流体力学第七章不可压缩流体动力学基础

不可压缩流体名词解释
不可压缩流体是指在流动过程中，其体积或密度不发生显著变化的流体。

这类流体在平衡状态下，任何微小变化（如温度或压力的变化），都不会影响其深度、形状或体积等物理性质。

在工程和科学领域，不可压缩流体通常用来描述流体动力学中的一类理想化现象。

例如，一般假设在低速流动中，气体可以视为不可压缩的。

然而，当速度接近或超过音速时，气体的压缩效应就变得重要起来。

不可压缩流体的概念非常重要，因为在许多实际问题中，流体的性质足够接近不可压缩的性质，可以忽略其小的压缩性，从而简化对流体动力学进行的研究和计算。

例如，在研究和设计飞机、船舶、管道、水轮机等的流体力学问题时，常常
假设工作介质为不可压缩流体，以便于使用更简单的方程进行分析。

不可压缩流体理论在流体力学中占据重要位置。

流体运动的基本规律——质量守恒定律、动量守恒定律、能量守恒定律在不可压缩流体中的表现形式，成为流体力学的基础方程。

这些基础方程是研究流体运动最重要的工具，也是解决实际流
体力学问题的基础。

在模拟和解析实际问题时，不可压缩流体假设为工程师和科研人员提供了实用的工具。

这些工具不仅帮助他们理解和解决复杂的流体动力学问题，而且帮助他
们设计和优化了许多工程系统，例如管道输送系统、液压系统、制冷系统等等。

然而，需要注意的是，不可压缩流体模型只是一个理想化的模型，它不一定能完全描述所有类型的流体动力学现象。

例如，对于高速流、音速流或者强烈震动和振动的流，压缩效应可能不能忽略，需要使用其他更复杂的模型来描述其物理行为。

因此，使用不可压缩流体模型时，必须清楚它的适用范围和局限性，以避免误导设计和决策。

热工与流体力学基础第二版知识点《热工与流体力学基础》第二版是一本涵盖热工学和流体力学基础知识的教材。

下面是该教材的主要知识点总结。

第一章：热力学基础1.热力学基本概念：系统、过程、状态、平衡等。

2.热力学第一定律：能量守恒原理，包括内能、功和热量的转化。

3.理想气体的状态方程和理想气体的内能、焓、比热容等基本性质。

4.热力学第二定律：热量无法自流体温度较低的物体传递到温度较高的物体，熵增原理。

5.热力学过程：等温过程、绝热过程、等焓过程、等熵过程等。

第二章：热力学第二定律1.热力学第二定律的表述：克劳修斯表述、开尔文表述、普朗克表述等。

2.热力学可逆性：可逆过程和不可逆过程的区别。

3.温度原理：第二定律的另一个表述。

4.卡诺循环：理想热机的最高效率，热量机和制冷机的理论效率等。

5.热力学状态函数：焓、熵等。

第三章：气体物性1.理想气体状态方程：理想气体的状态方程、气体的通用状态方程等。

2.实际气体的物性：气体的压缩因子、物态方程等。

3.混合气体：混合气体的压力、物态方程等。

4.湿空气的物性：湿空气的物态方程，空气的相对湿度等。

第四章：热力学循环1.热力学循环的基本概念：容器、工质、制冷剂等。

2.理想循环：卡诺循环、斯特林循环、布雷顿循环等。

3. 实际循环：由理想循环引出的实际循环，如Otto循环、Diesel 循环等。

4.循环效率：循环效率的计算和提高方法等。

第五章：流体力学基础1.流体力学的基本概念：流体、运动、静压力、动压力等。

2.流体的物理性质：密度、体积模量、表面张力等。

3. 流体静力学：流体的静力学平衡方程、静压力、Pascal定律等。

4.流体流动的描述：速度场、流线、流管、速度势等。

第六章：定常流动1.流体的连续性方程：质量守恒定律。

2.流体的动量方程：动量守恒定律，流体的动力学压强等。

3. 流体的能量方程：能量守恒定律，Bernoulli方程等。

4.流动的稳定性：雷诺数、层流和湍流等。

第七章不可压缩流体动力学基础在询面的章节中，我们学习了理想流体和粘性流体的流动分析，按照水力学的 观点，求得平均量。

但是，很多问题需要求得更加详细的信息，如流速、压强等 流动参数在二个或三个坐标轴方向上的分布情况。

本章的容介绍流体运动的基本 规律、基本方程、定解条件和解决流体问题的基本方法。

第一节流体微团的运动分析运动方式：①移动或单纯的位移（平移）②旋转③线性变形④角变形。

位移 和旋转可以完全比拟于刚体运动，至于线性变形和脚变形有时统称为变形运动则 是基于液体的易流动性而特有的运动形式，在刚体是没有的。

在直角坐标系中取微小立方体进行研究。

(b)谥.A n(d)一. 平移：如果图（a ）所示的基体各角点的质点速度向量完全相同时，则构成(c)A B(a)A了液体基体的单纯位移，其移动速度为心、®、“,。

