流体运动学和流体动力学

第一章绪论表面力：又称面积力，是毗邻流体或其它物体，作用在隔离体表面上的直接施加的接触力。

它的大小与作用面积成比例。

剪力、拉力、压力质量力：是指作用于隔离体内每一流体质点上的力，它的大小与质量成正比。

重力、惯性力流体的平衡或机械运动取决于：1.流体本身的物理性质（内因）2.作用在流体上的力（外因）流体的主要物理性质：密度：是指单位体积流体的质量。

单位：kg/m3 。

重度：指单位体积流体的重量。

单位： N/m3 。

流体的密度、重度均随压力和温度而变化。

流体的流动性：流体具有易流动性，不能维持自身的形状，即流体的形状就是容器的形状。

静止流体几乎不能抵抗任何微小的拉力和剪切力，仅能抵抗压力。

流体的粘滞性：即在运动的状态下，流体所产生的阻抗剪切变形的能力。

流体的流动性是受粘滞性制约的，流体的粘滞性越强，易流动性就越差。

任何一种流体都具有粘滞性。

牛顿通过著名的平板实验，说明了流体的粘滞性，提出了牛顿内摩擦定律。

τ=μ(du/dy)τ只与流体的性质有关，与接触面上的压力无关。

动力粘度μ：反映流体粘滞性大小的系数，单位：N•s/m2运动粘度ν：ν=μ/ρ第二章流体静力学流体静压强具有特性1.流体静压强既然是一个压应力，它的方向必然总是沿着作用面的内法线方向，即垂直于作用面，并指向作用面。

2.静止流体中任一点上流体静压强的大小与其作用面的方位无关，即同一点上各方向的静压强大小均相等。

静力学基本方程: P=Po+pgh等压面：压强相等的空间点构成的面绝对压强：以无气体分子存在的完全真空为基准起算的压强 Pabs相对压强：以当地大气压为基准起算的压强 PP=Pabs—Pa（当地大气压）真空度：绝对压强不足当地大气压的差值，即相对压强的负值 PvPv=Pa-Pabs= -P测压管水头：是单位重量液体具有的总势能基本问题：1、求流体内某点的压强值：p = p0 +γh；2、求压强差：p – p0 = γh ；3、求液位高：h = （p - p0）/γ平面上的净水总压力：潜没于液体中的任意形状平面的总静水压力P，大小等于受压面面积A与其形心点的静压强pc之积。

