流体力学 气体的一元流动

一、名词解释1．流体：是液体和气体的总称（可以承受一定压力，几乎不能承受拉力）。

2．绝对压强：以绝对真空为零点起算的压强。

3．流线：表示某一瞬时流体各质点运动趋势的曲线，曲线上任一点的切线方向与该点的流速方向重合。

（对欧拉法的描绘）4．迹线：某一质点在某一时段内的运动轨迹。

（对拉格朗日法的描绘）5．自由出流：容器中的液体自孔口出流到大气中，称为孔口自由出流6．淹没出流：容器中的液体经孔口流入另一个充满液体的空间，称为孔口淹没出流7．质量力：质量力是作用在流体的每个质点上的力。

8．等压面：同种，静止，连续的液体的水平面为等压面。

9．恒定流：各空间点上的运动要素(速度、压强、密度等)皆不随时间变化的流动10．非恒定流：各空间点上的运动要素(速度、压强、密度等) 存在一个或一个以上随时间变化的流动11．压缩性：流体受压，体积缩小，密度增大的性质12．热胀性：流体受热，体积膨胀，密度减小的性质13．粘滞性：流体内部质点间或流层间因相对运动而产生内摩擦力以反抗相对运动的性质，此内摩擦力称为流体的粘滞力.（流体微团发生相对运动时所产生的抵抗变形、阻碍流动的性质。

温度是影响粘度的主要因素。

当温度升高时，液体的粘度减小，气体的粘度增加。

）14．理想流体：没有粘性的流体。

15．过流断面：流束上与流线正交的横断面称为过流断面。

16．相对粗糙度：是专指管壁粗糙凸起高度(绝对粗糙度)Δ与管内径d的比值17．密度：单位体积流体所具有的质量。

18．有旋流动：流场中流体微团的旋转角速度不完全为零19．牛顿流体：符合牛顿内摩擦定律的流体20．非牛顿流体：不符合牛顿内摩擦定律的流体21．临界雷诺数：转变点处的雷诺数。

22．层流：液体质点在流动时互不掺混而分层有序的流动23．紊流：流速增大，流层逐渐不稳定，质点互相掺混，流体质点运动轨迹极不规则的流动24．有势流动：流场中流体微团旋转角速度为零25．粘（滞）性：流体内部质点间或流层间因相对运动而产生内摩擦力以反抗相对运动的性质，此内摩擦力称为流体的粘滞力.（流体微团发生相对运动时所产生的抵抗变形、阻碍流动的性质。

特性
由于气体一维流动中，气体参数 不随位置变化，因此流动是线性 的，可以应用一维流动方程进行 描述。
气体一维流动的分类
等熵流动
气体在流动过程中，熵值保持不变的 流动。等熵流动中，气体压力和密度 随速度增加而减小。
等温流动
气体在流动过程中，温度保持不变的 流动。等温流动中，气体压力和密度 随速度增加而增加。
火箭发动机喷管中的气体一维流动特性研究
总结词
火箭发动机喷管中的气体一维流动特性研究对于喷管 设计和火箭性能优化至关重要。
详细描述
火箭发动机喷管中的气体流动具有极高的速度和压力变 化，直接模拟三维流场非常困难且计算量大。因此，采 用一维流动模型进行研究和分析是常用的方法。一维流 动模型可以模拟喷管中气体的流动、加速和膨胀过程， 分析喷管的性能和特性。通过研究喷管中气体的流动特 性，可以优化喷管设计，提高火箭发动机的推力和效率 ，为火箭设计和发射提供重要的理论支持和技术保障。
动量守恒方程
表示动量在流动过程中的 变化，即动量在流场中不 增加也不减少。
能量守恒方程
表示能量在流动过程中的 变化，即能量在流场中不 增加也不减少。
初始条件和边界条件
初始条件
表示流动开始时流场中各物理量的值 。
边界条件
表示流场边界上各物理量的值或其变 化规律。
控制方程的离散化
有限差分法
将控制方程中的偏导数用差分近似代替 ，将连续的物理量离散为离散的数值。
有限差分法的优点是简单直观，易于编程实现，适用于各种类型的偏微分方程，特别是对波动问题和 稳定性问题有较好的处理能力。
有限元法
有限元法是一种将连续的物理量离散化为有限个单元，并在 每个单元上设置节点，通过节点上的等效源代替单元内的源 ，从而将偏微分方程离散化为线性方程组的方法。这种方法 在气体一维流动数值模拟中也有应用。

