下载文档原格式
流体力学的基本概念流体力学是研究流体在运动和静止时的物理学科，广泛应用于工程、自然科学和医学领域。
流体力学的基本概念包括：流体、速度场、流线、通量、压力、连通性、黏度等。
下面将对这些基本概念进行介绍。
1. 流体流体是指能够流动的物质，包括气体和液体。
与固体不同的是，流体没有一定的形状，并且具有很强的流动性。
流体力学研究的是在流体中运动和转化的能量和物质。
2. 速度场在流体力学中，速度场指的是在空间中的任何一个点（x,y,z）处，流体在该点的速度向量V(x,y,z)。
速度场可以用向量场表示，它是一个三维矢量，表示流体在不同点的速度和方向。
3. 流线流线是指在流体中某个时刻从每个点出发的一条曲线，它的方向与该点的速度向量方向相同。
流线可用于描述流体在空间中的流动状态，它的密度越集中，表示流体流动越迅速。
4. 通量在流体力学中，通量是指通过一定面积的流体的质量或者体积。
它可以通过流体穿过该面积的速度与面积相乘来计算。
通量是流体力学中的重要概念，与流体的流动速度和流体的面积有关。
5. 压力压力是指单位面积受到的力的大小，以牛顿/平方米表示。
在流体力学中，压力是指垂直于流体流动方向的单位面积上的压力大小，它与流体的密度和流速有关。
6. 连通性流体力学中的连通性是指流体不可穿透的性质，即两个靠近的流体体积不能相互穿透。
在流体运动中，连通性是一条重要的限制条件。
连通性是流体力学中常常需要掌握的概念，尤其是在流体的运动与静止的过程中。
7. 黏度黏度是指流体阻力的大小，它是描述流体的粘性的物理量。
黏度可以用来描述流体在运动中的阻力大小，阻力越大，黏度也就越大。
黏度是流体力学中非常重要的物理量，它影响了流体的运动和可塑性。
流体力学（简介）流体力学是在人类与自然界相处和生产实践中逐步发展起来的。
对流体力学学科的形成做出卓越贡献的是古希腊哲学家阿基米德（《论浮体》，公元前250年）建立了包括浮力定律和浮体稳定性在内的液体平衡理论，奠定了流体静力学的基础。
流体力学原理主要指计算流体动力学中的数值方法的现状；运用基本的数学分析，详尽阐述数值计算的基本原理；讨论流域和非一致结构化边界适应网格的几何复杂性带来的困难等。
一、发展简史各物理量关系构成牛顿内摩擦定律,τ=μ*du/dy动压和总压。
显然，流动中速度增大，压强就减小；速度减小，压强就增大；速度降为零，压强就达到最大(理论上应等于总压)。
飞机机翼产生举力，就在于下翼面速度低而压强大，上翼面速度高而压强小，因而合力向上。
据此方程，测量流体的总压、静压即可求得速度，成为皮托管测速的原理。
在无旋流动中，也可利用无旋条件积分欧拉方程而得到相同的结果但涵义不同，此时公式中的常量在全流场不变，表示各流线上流体有相同的总能量，方程适用于全流场任意两点之间。
在粘性流动中，粘性摩擦力消耗机械能而产生热，机械能不守恒，推广使用伯努利方程时，应加进机械能损失项[1]。
图为验证伯努利方程的空气动力实验。
补充：p1+1/2ρv1^2+ρgh1=p2+1/2ρv2^2+ρgh2（1）p+ρgh+(1/2)*ρv^2=常量（2）均为伯努利方程其中ρv^2/2项与流速有关，称为动压强，而p和ρgh称为静压强。
伯努利方程揭示流体在重力场中流动时的能量守恒。
由伯努利方程可以看出，流速高处压力低，流速低处压力高。
后人在此基础上又导出适用于可压缩流体的N-S方程。
N-S方程反映了粘性流体（又称真实流体）流动的基本力学规律，在流体力学中有十分重要的意义。
它是一个非线性偏微分方程，求解非常困难和复杂，目前只有在某些十分简单的流动问题上能求得精确解；但在有些情况下，可以简化方程而得到近似解。