基体在运动中可能沿直线也 可能沿曲线运动，但其方位与形状都和原来一样（立方基体各边的长度保持不 变）。

二、 线变形：从图（b ）中可以看出，由于沿y 轴的速度分量，B 点和C 点都比 A 点和D 点大了竺如 而比就代表〃y = l 时液体基体运动时，在单位时间沿勿dyy 轴方向的伸长率。

du x °"、. du : dxdydz三、 角变形（角变形速度）—BIA ■ dp -------------------------------- Jda-0 = dp + 00 =J"些+些k dz. dx四、旋转（旋转角速度）1O = —0 =—21勿du vdx—dx角变形:血 A那么，代入欧拉加速度表达式，得：du r du Tdu r八 八5=说=古叫 云+"卑+"0+-叭巴加、6仇 du Ya v = ----- = — + u v ---------- + U.0, +ii t a ）. -iLCoydt dt dy “'2 …加.du diL q 。

西北工大875流体力学讲义 第七章 粘性流体动力学基础第一节 粘性流体运动的基本方程采用流体力学微元体平衡分析方法可以推导出粘性流体运动的基本方程组，该方法可参考本书的第二章和第三章。

本节将直接由两大守恒定律（质量守恒定律和动量守恒定律）来建立控制流体运动的基本方程组。

首先需要给出空间某点物理量的随体时间导数表达式、雷诺输运方程以及本构关系。

一、随体导数描述流体运动规律有拉格朗日和欧拉两种基本方法。

拉格朗日法着眼于确定的流体质点，观察它的位置随时间的变化规律。

欧拉法着眼于从空间坐标去研究流体流动，它的描述对象是流场。

随体导数的物理意义是：将流体质点物理量q 的拉格朗日变化率以欧拉导数的形式表示出来。

随体时间导数的数学表达式为：()q V tqdt dq ∇⋅+= ∂∂(7-1)式中右边第一项代表由时间的变化所引起的变化率，也就是由于场的时间不定性所造成的变化率，叫做当地导数。

第二项代表假定时间不变时，流体质点在流场中的位置变化所引起的变化率。

这是由于场的不均匀性造成的，叫做迁移导数。

二、雷诺输运方程雷诺输运方程描述了积分形式的拉格朗日法和欧拉法的时间导数的变换关系。

设封闭系统在t 时刻占有体积()t Ω，如图7-1所示。

其中关于物理量q 的总量的随体时间导数有图7-1 封闭系统输运示意图()()()⎰⎰⎰⎰⎰⎰⎰⎰⋅+Ω=ΩΩΩt S t t dS n V q d t qd q dt d ∂∂ (7-2)其中()t S 为封闭体积的曲面，n为曲面的法向向量。

上式表明：封闭系统中，某物理量总和的随体导数等于该瞬间与该系统重合的控制域中该物理量总和的当地时间导数（非定常效应）和通过控制面流出的该物理量的流量（对流效应）之和，此即为流体的雷诺输运方程。

用广义的高斯公式将面积分转换成体积分，上式也可以写成()()()Ω∂∂ΩΩΩd V q tqd q dt d t t ⎰⎰⎰⎰⎰⎰⎥⎦⎤⎢⎣⎡⋅∇+=(7-3)三、连续方程连续性方程反映了流体在运动过程中必须满足质量守恒定律。

第七章孔口及管嘴不可压缩流体恒定流本章主要介绍流体力学基本方法和水头损失计算方法在孔口与管嘴出流中的应用，得出了孔口、管嘴出流的基本公式。

概念一、孔口出流（orifice discharge）：在容器壁上开孔，水经孔口流出的水力现象就称为孔口出流，如图7-1。

应用：排水工程中各类取水，泄水闸孔，以及某些量测流量设备均属孔口。

图7-11.根据d/H的比值大小可分为：大孔口、小孔口大孔口（big orifice）：当孔口直径d（或高度e）与孔口形心以上的水头高H的比值大于0.1，即d/H>0.1时，需考虑在孔口射流断面上各点的水头、压强、速度沿孔口高度的变化，这时的孔口称为大孔口。

小孔口（small orifice ）：当孔口直径d（或高度e）与孔口形心以上的水头高度H的比值小于0.1，即d/H<0.1时，可认为孔口射流断面上的各点流速相等，且各点水头亦相等，这时的孔口称为小孔口。

2.根据出流条件的不同，可分为自由出流和淹没出流自由出流（free discharge）：若经孔口流出的水流直接进入空气中，此时收缩断面的压强可认为是大气压强，即p c=p a，则该孔口出流称为孔口自由出流。

淹没出流（submerged discharge）：若经孔口流出的水流不是进入空气，而是流入下游水体中，致使孔口淹没在下游水面之下，这种情况称为淹没出流。

3.根据孔口水头变化情况，出流可分为：恒定出流、非恒定出流恒定出流（steady discharge）：当孔口出流时，水箱中水量如能得到源源不断的补充，从而使孔口的水头不变，此时的出流称为恒定出流。