2
d (gz p 1 u 2 ) 0
2
积分后得 gz p 1 u 2 常数
2
考虑到重度γ=ρg，将上式两端除以重力加速度g，得： z p u 2 常数 （3）
2 . 通过某一空间点在给定瞬间只能有一条流线，一般情况流 线不能相交和分支。否则在同一空间点上流体质点将同时 有几个不同的流动方向。只有在流场中速度为零或无穷大 的那些点，流线可以相交，这是因为，在这些点上不会出 现在同一点上存在不同流动方向的问题。速度为零的点称 驻点，速度为无穷大的点称为奇点。
)
再看右端三式相加： 由于是在重力场中，故流体
dx
u x t
u x x
ux
u x y
uy
u x z
uz
X
1
p x
的质量力只是重力，则 X=0， Y＝0， Z＝－g。
dy
u y t
u y x
ux
u y y
uy
u y z
uz
Y
1
p y
所以: Xdx+Ydy＋Zdz=-gdz
dz
u z t
u z x
非定常流动(unsteady flow) :流动物理参数随时间而变化
如：p f (x, y, z,t),u f (x, y, z,t)
定常流动
非定常流动
有旋流动(rotational flow)：流体在流动中，流场中有若干处 流体微团具有绕通过其自身轴线的旋转运动
无旋流动(irrotational flow)：在整个流场中各处的流体微团 均不绕自身轴线的旋转运动
欧拉法与拉格朗日法区别：
欧拉法：以固定空间为研究对象，了解质点在某一位置时 的流动状况
拉格朗日法：以质点为研究对象，研究某一时刻质点全 部流动过程

A
2. 急变流
动压强特性：在断面上有
3.控制断面的选取： 控制断面一般取在渐变流过水断面或其 极限情况均匀流断面上。
想一想
为什么在总流分析法中需引入断面平均 流速？ 即目的所在？
因为总流过水断面上各点的流速是不相等的。为了 简化总流的计算，所以引入了断面平均流速来代替 各点的实际流速。
第五节 恒定总流连续性方程
取距基准面的铅直距离来分别表示相应断面的总水头与测 压管水头。 • 测压管水头线是根据总水头线减去流速水头绘出的。
第十一节 恒定气流能量方程式

虽然恒定总流伯努利方程是在不可压缩这样 的流动模型基础上提出的，但在流速不高（小于 68m / s ) ，压强变化不大的情况下，同样可以应 用于气体。
p1 α v p2 α v z1 + + = z2 + + + hw γ 2g γ 2g
二、控制断面的选取
1、渐变流的性质 渐变流过水断面近似为平面，即 渐变流是流线接近于平行直线的流动。均匀流是渐变 流的极限。 2、动压强特性：在渐变流同一过水断面上， 各点动 压强按静压强的规律（2-11）式分布，如图的c-c断面， 即
想一想
图中，过水断面上的动压强分布符合静 压强分布规律的为： A 直管处 B 弯管处
第3章 一元流体动力学基础（下）
重点内容： 1、总流分析方法； 2、恒定总流能量方程 1）恒定总流能量方程 2）能量方程的扩展 3）能量方程的应用 掌握内容： 1、连续性方程 2、实际流体元流能量方程
第五节 补充内容 （伯努利方程基础概念）
一、概念 1.控制体：即在流场中划定的一个固定的 空间区域，该区域完全被流动流体所充满。 2.控制断面：即控制体（流管）有流体流 进流出的两个断面，如图中的1-1，2-2断面。

