学家雷诺通过实验发现，流体在流动时存在两种不同的状态，对应的流体微团运动呈现完全不同的规律。这就是著名的雷诺实验，它是流体力学中最重要实验之一。
【最新整理，下载后即可编辑】
如图5－1所示为雷诺实验的装置。其中的阀门T1保持水箱A内的水位不变，使流动处在恒定流状态；水管B上相距为l处分别装有一根测压管，用来测量两处的沿程损失fh，管末端装有一个调节流量的阀门T3，容器C用来计量流量；容器D盛有颜色液体，T2控制其流量。
进行实验时，先微开阀门T3，使水管中保持小速度稳定水流，然后打开颜色液体阀门T2放出连续的细流，可以观察到水管内颜色液体成一条直的流线，如图5－2（a）所示；从这一现象可以看出，在管中流速较小时，它与水流不相混和，管中的液体质点均保持直线运动，水流层与层间互不干扰，这种流动称为层流（Laminar flow）。比如，实际中黏性较大的液体在极缓慢流动时，属层流运动。
中国石油大学（华东） 工程流体力学 实验报告
实验日期： 成绩：
班级： 学号： 姓名： 教师：
同组者：
实验六、流动状态实验
一、实验目的
1.测定液体运动时的沿程水头损失（hf）及断面的平均流速（v）。
2.绘制流态曲线（lg hf-lg v）图，找出下临界点并计算临界雷诺数（Rec）的值。
二、实验装置
本室验的装置如图6-1所示。本实验所用的设备有流态实验装置、量筒、秒表、温度计及粘温表。
图6-1 流态实验装置
1. 稳压水箱 ；2. 进水管 ；3. 溢流管 ；
4. 实验管路 ；5. 压差计 ；6. 流量调节阀 ；
7. 回流管线 ；8. 实验台 ；9. 蓄水箱 ；
10. 抽水泵 ；11. 出水管 三、实验原理
1.液体在统一管道中流动，当速度不同时有层流、紊流两种流动状态。层流的特点是流体各质点互不掺混，成线状流动。紊流的特点是流体的各质点相互掺混，有脉动现象。
不同的流态，其沿程水头损失与断面平均流速的关系也不相同。层流的沿程水头损失与断面平均流速的一次方成正比；紊流的沿程水头损失与断面平均流速的m(m=1.75~2.0)次方成正比。层流与紊流之间存在一个过渡段，它的沿程水头损失与断面平均流速的关系与层流、紊流不同。
2.当稳压水箱一直保持溢流时，实验管路水平放置且管径不变，流体在管内的流动为稳定流，此种情况下A点、B点的断面平均流速相等，且v1=v2。这时从A点到B点的沿程水头损失hf可由能量方程导出：
※案例1.海底管线泄漏监测系统技术研究
长输管道长时间运行面临管道老化、泄漏失效的危险，海底管线所处环境恶劣、情况复杂多变而难以预测，失效导致的泄漏更具隐蔽性。只有尽早发现泄漏，对泄漏点准确定位，使泄漏造成的损失最小化。
研究内容包括长输管道基于自适应滤波的统计检测；基于瞬变流计算与扩展卡尔曼滤波的管道流动状态估计与监测；泄漏定位方法；基于分布式检测与决策融合的泄漏检测。
将基于实时模型的管道泄漏监测形成有压瞬变流系统辨识反问题。在前人工作基础上，提出三种适用条件不同的小泄漏检测方法。提出在瞬变流模拟中引入扩展卡尔曼滤波的管道流动状态估计与辨识的方法。
5
※案例2.海底管道悬空数值模拟
海底管线是海上油田的生命线。随着海洋油气资源的开发和利用，油气集输过程中的海底管道建设日益增多，近年来海底管线出现泄漏和断裂的事故也在逐渐增多，管线的断裂不仅会对国家经济造成巨大损失，而且也对海洋环境造成严重污染。 海底管道的很多破坏是由管跨引起的，管跨的出现改变了管线所承受的荷载形式和应力状态。管跨是指由于敷设过程中海床凹凸不平，或管道建成后海流和海浪对海床的冲蚀作用，或由于管道变形等原因而产生的海底管道与海床表面不直接接触的悬空段。据有关方面对埕岛油田61条海底管线的调查，仅有5条管线未被冲刷悬空，仅占8%，其他管道悬空平均高度为1.33m，最大为2.50m，其中大于等于2m的有16根，占26%，大于等于1m的有48根，占79%；从悬空长度统计，平均悬空长度为15.1m，最大30m，其中大于等于20m的22根，占36%，大于等于10m的43根，占70%。
另外，管线的存在改变了原流场形态，管线附近水动力加强造成的海底管线局部冲刷也可能使海底管线出现局部悬跨现象。悬跨管线可能会在波流水动力作用下出现静力破坏，还可能在涡激振动长期作用下出现疲劳破坏。这种非设计性悬空产生的非设计性荷载给海底管线安全运行带来严重隐患，所以采用编程数值模拟的方法来预测管道的悬空深度有非常重要的意义。