非恒定出流（unsteady discharge）：当孔口出流时，水箱中水量得不到补充，则孔口的水头不断变化，此时的出流称为非恒定出流。

二、管嘴出流：在孔口周边连接一长为3~4倍孔径的短管，水经过短管并在出口断面满管流出的水力现象，称为管嘴出流。

圆柱形外管嘴：先收缩后扩大到整满管。

1． 已知平面流场的速度分布为xy x u x +=2，y xy u y 522+=。

求在点（1，-1）处流体微团的线变形速度，角变形速度和旋转角速度。

解：（1）线变形速度：y x xu x x +=∂∂=2θ 54+=∂∂=xy y u yy θ 角变形速度：()x y y u x u x y z +=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛∂∂+∂∂=222121ε 旋转角速度：()x y x u x u x y z -=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛∂∂-∂∂=222121ω 将点（1，-1）代入可得流体微团的1=x θ，1=y θ；23/z =ε；21/z =ω2．已知有旋流动的速度场为z y u x 32+=，x z u y 32+=，y x u z 32+=。

试求旋转角速度，角变形速度和涡线方程。

解：旋转角速度：2121=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛∂∂-∂∂=z u y u y z x ω 2121=⎪⎭⎫ ⎝⎛∂∂-∂∂=x u z u z x y ω 2121=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛∂∂-∂∂=y u x u x y z ω 角变形速度：2521=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛∂∂+∂∂=z u y u y z x ε 2521=⎪⎭⎫ ⎝⎛∂∂+∂∂=x u z u z x y ε 2521=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛∂∂+∂∂=y u x u x y z ε 由z y x dz dy dxωωω==积分得涡线的方程为：1c x y +=，2c x z +=3．已知有旋流动的速度场为22z y c u x +=，0=y u ，0=z u ，式中c 为常数，试求流场的涡量及涡线方程。

解：流场的涡量为：0=∂∂-∂∂=zu y u y z x Ω 22z y cz x u z u z x y +=∂∂-∂∂=Ω 22zy cy y u x u x yz +-=∂∂-∂∂=Ω 旋转角速度分别为：0=x ω222zy czy +=ω 222z y cyz +-=ω 则涡线的方程为：c dz dy z y +=⎰⎰ωω 即c y dz z dy +-=⎰⎰可得涡线的方程为：c z y =+224．求沿封闭曲线2 22b y x =+,0=z 的速度环量。

流体力学选择题库讲解一章绪论1．与牛顿内摩擦定律有关的因素是：A、压强、速度和粘度；B、流体的粘度、切应力与角变形率；C、切应力、温度、粘度和速度；D、压强、粘度和角变形。

2．在研究流体运动时，按照是否考虑流体的粘性，可将流体分为：A、牛顿流体及非牛顿流体；B、可压缩流体与不可压缩流体；C、均质流体与非均质流体；D、理想流体与实际流体。

3．下面四种有关流体的质量和重量的说法，正确而严格的说法是。

A、流体的质量和重量不随位置而变化；B、流体的质量和重量随位置而变化；C、流体的质量随位置变化，而重量不变；D、流体的质量不随位置变化，而重量随位置变化。

4．流体是一种物质。

A、不断膨胀直到充满容器的；B、实际上是不可压缩的；C、不能承受剪切力的；D、在任一剪切力的作用下不能保持静止的。

5．流体的切应力。

A、当流体处于静止状态时不会产生；B、当流体处于静止状态时，由于内聚力，可以产生；C、仅仅取决于分子的动量交换；D、仅仅取决于内聚力。

6．A、静止液体的动力粘度为0； B、静止液体的运动粘度为0；C、静止液体受到的切应力为0；D、静止液体受到的压应力为0。

．理想液体的特征是7．A、粘度为常数B、无粘性C、不可压缩D、符合。

8．水力学中，单位质量力是指作用在单位_____液体上的质量力。

A、面积B、体积C、质量D、重量9．单位质量力的量纲是-2 2-2-1)*T L( DM*L*T( A、L*T C、、) B、M*L *T10.单位体积液体的重量称为液体的______，其单位。

2 3 3 3、密度B、容重N/Mkg/mN/mD、密度C、容重AN/m11.不同的液体其粘滞性_____，同一种液体的粘滞性具有随温度______而降低的特性。

A、相同降低B、相同升高C、不同降低D、不同升高12.液体黏度随温度的升高而____，气体黏度随温度的升高而_____。

A、减小，升高；B、增大，减小；C、减小，不变；D、减小，减小13.运动粘滞系数的量纲是：2 3 23/T L DB、L/T、/T L/TA、、CL14.动力粘滞系数的单位是：2 2/s N*s/m D、m/s C、m B、AN*s/m 、15.下列说法正确的是：A、液体不能承受拉力，也不能承受压力。