流体⼒学教案第11章⽓体的⼀维⾼速流动第⼗⼀章⽓体的⼀维⾼速流动前⾯各章研究了不可压缩流体的运动，即认为流体在流动中其密度不变。

所得到的不可压缩流体的运动规律，不仅适⽤于液体的运动，也适⽤于流速不⾼的⽓体运动。

当然，严格说任何流体都是可压缩的。

不过，在我们通常所研究的流体运动中，液体的密度变化⾮常⼩，往往可以忽略不计；⽽⽓体在低速运动时，其密度变化也不⼤，若忽略其变化，把密度作为常数来处理，可使问题⼤为简化，⽽⼜不致引起⼤的误差。

例如，通常在常温下空⽓流速低于70m/s时，其密度变化不⾼于2%，以⽪托管测量⽓体流速为例，忽略密度变化所引起的误差不超过1%。

当流速增⾼时，⽓体的密度变化就会增⼤，若再按不可压缩流体处理，所引起的误差就会增⼤。

所以，对于⽓体的⾼速流动，必须考虑其密度的变化，按可压缩流体处理。

故研究⽓体的⾼速流动，通常称为可压缩流体动⼒学，⼜叫⽓体动⼒学。

§11-1声速和马赫数⼀、流体的可压缩性与微弱扰动的传播在可压缩性介质中，压强扰动以波的形式传播，其传播速度的⼤⼩与介质的压缩性有关。

例如，声⾳即为⼀微弱的压强性不同，可压缩性⼩的传播速度⾼，可压缩性⼤的传播速度低。

由此可见，声速值反映了流体可压缩性的⼤⼩。

图11-1 微弱扰动的传播下⾯说明微弱扰动波的传播过程。

如图11-1所⽰，管中充满可压缩流体，左端装有⼀活塞，原处于静⽌状态。

当活塞突然以速度d V向右运动时，活塞附近的流体⾸先被压缩，其压强产⽣⼀微⼩增量d p，密度也有⼀微⼩增量d ；同时，这⼀层流体质点也以速度d V 向前运动。

这⼀层被压缩了的流体随之⼜压缩其前⽅邻近的⼀层流体，使其也产⽣⼀个微⼩增量d p 、d ρ和d V 。

这样⼀层⼀层向前传播，形成了⼀个已受扰动和未受扰动区域的分界⾯，这个分界⾯以速度a 向前运动。

在扰动分界⾯尚未到达的区域，即未受扰动区，⽓体质点的速度为V =0，其压强、密度和温度分别为p 、ρ和T ；在扰动分界⾯之后，即已受扰动的区域，⽓体的各物理参数分别为d V 、p p d +、ρρd +和T T d +。

（蓝金-许贡纽公式）。
第三节 正激波
气流经过激波时，部 分动能不可逆转变为 热能，气流受到剧烈 加热，温度增高，从 而使压强突跃引起的 密度突跃受到限制。
例题
• 设长管中静止空气参数p1=1.013×105Pa， T1=288K，γ=1.4。用活塞压缩气体以产生 激波，波后压强p2=1.1143×105Pa。求ρ2 ，T2，c2以及vs、vg。
• 激波出现时，另当考虑。
第四节 变截面管流
• 一、气流速度与通道截面的关系
dA dv dr 0 Av r
动量方 rvdv dp 程 c p / r
dp r vdv Ma2 dv
pp
v
p
r
C, dp dr pr
p / r RT , dp dr dT prT
气流加速必然伴随气体压 强、密度和温度的降低。
第三节 正激波
• 二、激波的形成和厚度
由于速度、温度等参数是连续变化的，实际的激波 是有厚度的。
Ma=2时，激波厚度为2.54×10-4mm，只有几个分 子平均自由行程。
第三节 正激波
• 三、正激波的传播速度
连续性方程
r2
r1 Ax
t
r2
Avs
0
vs x t
r2 r1 vs r2vg 0
vcr
ccr
12
2 1
cT
12
11 vmax
RTcr 1 2
2
1
RTT
12
Tcr 2
TT 1
pcr pT
2
1
1
1
rcr rT
2 1
1
第二节 气体特定状态和参考速度
速度系数
气流速度与临界音速之比称为速度系数，用M* 表示，即

工程流体力学多媒体课件第七章 非牛顿流体运动规律 与应用石油与化学工程系 孟士杰引例大家知道，空气和水是我们生活中最为常见的流体。

然而同属于流体的空气和水它们在运动时有何差异？具 体而言，气体的运动与液体相比有何不同？其遵循的规 律是什么？搞清这些问题有助于解决天然气在生产、加 工、储存与输送过程中所遇到的各种实际问题。