流体力学的问题
流体力学是研究流体运动的科学分支，涵盖了流体的流动、压力、密度、速度、黏性以及流体与固体物体之间的作用等方面的问题。

以下是一些流体力学常见的问题：
1. 流体的运动学问题：包括流体的速度分布、流线、流量、旋转等问题。

2. 流体的动力学问题：研究流体的力学性质，如压力、惯性、黏性等，以及力在流体中的传递和作用。

3. 流体的流动问题：研究流体在管道、孔洞、隧道等空间中的流动性质，如流速、流量、压力损失等。

4. 流体的稳定性问题：研究流体在不同条件下的稳定性，如压力梯度的影响、流体层之间的变化等。

5. 流体与固体的作用问题：研究流体与固体物体之间的相互作用力，如浮力、阻力、粘附力等。

6. 流体的模拟和计算问题：利用数值模拟和计算方法研究流体力学问题，如流体流动的数值模拟、流体力学方程的计算等。

这只是流体力学研究中的一小部分问题，实际上涉及到的问题非常广泛，如气体动力学、湍流流动、多相流体等，都是流体力学中的重要研究领域。

一、实训目的本次流体力学综合实训旨在通过实际操作和实验，加深对流体力学基本理论的理解，掌握流体力学实验的基本方法和技能，提高分析问题和解决问题的能力。

通过实训，使学生能够熟练运用流体力学原理解决实际问题，为今后的学习和工作打下坚实的基础。

二、实训内容1. 流体力学基本实验（1）流体静力学实验：通过测量不同深度下的液体压强，验证流体静力学基本公式。

（2）流体运动学实验：通过测量不同位置的流速和流线，研究流体运动规律。

（3）流体动力学实验：通过测量不同形状的物体在流体中的阻力，分析流体动力学特性。

2. 流体力学综合实验（1）流体流动可视化实验：通过实验观察流体流动状态，分析流动特点。

（2）管道流动实验：通过测量管道内流体流动参数，研究管道流动特性。

（3）湍流流动实验：通过测量湍流流动参数，研究湍流流动特性。

三、实训过程1. 流体静力学实验（1）实验原理：根据流体静力学基本公式，测量不同深度下的液体压强，验证公式。

（2）实验步骤：①将实验装置组装好；②将液体注入实验装置；③在不同深度处测量液体压强；④记录实验数据。

（3）实验结果分析：通过对比理论值和实验值，验证流体静力学基本公式。

2. 流体运动学实验（1）实验原理：通过测量不同位置的流速和流线，研究流体运动规律。

（2）实验步骤：①将实验装置组装好；②将液体注入实验装置；③在不同位置测量流速；④绘制流线。

（3）实验结果分析：通过对比理论值和实验值，研究流体运动规律。

3. 流体动力学实验（1）实验原理：通过测量不同形状的物体在流体中的阻力，分析流体动力学特性。

（2）实验步骤：①将实验装置组装好；②将物体放入实验装置；③测量物体在不同流速下的阻力；④记录实验数据。

（3）实验结果分析：通过对比理论值和实验值，分析流体动力学特性。

4. 流体流动可视化实验（1）实验原理：通过实验观察流体流动状态，分析流动特点。

（2）实验步骤：①将实验装置组装好；②将液体注入实验装置；③观察流体流动状态；④记录实验现象。

流体力学知识点流体力学是研究流体（包括液体和气体）的运动规律以及流体与固体之间相互作用的学科。

它在许多领域都有着广泛的应用，如航空航天、水利工程、化工、生物医学等。

下面我们来一起了解一些流体力学的重要知识点。

一、流体的性质流体具有易流动性，即它们在微小的切应力作用下就会发生连续的变形。

流体的密度和黏度是两个重要的物理性质。

密度是指单位体积流体的质量。

对于均质流体，密度是一个常数；对于非均质流体，密度会随位置而变化。

例如，空气在不同高度的密度不同。

黏度则反映了流体内部的内摩擦力。

黏度大的流体，如蜂蜜，流动起来比较困难；而黏度小的流体，如水，流动相对容易。

二、流体静力学流体静力学主要研究静止流体的压力分布规律。

帕斯卡定律指出，在密闭容器内，施加于静止液体上的压力将以等值传递到液体各点。

这在液压系统中有着重要的应用。

另一个重要的概念是浮力。

当物体浸没在流体中时，它受到的浮力等于排开流体的重量。

这就是阿基米德原理。

例如，船舶能够漂浮在水面上，就是因为受到的浮力等于其自身的重量。

三、流体运动学流体运动学关注流体的运动方式和描述方法。

流线是用来描述流体流动的重要概念。

流线是在某一瞬时，在流场中画出的一条空间曲线，在该曲线上，流体质点的速度方向与曲线相切。

流量是指单位时间内通过某一截面的流体体积或质量。

四、流体动力学流体动力学研究流体运动与受力之间的关系。

伯努利方程是流体动力学中的一个关键方程，它表明在理想流体的稳定流动中，沿着一条流线，总水头（位置水头、压力水头和速度水头之和）保持不变。

例如，在水平管道中，流速大的地方压力小，流速小的地方压力大。

这可以解释为什么飞机机翼上方的流速快、压力低，从而产生升力。

五、黏性流体的流动实际流体都具有黏性。

在黏性流体的流动中，会产生内摩擦力，导致能量损失。

层流和湍流是两种常见的流动状态。

层流时，流体的质点作有规则的平行运动，各层之间互不干扰；而湍流时，流体的质点作不规则的随机运动。

工程流体力学课题讨论工程流体力学是一门涉及流体运动、传热、传质等过程的综合性学科，广泛应用于能源、环境、机械、化工等领域。

本文将围绕工程流体力学中的几个重要课题进行讨论，包括流体静力学、流体运动学、流体动力学、流体的传热和传质等。

1.流体静力学流体静力学主要研究流体在静止状态下的平衡规律和压力分布。

在工程中，流体静力学被广泛应用于液体贮存、液体输送、管道设计等领域。

在研究流体静力学时，我们需要考虑重力和其他外加力，例如表面张力。

在某些情况下，还需要考虑流体压缩性和温度变化的影响。

1.流体运动学流体运动学主要研究流体运动的基本规律和描述方法。

它涉及到流体的速度场、加速度场、流线、迹线等概念。

流体运动学在工程中有着广泛的应用，例如在航空航天领域中，需要利用流体运动学原理进行翼型设计、气动性能分析等。

此外，流体运动学还在水力学、气象学等领域中发挥着重要作用。

1.流体动力学流体动力学主要研究流体运动的规律和机制。

它涉及到流体的压力场、速度场、温度场等物理量的分布和变化。

流体动力学在工程中有着广泛的应用，例如在能源领域中，需要利用流体动力学原理进行流体机械设计、流体输送和热量传递等。

此外，流体动力学还在环境科学、生物学等领域中发挥着重要作用。

1.流体的传热和传质流体的传热和传质是工程流体力学中的重要课题之一。

传热是指热量从高温物体向低温物体转移的过程，而传质则是指物质从高浓度区域向低浓度区域转移的过程。

在工程中，流体的传热和传质被广泛应用于热力设备、化学反应器、生物反应器等领域。

在进行流体的传热和传质研究时，我们需要考虑流体的物性、温度和浓度等参数，以及外部条件如压力和流动状态等。

此外，我们还需要了解各种传热和传质过程的基本机制和规律，以便在实际工程应用中进行合理的设计和控制。

1.工程流体力学的应用和发展趋势工程流体力学被广泛应用于各个领域，例如能源、环境、机械、化工等。

随着科技的不断进步和发展，工程流体力学也在不断地发展和完善。