例如当雷诺数Re1时，绕流物体边界层外，粘性力远小于惯性力，方程中粘性项可以忽略，N-S方程简化为理想流动中的欧拉方程（=－Ñp+ρF）；而在边界层内，N-S方程又可简化为边界层方程，等等。
第一章绪论§1—１流体力学及其任务1、流体力学的任务：研究流体的宏观平衡、宏观机械运动规律及其在工程实际中的应用的一门学科。
研究对象：流体,包括液体和气体。
2、流体力学定义：研究流体平衡和运动的力学规律、流体与固体之间的相互作用及其在工程技术中的应用.3、研究对象：流体(包括气体和液体）。
4、特性：•流动(flow)性，流体在一个微小的剪切力作用下能够连续不断地变形,只有在外力停止作用后,变形才能停止。
•液体具有自由（free surface）表面，不能承受拉力承受剪切力（ shear stress)。
•气体不能承受拉力,静止时不能承受剪切力，具有明显的压缩性，不具有一定的体积，可充满整个容器。
流体作为物质的一种基本形态，必须遵循自然界一切物质运动的普遍，如牛顿的力学定律、质量守恒定律和能量守恒定律等。
5、易流动性：处于静止状态的流体不能承受剪切力,即使在很小的剪切力的作用下也将发生连续不断的变形,直到剪切力消失为止。
这也是它便于用管道进行输送，适宜于做供热、制冷等工作介质的主要原因.流体也不能承受拉力，它只能承受压力.利用蒸汽压力推动气轮机来发电，利用液压、气压传动各种机械等,都是流体抗压能力和易流动性的应用.没有固定的形状，取决于约束边界形状，不同的边界必将产生不同的流动。
6、流体的连续介质模型流体微团——是使流体具有宏观特性的允许的最小体积。
这样的微团，称为流体质点。
流体微团：宏观上足够大,微观上足够小。
流体的连续介质模型为:流体是由连续分布的流体质点所组成，每一空间点都被确定的流体质点所占据,其中没有间隙，流体的任一物理量可以表达成空间坐标及时间的连续函数，而且是单值连续可微函数。
7流体力学应用:航空、造船、机械、冶金、建筑、水利、化工、石油输送、环境保护、交通运输等等也都遇到不少流体力学问题。
例如,结构工程:钢结构，钢混结构等.船舶结构；梁结构等要考虑风致振动以及水动力问题；海洋工程如石油钻井平台防波堤受到的外力除了风的作用力还有波浪、潮夕的作用力等，高层建筑的设计要考虑抗风能力;船闸的设计直接与水动力有关等等。
流体力学流速计算公式一、伯努利方程推导流速公式（理想不可压缩流体定常流动）1. 伯努利方程。
- 对于理想不可压缩流体作定常流动时，在同一条流线上有p+(1)/(2)ρ v^2+ρ gh = C（p是流体压强，ρ是流体密度，v是流速，h是高度，C是常量）。
- 假设水平流动（h_1 = h_2），则方程变为p_1+(1)/(2)ρ v_1^2=p_2+(1)/(2)ρ v_2^2。
- 由此可推导出流速公式v_2=√(v_1^2)+(2(p_1 - p_2))/(ρ)。
2. 适用条件。
- 理想流体（无粘性），实际流体在粘性较小时可近似使用。
- 不可压缩流体，像水在大多数情况下可视为不可压缩流体，气体在低速流动时也可近似为不可压缩流体。
- 定常流动，即流场中各点的流速等物理量不随时间变化。
3. 示例。
- 已知水管中某点1处的压强p_1 = 2×10^5Pa，流速v_1 = 1m/s，另一点2处的压强p_2 = 1.5×10^5Pa，水的密度ρ = 1000kg/m^3。
- 根据v_2=√(v_1^2)+(2(p_1 - p_2))/(ρ)，将数值代入可得：- v_2=√(1^2)+frac{2×(2×10^{5-1.5×10^5)}{1000}}- 先计算括号内的值：2×(2×10^5-1.5×10^5)=2×5×10^4=10^5。