对气体而言，具有明显的可压缩性，即气体在流动 时密度为变量。

也就是说，气体运动是在考虑压缩性的 条件下，研究气体流动的基本规律以及气流与物体之间 相互作用的问题。

正是由于气体本身具有这些性质，从 而使气体流动的规律与流体力学给出的不可压缩流动的 理论存在明显的差异。

主要内容第八章 气体动力学基础与应用§8-1一元稳定流动基本方程 §8-2滞止参数、声速、马赫数 §8-3气体流动的计算§8-1一元稳定流动基本方程主要内容动量 气体状态 能量方程 连续性 方程式 方程式 方程§8-1一元稳定流动基本方程一元稳定流动：是指垂直 于流动方向的各截面上， 流动参数（如速度、压力 、密度和温度等）都均匀 一致且不随时间变化的流 动，也就是说流动参数只 是一个空间坐标的函数。

气体在实际管道中的流动，由 于气体与固体壁面间的摩擦和 传热作用，气体的诸流动参数 在每个截面上都是不均匀的， 不是真正的一元流动。

但在工 程上，对于缓变流问题，可假 定用各截面物理参数的平均值 来代替各截面的参数，近似地 当作一元流动问题来处理。

一、气体状态方程式理想 气体状态方程 微分方程dp d  dT   p ＝  RT p  T式中： 上式表明理想气体在任一平衡 R——气体常数，J/（kg· K）。

对空气 状态时，压力、密度、温度三者之 R＝287.06J/(kg· K)； 间的变化关系。

若已知其中任意两 p——压力，Pa； 个参数，便可求得第三个参数。

u2 h C 2
u2 dq d( ) 0 2 dp
等熵流动，dq=0
dp
u2 d( ) 0 2
积分形式

dp
u2 d( ) C 2
基本方程建立了速度、温度、压力、密度 的相互关系。即使用于可逆的绝热流动过 程，又适用于不可逆的绝热流动过程。
第三节 一元气体的流动特性
微分形式的可压缩气体总流的连续性方程 沿流管流体的速度、密度和流管的断面面积这 三者之间的相对变化量的代数和必然为0
二 可压缩气体的能量方程
由于气体的密度很小，所以质量力可以忽略不计。 气体是一维定常流动，则欧拉运动微分方程为
du dp u dx dx
积分
2
du 1 dp u 0 dx dx
以上分析表明:亚声速运动的点扰动源，扰动点始终 位于扰动波内，在足够长的时间以后，它的扰动总可 以传播到整个空间。因此亚声速运动的点扰动源的影 响域也是全流畅。 3)超声速运动的点扰动源的影响域 扰动点的运动速度 v大于声速c，设 t=0时刻点扰动位 于o点，在3t时刻 扰动到达半径为 3ct的o3球面上
( p dp) A PA dpA
沿活塞运动方向列动量方程
dpAdt cdtA(du 0)
dp du c
cd du d
dp cd c d
c
dp d (1 ) d
因为活塞速度很小，气体受到的扰动也很微弱， 其状态变化量很小，dρ/ρ可以忽略不计
C0 kRT0 1.4 287T0 20.1 273 20 343m / s
C1 kRT1 1.4 287T1 20.1 273 55 296m / s

