2-流体力学基础知识

第二章计算流体力学的基本知识流体流动现象大量存在于自然界及多种工程领域中，所有这些工程都受质量守恒、动量守恒和能量守恒等基本物理定律的支配。

这章将首先介绍流体动力学的发展和流体力学中几个重要守恒定律及其数学表达式，最后介绍几种常用的商业软件。

2.1计算流体力学简介2.1.1计算流体力学的发展流体力学的基本方程组非常复杂，在考虑粘性作用时更是如此，如果不靠计算机，就只能对比较简单的情形或简化后的欧拉方程或N-S方程进行计算。

20世纪30～40年代，对于复杂而又特别重要的流体力学问题，曾组织过人力用几个月甚至几年的时间做数值计算，比如圆锥做超声速飞行时周围的无粘流场就从1943年一直算到1947年。

数学的发展，计算机的不断进步，以及流体力学各种计算方法的发明，使许多原来无法用理论分析求解的复杂流体力学问题有了求得数值解的可能性，这又促进了流体力学计算方法的发展，并形成了"计算流体力学"。

从20世纪60年代起，在飞行器和其他涉及流体运动的课题中，经常采用电子计算机做数值模拟，这可以和物理实验相辅相成。

数值模拟和实验模拟相互配合，使科学技术的研究和工程设计的速度加快，并节省开支。

数值计算方法最近发展很快，其重要性与日俱增。

自然界存在着大量复杂的流动现象，随着人类认识的深入，人们开始利用流动规律来改造自然界。

最典型的例子是人类利用空气对运动中的机翼产生升力的机理发明了飞机。

航空技术的发展强烈推动了流体力学的迅速发展。

流体运动的规律由一组控制方程描述。

计算机没有发明前，流体力学家们在对方程经过大量简化后能够得到一些线形问题解读解。

但实际的流动问题大都是复杂的强非线形问题，无法求得精确的解读解。

计算机的出现以及计算技术的迅速发展使人们直接求解控制方程组的梦想逐步得到实现，从而催生了计算流体力学这门交叉学科。

计算流体力学是一门用数值计算方法直接求解流动主控方程(Euler或Navier-Stokes方程)以发现各种流动现象规律的学科。

流体力学基础知识概述流体力学是研究流体运动及其力学性质的学科领域，它对于了解和分析自然界中的流体现象、工程设计和科学研究都具有重要的意义。

本文将对流体力学的基础知识进行概述，帮助读者对该领域有一个全面的了解。

一、流体的特性流体是一种连续变形的物质，其特性包括两个基本的属性：质量和体积。

质量是指流体的总重量，而体积则表示流体占据的空间。

流体还具有可压缩性和不可压缩性之分，可压缩流体如气体在受力时体积可变，不可压缩流体如液体则在受力时体积基本保持不变。

二、流体的力学性质1. 流体的静力学性质：静力学研究的是流体在静态平衡下的性质。

静力学方程描述了流体静力平衡的条件，在不同的情况下有不同的方程形式。

例如，对于不可压缩流体，静力平衡方程可以表示为斯托克斯定律。

2. 流体的动力学性质：动力学研究的是流体在运动状态下的性质。

根据流体的性质和流动条件，可以使用纳维-斯托克斯方程或欧拉方程来描述流体运动。

这些方程可以通过流体的质量守恒、动量守恒和能量守恒得到。

三、流体的流动类型根据流体的运动方式，流体力学将流动分为两种基本类型：层流和湍流。

层流是指流体以有序、平稳的方式流动，流线相互平行且不交叉；而湍流则是流体运动不规则、混乱的状态，流线交叉、旋转和变化。

层流和湍流的转变由雷诺数决定，雷诺数越大，流动越容易变为湍流。

雷诺数是流体力学中一个无量纲的参数，通过流体的密度、速度和长度等特性计算而来。

四、流体的流速分布流体在管道或河流等容器中的流速分布可以通过速度剖面来描述，速度剖面是指流体速度随离开管道中心轴距离的变化关系。

一般情况下，流体在靠近管道壁面处速度较小，在中心位置处速度较大。

速度剖面可用来研究流体流动的特性，例如通过计算剖面的斜率可以确定流体的平均速度。

此外，流体的速度分布还受到管道壁面的摩擦力和流体性质的影响。

五、流体的流量计算流量是指单位时间内通过某一横截面的流体体积，计算流体流量是流体力学中的一项重要任务。

流体力学基础知识一、流体的物理性质1、流动性流体的流动性是流体的基本特征，它是在流体自身重力或外力作用下产生的。