- 则v_2=√(1 + 100)= √(101)≈10.05m/s。
二、连续性方程推导流速公式（不可压缩流体定常流动）1. 连续性方程。
- 对于不可压缩流体的定常流动，有S_1v_1 = S_2v_2（S_1、S_2分别是流管中两个截面的面积，v_1、v_2是相应截面处的流速）。
- 由此可推导出流速公式v_2=(S_1)/(S_2)v_1。
2. 适用条件。
- 不可压缩流体，如液体或低速流动的气体。
一、 是非题。
1.流体静止或相对静止状态的等压面一定是水平面。
（ ） 2.平面无旋流动既存在流函数又存在势函数。
（ ） 3.附面层分离只能发生在增压减速区。
（ ） 4.等温管流摩阻随管长增加而增加，速度和压力都减少。
（ ） 5.相对静止状态的等压面一定也是水平面。
（ ） 6.平面流只存在流函数，无旋流动存在势函数。
（ ） 7.流体的静压是指流体的点静压。
（ ） 8.流线和等势线一定正交。
（ ） 9. 附面层内的流体流动是粘性有旋流动。
（ ）10. 亚音速绝热管流摩阻随管长增加而增加，速度增加，压力减小。
（ ）11. 相对静止状态的等压面可以是斜面或曲面。
（ ）12. 超音速绝热管流摩阻随管长增加而增加，速度减小，压力增加。
（ ）13. 壁面静压力的压力中心总是低于受压壁面的形心。
（ ）14. 相邻两流线的函数值之差，是此两流线间的单宽流量。
（ ）15. 附面层外的流体流动时理想无旋流动。
（ ）16. 处于静止或相对平衡液体的水平面是等压面。
（ ）17. 流体的粘滞性随温度变化而变化，温度升高粘滞性减少；温度降低粘滞性增大。
（ ）18. 流体流动时切应力与流体的粘性有关，与其他无关。
（ ） 二、 填空题。
1、1mmH 2O= 9.807 Pa2、描述流体运动的方法有 欧拉法 和 拉格朗日法 。
3、流体的主要力学模型是指 连续介质 、 无粘性 和不可压缩性。
4、雷诺数是反映流体流动状态的准数，它反映了流体流动时 粘性力与 惯性力 的对比关系。
5、流量Q1和Q2，阻抗为S1和S2的两管路并联，则并联后总管路的流量Q 为 ，总阻抗S为 。
串联后总管路的流量Q 为 ，总阻抗S 为 。
6、流体紊流运动的特征是 脉动现行 ，处理方法是 时均法 。
7、流体在管道中流动时，流动阻力包括 沿程阻力 和 局部阻力 。
8、流体微团的基本运动形式有： 平移运动 、 旋转流动 和 变形运动 。
9、马赫数气体动力学中一个重要的无因次数，他反映了 惯性力与 弹性力 的相对比值。
10、稳定流动的流线与迹线 重合 。
11、理想流体伯努力方程=++g2u r p z 2常数中，其中r p z +称为 测压管 水头。
12、一切平面流动的流场，无论是有旋流动或是无旋流动都存在 流线 ，因而一切平面流动都存在 流函数 ，但是，只有无旋流动才存在 势函数 。
13、雷诺数之所以能判别 流态 ，是因为它反映了 惯性力和 粘性力 的对比关系。
14、流体的主要力学性质有 粘滞性 、 惯性 、 重力性、 表面张力性 和 压缩膨胀性 。
15、毕托管是广泛应用于测量 气体 和 水流 一种仪器。
16、流体的力学模型按粘性是否作用分为 理想气体 和 粘性气体 。
作用与液上的力包括 质量力 ， 表面力 。
17、力学相似的三个方面包括 几何相似 、 运动相似 与 动力相似 。
18、流体的力学模型是 连续介质 模型。
19、理想气体伯努力方程2u z -z p 2g 21ργγα+-+））（（中，））（（g 21z -z p γγα-+称势压 ， 2u p 2ρ+ 称全压， 2u z -z p 2g 21ργγα+-+））（（ 称总压。