M数很小，说明单位质量气体的动能相对于内能而言很小， 速度的变化不会引起气体温度的显著变化 ，对不可压流体来 说，不仅可以认为密度是常值而且温度T也是常值。
流动参数增加为四个：p、ρ、T、和u，
已经有了三个基本方程，它们是：状态方程、连续方程和理想 流的动量方程（即欧拉方程）。
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19
规
律
26
总结
临界流速达到当地声速cf ,cr kpcr / cr
喷管 dcf>0
Ma<1 dA<0 渐缩
Ma=1 dA=0 临界截面
Ma>1 dA>0 渐扩
Ma<1→Ma>1 dA<0→dA>0 缩放（拉伐尔）
dc f d cf
Ma<1
dc f d cf
dc f d cf
dc f d cf
(c)
在的垂直平面的下游半空间(成为扰动
B
2 3
区)内传播，永远不可能传播到上游半
4
空间(成为寂静区)。
u+c0=2c0 →
3c
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2
4
二、亚、超声速流场中小扰动的传播特性
气流A超马声赫锥速流动 Ma>1
vc
vc
由的图扰可动o 见波，不2由 仅c 于 不3c能u>向c0上，游相传对播气，流反传而播被
2）对于气体等可压流，流速的变化取决于截面和密度的综合 变化。超音速时比体积的增加要大于流速的增大，因此，只 有增大通流面积才能保证通过一定不变的质量流量。
一、声速和马赫数
小扰动在弹性介质中的传播速度为声速，气体经历小扰动而压 缩及恢复过程并无能量损耗，作定熵过程处理，对理想气体：

（2）对稳态流动，上述基本方程如何简化？
第四章 气体管流的基本方程
§4.1 某些基本概念
气体管流：一元流动
管段：无分支，无局部阻力元件，无增压装置
流动状态参数：p(x,τ), T(x,τ), ρ(x,τ), w(x,τ), u(x,τ), h(x,τ)
气体管流基本（控制）方程：描述管段中气体流动一般规律（共性)
（governing equation) 的偏微分方程组。
控制体：物理过程涉及的某个空间区域，具有明确的边界。
微元控制体：至少在一个方向上尺度为微元量（无穷小）的控制体
§4.2 连续性方程 The equation of continuity
•质量守恒定律 •微元控制体：[x, x+dx]长度的微元管段 •微元时间段：[τ, τ+dτ]
ρFw
dx
ρFw + ∂（ρFw）dx
∂(ρw) + ∂p + ∂(ρw2 ) = −ρg ds − λ w2 ρ
∂τ ∂x ∂x
dx d 2
The energy equation
sinα？
− ∂Q = ∂ [ρF (u + w2 + gs)] + ∂ [ρFw(h + w2 + gs)]
∂x ∂τ
2
∂x
2
问题：
（1）对于等直径水平管段内的稳态等温气体流动，沿着流动方向，气体 流速的变化趋势是什么？增大/减小/不变？
问题: （1）为什么在推导能量方程时没有考虑摩擦热?
（2）Q 的意义与教材上有什么区别？
Governing equations of gas flow in a pipe section

临界状态：气体等熵地改变速度到声速时所具有的状态,
ccr ,Tcr , pcr , cr 在等熵流气动函数中令Ma =1可得
Tcr 2
TT 1
pcr pT
2 1
1
1
cr T
2
1
1
三、 最大速度vmax
在等熵条件下温度降到绝对零度时的速度。
vm a x
2R 1
TT
1/ 2
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为了得到定常流动可以设想观察者随波面mn一起以速度c向右运气体相对于观察者定常地从右向左流动经过波面速度由c降为cdv而压强由p升高到pdp密度和温度分别由加到rdr在dt时间内流入和流出该控制面的气体质量应该相等即化简后得由于压缩波很薄作用在该波上的摩擦力可以忽略不计
第六章 气体的一维定常
流动
1
第五章讨论的是不可压缩流体的流动，例如对于液体，即 使在较高的压强下密度的变化也很微小，所以在一般情况下， 可以把液体看成是不可压缩流体。对于气体来说，可压缩的程 度比液体要大得多。但是当气体流动的速度远小于在该气体中 声音传播的速度（即声速）时，密度的变化也很小。例如空气 的速度等于50m/s，这数值比常温20℃下空气中的声速343m/s 要小得多，这时空气密度的相对变化仅百分之一。所以为简化 问题起见，通常也可忽略密度的变化，将密度近似地看作是常 数，即在理论上把气体按不可压缩流体处理。当气体流动的速 度或物体在气体中运动的速度接近甚至超过声速时，如果气体 受到扰动，必然会引起很大的压强变化，以致密度和温度也会 发生显著的变化，气体的流动状态和流动图形都会有根本性的 变化，这时就必须考虑压缩性的影响。气体动力学就是研究可 压缩流体运动规律以及在工程实际中应用的一门科学。本章中 仅主要讨论气体动力学中一些最基本的知识。