这也是流体容易通过管道输送的原因2、可压缩性流体的体积大小会随它所受压力的变化而变化，作用在流体上的压力增加，流体的体积将缩小，这称为流体的可压缩性。

3、膨胀性流体的体积还会随温度的变化而变化，温度升高，则体积膨胀，这称为流体的膨胀性。

4、粘滞性粘滞性标志着流体流动时内摩擦阻力的大小，它用粘度来表示。

粘度越大，阻力越大，流动性越差。

气体的粘度随温度的升高而升高，液体的粘度随温度的升高而降低。

二、液体静力学知识1、液体静压力及其基本特性液体静压力是指作用在液体内部距液面某一深度的点的压力。

液体静压力有两个基本特性：①液体静压力的方向和其作用面相垂直，并指向作用面。

②液体内任一点的各个方向的静压力均相等。

2、液体静力学基本方程Ｐ＝Ｐa＋ρgｈ式中Pa----大气压力ρ-----液体密度上式说明：液体静压力的大小是随深度按线性变化的。

3、绝对压力、表压力和真空①绝对压力：是以绝对真空为零算起的。

用Pj表示。

②表压力（或称相对压力）：以大气压力Pa为零算起的。

用Pb表示。

③真空：绝对压力小于大气压力，即表压Pb为负值。

绝对压力、表压力、真空之间的关系为：Pj=Pa+Pb三、液体动力学知识1、基本概念①液体的运动要素：液体流动时，液体中每一点的压力和流速，反映了流体各点的运动情况。

因此，压力和流速是流体运动的基本要素。

②流量和平均流速：假定流体在流过断面时，其各点都具有相同的流速，在这个流速下所流过的流量与同一断面各点以实际流速流动时所流过的流量相当，这个流速称为平均流速，记作V。

单位时间内，通过与管内液流方向相垂直的断面的液体数量，称为流量。

流量可分为体积流量Qv和质量流量Qm。

Qv=V AQm=ρV A③稳定流和非稳定流：稳定流是指流体流速和压力不随时间的变化而变化的流动，反之则为非稳定流。

流体力学水力学知识点总结一、流体力学基础知识1. 流体的定义：流体是一种具有流动性的物质，包括液体和气体。

流体的特点是没有固定的形状，能够顺应容器的形状而流动。

2. 流体的性质：流体具有压力、密度、粘性、浮力等基本性质。

这些性质对于流体的流动行为具有重要的影响。

3. 流体静力学：研究流体静止状态下的力学性质，包括压力分布、压力力和浮力等。

流体静力学奠定了流体力学的基础。

4. 流体动力学：研究流体在外力作用下的运动规律，包括速度场、流线、流量、动压、涡量等。

流体动力学研究的是流体的流动行为及其相关问题。

5. 流动方程：流体力学的基本方程包括连续方程、动量方程和能量方程。

这些方程描述了流体的运动规律，是解决流体力学问题的基础。

6. 流体模型：流体力学的研究对象是真实流体，但通常会采用模型来简化问题。

常见的模型包括理想流体模型、不可压缩流体模型等。

二、水力学基础知识1. 水的性质：水是一种重要的流体介质，具有密度大、粘性小、表面张力大等特点。

这些性质对于水力学问题具有重要影响。

2. 水流运动规律：水力学研究水的流动规律，包括静水压力分布、流速分布、流线形状等。

3. 基本水力学定律：包括质量守恒定律、动量守恒定律和能量守恒定律。

这些定律是解决水力学问题的基础。

4. 水流的计算方法：水力学中常用的计算方法包括流速计算、水头损失计算、管道流量计算等，这些方法是解决水力学工程问题的重要手段。

5. 水力学工程应用：水力学在工程中具有广泛的应用，包括水利工程、水电站设计、城市供水排水系统等方面。

6. 液体静力学：水力学中涉及了静水压力、浮力、气压等液体静力学问题。

这些问题对水力工程设计和建设具有重要影响。

三、近年来的流体力学与水力学研究进展1. 流固耦合问题：近年来，液固耦合问题成为流体力学与水力学领域的重点研究方向。

在这个方向上的研究主要涉及流固耦合现象的模拟、流固耦合系统的动力学特性等方面。

2. 多相流动问题：多相流动是指不同相的流体在空间和时间上相互混合流动的现象。

流体⼒学基础学习知识知识第⼀章流体⼒学基本知识学习本章的⽬的和意义：流体⼒学基础知识是讲授建筑给排⽔的专业基础知识，只有掌握了该部分知识才能更好的理解建筑给排⽔课程中的相关内容。