20、紊流射流的动力特征是 各横截面上的动量相等 。
21、流体的牛顿内摩擦定律的表达式 s ⋅+=-pa dydu u ；τ ，u 的单位为 。
22、浓差或温差射流的热力特征是各截面的相对焓值相等 。
23、流体微团的运动是由 平移 运动， 旋转 运动， 线切变 运动和 角切变 运动四种基本运动形式符合而成。
24、几何相似是力学相似的 前提 ，运动相似是模型实验的 目的 ，动力相似是运动相似的 保证 。
25、欧拉准数是 和 的相对比值。
26、马赫数M 反映了惯性力和 弹性力 相对比值。
27、流体流动的状态分为 层流 和 紊流 。
28、弗鲁得准数反映了 重力 和 惯性力 相对比值。
四、选择题。
1、按连续介质的概念，流体质点是指 。
A 、流体的分子B 、流体内的固体颗粒C 、无大小的几何点D 、几何尺寸同流动空间相比是极小量，又含有大量分子的微元体2、一下哪种流体为非牛顿流体 。
A 、空气B 、清水C 、血液D 、酒精3、绝对压强P abs 、相对压强p 、真空值p v 、当地大气压强a p 之间的关系是 。
A 、P abs =p+ p vB 、p= P abs +a pC 、p v =a p - P abs4、圆管层流过流断面的流速分布为 。
A 、均匀分布B 、对数曲线分布C 、二次抛物线分布5、一下那些概念属于欧拉法 。
A 、流线B 、迹线C 、液体质点D 、液体微团6、圆管紊流粗糙区的沿程摩阻系数λ 。
A 、与雷诺数Re 有关B 、与管壁相对粗糙度d∆有关C 、与Re 和d∆有关 D 、与和管长l 有关 7、速度V 、长度l 、时间t 的无量纲组合是 。
A 、lt v B 、vl t C 、2vt l D 、vt l8、圆管断面直径由d 1突然扩大到d 2，若将一次扩大改为两级扩大，则该扩大的局部水头损失 。
A 、减小B 、不变C 、增大9、在圆管流动中，层流的断面速度分布符合 。
A 、均匀规律B 、直线变化规律C 、抛物线变化规律D 、对数曲线规律10、流线与流线通常情况下 。
A 、能相交也能相切B 、仅能相交不能相切C 、仅能相切不能相交D 、既不能相交也不能相切11、速度v ，密度ρ，压强p 的无量纲集合是 。
A 、v p ρB 、p v ρC 、p v 2ρ D 、2v p ρ12、雷诺数代表的是 之比。
A 、惯性力与压力B 、惯性力与重力C 、惯性力与表面张力D 、惯性力与粘性力13、压力输水管模型实验，长度比尺为8，模型水管的流量应为原型输水管流量的 。
A 、21B 、51C 、81D 、161 14、一维流动中，“截面积大处速度小，截面积小处速度大”成立的条件是 。
A 、理想流体B 、粘性流体C 、可压缩流体D 、不可压缩流体15、弹簧管压力表的读数是 。
A 、绝对压强B 、相对压强C 、绝对压强加当地大气压D 、相对压强加当地大气压16、静水中斜置平面壁的形心淹没深h c 与压力中心淹没深h D 的关系是 。
A 、大于B 、小于C 、等于D 、无规律17、某风管的断面尺寸为200mm mm 300⨯，则该风管的当量直径是 。
A 、mm 240B 、mm 250C 、mm 300D 、mm 20018、有一变直径管流，小管直径d 1，大管直径d 2=2d 1，则两断面雷诺数的关系是 。
A 、21e 21e R R = B 、21e e R R = C 、21e 5.1e R R = D 、21e 2e R R = 19、下列流体哪个属于牛顿流体 。
A 、汽油B 、纸浆C 、血液D 、沥青二、是非题。
1、错误2、正确3、正确4、错误5、错误6、正确7、正确8、正确 9、正确 10、正确 11、正确 12、正确 13、正确 14、正确15、正确 16、错误 17、错误 18、错误三、填空题。