流体力学基础第一节空气在管道中流动的基本规律一、流体力学基础第一节空气在管道中流动的基本规律第一章流体力学基础第一节空气在管道中流动的基本规律工程流体力学以流体为对象，主要研究流体机械运动的规律，并把这些规律应用到有关实际工程中去。

涉及流体的工程技术很多，如水力电力，船舶航运，流体输送，粮食通风除尘与气力输送等，这些部门不仅流体种类各异，而且外界条件也有差异。

通风除尘与气力输送属于流体输送，它是以空气作为工作介质，通过空气的流动将粉尘或粒状物料输送到指定地点。

由于通风除尘与气力输送是借助空气的运动来实现的，因此，掌握必要的工程流体力学基本知识，是我们研究通风除尘与气力输送原理和设计、计算通风除尘与气力输送系统的基础。

本章中心内容是叙述工程流体力学基本知识，主要是空气的物理性质及运动规律。

一、流体及其空气的物理性质(一) 流体通风除尘与气力输送涉及的流体主要是空气。

流体是液体和气体的统称，由液体分子和气体分子组成，分子之间有一定距离。

但在流体力学中，一般不考虑流体的微观结构而把它看成是连续的。

这是因为流体力学主要研究流体的宏观运动规律它把流体分成许多许多的分子集团，称每个分子集团为质点，而质点在流体的内部一个紧靠一个，它们之间没有间隙，成为连续体。

实际上质点包含着大量分子，例如在体积为10-15厘米的水滴中包含着3×107个水分子，在体积为1毫米3的空气中有2.7×1016个各种气体的分子。

质点的宏观运动被看作是全部分子运动的平均效果，忽略单个分子的个别性，按连续质点的概念所得出的结论与试验结果是很符合的。

然而，也不是在所有情况下都可以把流体看成是连续的。

高空中空气分子间的平均距离达几十厘米，这时空气就不能再看成是连续体了。

而我们在通风除尘与气力输送中所接触到的流体均可视为连续体。

所谓连续性的假设，首先意味着流体在宏观上质点是连续的，其次还意味着质点的运动过程也是连续的。

有了这个假设就可以用连续函数来进行流体及运动的研究，并使问题大为简化。

k dV 1 V dp
( m2/N )
式中：dV —— 流体体积相对于V 的增量；
V —— 压强变化前(为 p 时)的流体体积；
dp —— 压强相对于p 的增量。
体积（弹性）模量：
K 1 Vdp k dV
K 不易压缩。
( N/m2 )
一般认为：液体是不可压缩的（在 p、T、v 变 化不大的“静态”情况下）。
五、质量力的势函数
对于不可压缩流体， =常数。 令p/ = w，因 p = p ( x, y, z )，则: w = w ( x, y, z )
由综合式有：
d (p/) = fxdx + fydy + fzdz = dw = (w/x)dx + (w/y)dy + (w/z)dz
得： fxd xfyd yfzdz x pd x p yd y p zdz
静压强的全微分
则： d p f x d f x y d f y z dz
—— 欧拉平衡微分方程的综合表达式
此式便于积分。对于各种不同质量力作用下流体 内的压强分布规律，均可由它积分得到。
3、流体的压缩性，一般可用体积压缩系数 k 和体积模量 K 来描述。 在压强变化不大时，液体可视为不可压缩流体。
4、粘性是流体最重要的物理性质。它是流体运动时产生内摩擦力，
抵抗剪切变形的一种性质。不同流体粘性的大小用动力粘度 或 运动粘度 来反映。温度是影响粘度的主要因素，随着温度升高， 液体的粘度下降。理想流体是忽略粘性的假想流体。
§1-1 流体力学研究的内容和方法
流体力学研究的主要内容：
1、建立描述流体平衡和运动规律的基本方程； 2、确定流体流经各种通道时速度、压强的分布 规律； 3、探求流体运动中的能量转换及各种能量损失 的计算方法； 4、解决流体与限制其流动的固体壁面间的相互 作用力。