§1-1 流体的主要物理性质1．本节教学内容和要求：1.1本节教学内容：流体的4个主要物理性质。

1.2教学要求：（1）掌握并理解流体的⼏个主要物理性质（2）应⽤流体的⼏个物理性质解决⼯程实践中的⼀些问题。

1.3教学难点和重点：难点：流体的粘滞性和粘滞⼒重点：⽜顿运动定律的理解。

2．教学内容和知识要点：2.1 易流动性（1）基本概念：易流动性——流体在静⽌时不能承受切⼒抵抗剪切变形的性质称易流动性。

流体也被认为是只能抵抗压⼒⽽不能抵抗拉⼒。

易流动性为流体区别与固体的特性2.2密度和重度（1）基本概念：密度——单位体积的质量，称为流体的密度即：Mρ=VM——流体的质量，kg ;V——流体的体积，m3。

常温，⼀个标准⼤⽓压下Ρ⽔=1×103kg/ m3Ρ⽔银=13.6×103kg/ m3基本概念：重度：单位体积的重量，称为流体的重度。

重度也称为容重。

Gγ=VG——流体的重量，N ;V——流体的体积，m3。

∵G=mg ∴γ=ρg 常温，⼀个标准⼤⽓压下γ⽔=9.8×103kg/ m3γ⽔银=133.28×103kg/ m3密度和重度随外界压强和温度的变化⽽变化液体的密度随压强和温度变化很⼩，可视为常数，⽽⽓体的密度随温度压强变化较⼤。

2..3 粘滞性（1）粘滞性的表象基本概念：流体在运动时抵抗剪切变形的性质称为粘滞性。

当某⼀流层对相邻流层发⽣位移⽽引起体积变形时，在流体中产⽣的切⼒就是这⼀性质的表现。

为了说明粘滞性由流体在管道中的运动速度实验加以分析说明。

⽤流速仪测出管道中某⼀断⾯的流速分布如图⼀所⽰设某⼀流层的速度为u,则与其相邻的流层为u+du,du为相邻流层的速度增值，设相邻流层的厚度为dy，则du/dy叫速度梯度。

流体力学基础知识汇总流体力学是研究流体静力学和流体动力学的学科。

流体力学是物理学领域中的一个重要分支，广泛应用于工程学、地球科学、生物学等领域。

本文将从流体力学的基础知识出发，概述流体力学的相关内容。

一、流体静力学流体静力学研究的是静止的流体以及受力平衡的流体。

静止的流体不受外力作用时，其内部各点的压力相等。

根据帕斯卡定律，压强在静止的流体中均匀分布。

流体静力学的重要概念包括压强、压力、密度等。

压强是单位面积上受到的力的大小，而压力是单位面积上受到的力的大小和方向。

密度是单位体积内质量的多少，与流体的压力和温度有关。

二、流体动力学流体动力学研究的是流体在受力作用下的运动规律。

流体动力学的重要概念包括流速、流量、雷诺数等。

流速是单位时间内流体通过某一截面的体积。

流速与流量之间存在着直接的关系，流量等于流速乘以截面积。

雷诺数是描述流体流动状态的无量纲参数，用于判断流体流动的稳定性和不稳定性。

三、伯努利定律伯努利定律是流体力学中的一个重要定律，描述了流体在沿流线方向上的压力、速度和高度之间的关系。

根据伯努利定律，当流体在流动过程中速度增加时，压力会降低；当流体在流动过程中速度减小时，压力会增加。

伯努利定律在飞行、航海、液压等领域有着重要的应用。

四、黏性流体黏性流体是指在流动过程中会发生内部层滑动的流体。

黏性流体的流动过程受到黏性力的影响，黏性力会导致流体的内部发生剪切变形。

黏性流体的流动规律可以通过纳维-斯托克斯方程来描述。

黏性流体在润滑、液体运输、地质勘探等领域有着广泛的应用。

五、边界层边界层是指在流体与固体表面接触的区域，流体的速度在边界层内逐渐从0增加到与远离表面的流体速度相等。

边界层的存在会导致流体的阻力增加。

研究边界层的特性可以帮助理解流体与固体的相互作用，对于设计高效的流体系统具有重要意义。

流体力学是研究流体静力学和流体动力学的学科。

流体力学的基础知识包括流体静力学、流体动力学、伯努利定律、黏性流体和边界层等内容。