1、9.807 ；2、欧拉法；拉格朗日法；3、连续介质；无粘性；4、惯性力；粘性力；5、Q=Q1+Q2;21111S S S +=;Q=Q1=Q2;S=S1+S2；6、脉动现象；时均法；7、沿程阻力；局部阻力；8、平移运动；旋转流动；变形运动；9、惯性力；弹性力；10、重合 ；11、测压管；12、流线；流函数；势函数；13、流态；惯性力；粘性力14、惯性；重力性；粘滞性；压缩性和热胀性；表面张力特性；15、气体；水流；16、理想气体；粘性气体；质量力；表面力；17、几何相似；运动相似；动力相似；18、连续介质；19、势压；2u p 2ρ+；2u z -z p 2g 21ργγα+-+））（（；20、各横截面上的动量相等；21、s ⋅+=-pa dydu u ；τ； 22、各截面的相对焓值相等；23、平移；旋转；线变形；角变形；24、前提；目的；保证；25、压力；26、弹性力；27、层流；紊流；28、重力；惯性力；四、选择题。
1-5:DCCCA 6-10:BDACC 11-15:DDCDB 16-19：BADA三、 是非题。
19. 流体静止或相对静止状态的等压面一定是水平面。
（错误）20. 平面无旋流动既存在流函数又存在势函数。
（正确）21. 附面层分离只能发生在增压减速区。
（正确）22. 等温管流摩阻随管长增加而增加，速度和压力都减少。
（错误）23. 相对静止状态的等压面一定也是水平面。
（错误）24. 平面流只存在流函数，无旋流动存在势函数。
（正确）25. 流体的静压是指流体的点静压。
（正确）26. 流线和等势线一定正交。
（正确）27. 附面层内的流体流动是粘性有旋流动。
（正确）28. 亚音速绝热管流摩阻随管长增加而增加，速度增加，压力减小。
（正确）29. 相对静止状态的等压面可以是斜面或曲面。
（正确）30. 超音速绝热管流摩阻随管长增加而增加，速度减小，压力增加。
（正确）31. 壁面静压力的压力中心总是低于受压壁面的形心。
（正确）32. 相邻两流线的函数值之差，是此两流线间的单宽流量。
（正确）33. 附面层外的流体流动时理想无旋流动。
（正确）34. 处于静止或相对平衡液体的水平面是等压面。
（错误）17.流体的粘滞性随温度变化而变化，温度升高粘滞性减少；温度降低粘滞性增大。
（错误 )18流体流动时切应力与流体的粘性有关，与其他无关。
（错误）四、 填空题。
3、流体的主要力学模型是指 连续介质 、 理想 和不可压缩性。
4、雷诺数是反映流体流动状态的准数，它反映了流体流动时 惯性力与 粘性力 的对比关系。
5、流量Q1和Q2，阻抗为S1和S2的两管路并联，则并联后总管路的流量Q 为 ，总阻抗S为 。
串联后总管路的流量Q 为 ，总阻抗S 为 。
6、流体紊流运动的特征是 脉动现象 ，处理方法是 时均法 。
7、流体在管道中流动时，流动阻力包括 沿程阻力 和 局部阻力 。
8、流体微团的基本运动形式有： 平移 、 旋转 和 变形 。
9、马赫数气体动力学中一个重要的无因次数，他反映了 惯性力与 弹性力 的相对比值。
10、稳定流动的流线与迹线 重合 。
11、理想流体伯努力方程=++g2u r p z 2常数中，其中r p z +称为 测压管 水头。
12、一切平面流动的流场，无论是有旋流动或是无旋流动都存在 流线 ，因而一切平面流动都存在 流函数 ，但是，只有无旋流动才存在 势函数 。
13、雷诺数之所以能判别 流态 ，是因为它反映了 惯性力和 粘性力 的对比关系。
14、流体的主要力学性质有 重力 、 惯性 、 粘滞、 压缩和膨胀 和 表面张力 。