流体力学知识点总结流体力学知识点总结第一章绪论1液体和气体统称为流体，流体的基本特性是具有流动性，只要剪应力存在流动就持续进行，流体在静止时不能承受剪应力。

2流体连续介质假设：把流体当做是由密集质点构成的，内部无空隙的连续体来研究。

3流体力学的研究方法：理论、数值、实验。

4作用于流体上面的力（1）表面力：通过直接接触，作用于所取流体表面的力。

ΔFΔPΔTAΔAVτ法向应力pA周围流体作用的表面力切向应力作用于A上的平均压应力作用于A上的平均剪应力应力为A点压应力，即A点的压强法向应力为A点的剪应力切向应力应力的单位是帕斯卡（pa），1pa=1N/㎡，表面力具有传递性。

（2）质量力：作用在所取流体体积内每个质点上的力，力的大小与流体的质量成比例。

（常见的质量力：重力、惯性力、非惯性力、离心力）单位为5流体的主要物理性质（1）惯性：物体保持原有运动状态的性质。

质量越大，惯性越大，运动状态越难改变。

常见的密度（在一个标准大气压下）：4℃时的水20℃时的空气（2）粘性huu+duUzydyx牛顿内摩擦定律：流体运动时，相邻流层间所产生的切应力与剪切变形的速率成正比。

即以应力表示τ—粘性切应力，是单位面积上的内摩擦力。

由图可知——速度梯度，剪切应变率（剪切变形速度）粘度μ是比例系数，称为动力黏度，单位“pa·s”。

动力黏度是流体黏性大小的度量，μ值越大，流体越粘，流动性越差。

运动粘度单位：m2/s同加速度的单位说明：1）气体的粘度不受压强影响，液体的粘度受压强影响也很小。

2）液体T↑μ↓气体T↑μ↑无黏性流体无粘性流体，是指无粘性即μ=0的液体。

无粘性液体实际上是不存在的，它只是一种对物性简化的力学模型。

（3）压缩性和膨胀性压缩性：流体受压，体积缩小，密度增大，除去外力后能恢复原状的性质。

T一定，dp增大，dv减小膨胀性：流体受热，体积膨胀，密度减小，温度下降后能恢复原状的性质。

P一定，dT增大，dV增大A液体的压缩性和膨胀性液体的压缩性用压缩系数表示压缩系数：在一定的温度下，压强增加单位P，液体体积的相对减小值。

渐变流
急变流 渐变流
急 变 流
均匀流和不均匀流
§3-7 过流断面的压强分布
p1
A

p2
Z1
Z2
均匀流断面上微小柱体的平衡
§3-7 过流断面的压强分布
粘滞阻力对垂直于流速方向的过流断面上压强 的变化不起作用。过流断面只考虑压力和重力 的平衡，和静止流体所考虑的一致。
能量方程式说明：理想不可压缩流体 恒定流动中，各断面总水头相等，单位 重量的总能量保持不变。
实际流体的流动中，由于粘性力的存在， 单位能量方程式为：
p1 u p2 u ' Z1 Z2 hl12 2g 2g
§3-6 恒定元流能量方程
2 1
2 2
1'
2'
h
p1
u2 0 2g p2
u 2 gh
p1 p2
1'
2'
2、u 2 g

2 1 2
u 2g h
'
第七节
过流断面的压强分布
流体内部作用的力：重力、粘性力、惯性力。 重力是不变的，粘性力与惯性力则与质点流速 有关。 流速的变化包括大小的变化和方向的变化 直线惯性力、离心惯性力
§3-7 过流断面的压强分布
p1dA ldA cos p2 dA 因为： l cos Z1 Z 2
p1
p1 (Z1 Z 2 ) p2
Z1
A
p1

Z2
p2


p2
Z2
Z1
所以：均匀流过 流断面上压强分 布服从于水静力 学规律。
§3-7 过流断面的压强分布

流体力学名词解释简答判断计算1．没有粘性的流体是实际流体。

错2．在静止、同种、不连续流体中，水平面就是等压面。

如果不同时满足这三个条件，水平面就不是等压面。

错3．水箱中的水经变径管流出，若水箱水位保持不变，当阀门开度一定时，水流是非恒定流动。

错4．紊流运动愈强烈，雷诺数愈大，层流边层就愈厚。

错5．Q1=Q2是恒定流可压缩流体总流连续性方程。

错6．水泵的扬程就是指它的提水高度。

错7．流线是光滑的曲线，不能是折线，流线之间可以相交。

错8．一变直径管段，A断面直径是B 断面直径的2倍，则B断面的流速是A 断面流速的4倍。

对9．弯管曲率半径Rc与管径d之比愈大，则弯管的局部损失系数愈大。

错10．随流动雷诺数增大，管流壁面粘性底层的厚度也愈大。

错1.相似现象可以不是同类物理现象。

（×）2.虹吸管中的水能爬到任意高度。

（×）3.气体粘度通常随温度升高而升高。

（∨）4.管内流动入口段与充分发展段流动特征有着较大差别。

（∨）5.理想流体粘度可以不为零。

（∨）6.流体做圆周运动不一定是有旋的。

（∨）7.超音速气体流动流速随断面的加大而减小。

（×）8.欧拉准数体现压力与重力之比。

（）9.雷诺数体现惯性力与粘性力之比。

（∨）10.简单并联管路总流量等于各支路流量之和。

（∨）11.理想流体的伯努利方程体现的是能量守恒。

（∨）12.非稳定流动指流动随时间变化。

（∨）13.当气体流速很高时，气体流动一般按不可压缩处理。

（×）14.非圆管道层流阻力计算时按当量直径计算误差较大。

（∨）15.粘性流体的流动一定是有旋流动。

（×）16.突扩改渐扩可以减少阻力损失。

（∨）17.温差射流将由于流体密度和环境的差异发生射流弯曲。

（∨）18.射流由于沿程不断卷吸导致质量流量增加。

（∨）11．流体力学中三个主要力学模型是（1）连续介质模型（2）不可压缩流体力学模型（3）无粘性流体力学模型。

(3分)12．均匀流过流断面上压强分布服从于水静力学规律。

流体机械原理 闻苏平主讲
伯努利方程的物理意义为： ① 表示叶轮所做机械功转换为级中流体的有用能量 (静压能和动能增加)的同时，还需付出一部分能量 克服流动损失或级中的所有损失； ② 它建立了机械能与气体压力p、流速c和能量损失 之间的相互关系； ③ 该方程适用一级，亦适用于多级整机或其中任一 通流通部件，这由所取的进出口截面而定； ④ 对于不可压缩流体来说应用伯努利方程计算压力 的升高是方便的。而对于可压缩流体，尚需获知压 力和密度的函数关系才能求解静压能头积分，这还 要联系热力学的基础知识加以解决。
流体机械原理 闻苏平主讲
解：
2 k 1 Cout T Tout kR 2 2 k 1 Cout (1.4 1) 202 * Tout Tout 350.58K 350.38K kR 2 1.4 287 2 * out
p 167145 ln out ln pin m 101300 2.8 m 1 Tout 350.38 ln ln 293 T in
流体机械原理 闻苏平主讲
n 常数 压缩过程方程：
2 c2 c12 Wtot C p T2 T1 2
hth
1
2
dp
2 2 c2 c1 hhyd 2
Wtot hth (1 l df )
Wtot hth hl hdf hloss hhyd hl hdf
流体机械原理 闻苏平主讲
流体机械原理 闻苏平主讲
流体机械原理 闻苏平主讲
流体机械原理 闻苏平主讲
将连续方程、欧拉方程、能量方程、伯努利方程、热力过程
方程和压缩功的表达式相关联，就可知流量和流体速度在机 器中的变化，而通常无论是级的进出口，还是整个压缩机的 进出口，其流速几乎相同，故这部分进出口的动能增量可略 而不计。同时还可获知由原动机通过轴和叶轮传递给流体的 机械能，而其中一部分有用能量即静压能头的增加，使流体 的压力得以提高，而另一部分是损失的能量，它是必须付出 的代价。还可获知上述静压能头增量和能量损失两者造成流 体温度(或焓)的增加，于是流体在机器内的速度、压力、温 度等诸参数的变化规律也就都知道了。