流体力学基础知识

第一章，绪论1、质量力：质量力是作用在流体的每一个质点上的力。

其单位是牛顿，N。

单位质量力：没在流体中M点附近取质量为d m的微团，其体积为d v，作用于该微团的质量力为dF，则称极限lim(dv→M)dF/dm=f，为作用于M点的单位质量的质量力，简称单位质量力。

其单位是N/kg。

2、表面力：表面力是作用在所考虑的或大或小得流体系统（或称分离体）表面上的力。

3、容重：密度ρ和重力加速度g的乘积ρg称容重，用符号γ表示。

4、动力黏度μ：它表示单位速度梯度作用下的切应力，反映了黏滞性的动力性质。

其单位为N/（㎡·s），以符号Pa·s表示。

运动黏度ν：是单位速度梯度作用下的切应力对单位体积质量作用产生的阻力加速度。

国际单位制单位㎡/s。

动力黏度μ与运动黏度ν的关系：μ=ν·ρ。

5、表面张力：由于分子间的吸引力，在液体的自由表面上能够承受的极其微小的张力称为表面张力。

毛细管现象：由于表面张力的作用，如果把两端开口的玻璃细管竖立在液体中，液体就会在细管中上升或下降h高度的现象称为毛细管现象。

6、流体的三个力学模型：①“连续介质”模型；②无黏性流体模型；③不可压缩流体模型。

（P12，还需看看书，了解什么是以上三种模型！）。

第二章、流体静力学1、流体静压强的两个特性：①其方向必然是沿着作用面的内法线方向；②其大小只与位置有关，与方向无关。

2、a流体静压强的基本方程式：①P=Po+rh，式中P指液体内某点的压强，Pa(N/㎡)；Po指液面气体压强，Pa(N/㎡)；r指液体的容重，N/m³；h指某点在液面下的深度，m；②Z+P/r=C（常数），式中Z指某点位置相对于基准面的高度，称位置水头；P/r指某点在压强作用下沿测压管所能上升的高度，称压强水头。

两水头中的压强P必须采用相对压强表示。

b流体静压强的分布规律的适用条件：只适用于静止、同种、连续液体。

3、静止均质流体的水平面是等压面；静止非均质流体（各种密度不完全相同的流体——非均质流体）的水平面是等压面，等密度和等温面。

4、压强的两种计算基准：绝对压强和相对压强。

以绝对真空为零点起算的压强，称为绝对压强，以P′表示。

以当地同高程的大气压强Pa为零点起算的压强，称为相对压强，以P表示。

当相对压强为负值时，称为负压。

负压的绝对值称为真空度（即真空表读数），以Pv表示。

5、压强的三种质量单位：1atm=101.325KPa=10.33mH2O=760mmHg1at=1Kgf/cm²=10mH2O=736mm6、常用的液柱测压计有：测压管、压差管、微压计。

7、求作用于平面的液体压力的2种方法：①解析法：作用在任意位置，任意形状平面上的水静压力值等于受压面面积与其形心点所受水静压强的乘积。

②图解法：作用于平面的水静压力数值上等于压强分布图形的体积。

这个体积是以压强分布图形面积为底面积乘以矩形宽度b为高所组成。

8、求曲面上水静压力时，一般将其分为水平方向和铅直方向的分力分别进行计算。

①作用于曲面上的水静压力P的水平分力Px等于该曲面的铅直投影面上的水静压力。

②作用于曲面上的水静压力P的铅直分力Pz等于气压力体内的水重。

第三章、一元流体动力学基础1、描述流体运动的两种方法：①拉格朗日法；②欧拉法。

对比拉格朗日法和欧拉法的不同变量，可以看出两者的区别：前者以a,b,c 为变量，是一定点为对象；后者以x,y,z为变量，是以固定空间点为对象。

2、非恒定流动：流速等物量的空间分布与时间有关的流动。

恒定流动：运动平衡的流动，流场中各点流速不随时间变化，由流速决定的压强，黏性力和惯性力也不随时间变化的流动成为恒定流动。

3、流线：在采用欧拉法描述流体运动时，为了反映流场中的流速，分析流场中的流动，常用形象化的方法直接在流场中绘出反映流动方向的一系列线条，这就是流线。

同一质点在各不同时刻所占有的空间位置联成的空间曲线称为迹线。

4、流管：在流场内，取任意非流线的封闭曲线l。

经此曲线上的全部点作流线，这些流线组成的管状流面，称为管流。

流管以内的流体，称为流束。

垂直于流束的断面称为流束的过流断面。

当流束的过流断面无限小时，这根流束就称为元流。

在本专业实际中，用以输送流体的管道流动，由于流场具有长形流动的几何形态，整个流动可以看作无数元流相加，这样的流动总体称为总流。

5，根据流速是否随流面变化，分为均匀流动和不均匀流动。

不均匀流动又按流速随流向变化的缓急，分为渐变流动和急变流动。

（注意图）6、恒定总流能量方程式推导成立条件：①是在恒定流前提下进行的；②是以不可压缩流体为基础的；③是将断面选在渐变流段；④是在两断面间没有能量输入或输出的情况下提出的；⑤是根据两断面间没有分流或合流的情况下推导的；⑥推导用到了均匀流过流断面上的压强分布规律，因此，断面上的压强P和位置高度Z必须取同一点的值。

但该点可以在断面上任取。

7、求流速的一般步骤是：分析流动，划分断面，选择基面，写出方程。

8、我们将流段占有的空间称为控制体。

控制体的一般定义：控制体是根据问题需要所选择的相对于坐标系为固定的空间体积。

第四章、流动阻力和能量损失1、沿程损失：在边壁沿程不变的管道上，流动阻力沿程也基本不变，称这类阻力位沿程阻力。

克服沿程阻力引起的能量损失为沿程损失。

局部损失：在边界急剧变化的区域，阻力主要地集中在该区域内极其附近，这种集中分布的阻力称为局部阻力。

克服局部阻力的能量损失称为局部损失。

2、水头损失: 沿程：hf=λ（ι/d）·(v²/2g) 局部：hm=ξ·v²/2g压强损失：沿程：Pf=λ(ι/d)·(ρv²/2) 局部：Pm=ξ·v²/2g式中：ι-管长； d-管径 v-断面平均流速； g-重力加速度；λ-沿程阻力系数；ξ-局部阻力系数3、两种流态：层流、紊流。

流态的判别条件是：层流：Re=vd/ν<2000；紊流：Re=vd/ν>2000；Re=vdρ/μ=vd/ν Re叫做雷诺数。

临界流速的雷诺数称临界雷诺数，用Rek 表示，Rek=Vkd/ν=2000。

4、在邻近管壁的极小区域存在着很薄的一层流体，由于固体壁面的阻滞作用，流速较小，因而仍保持为层流运动。

该流层称为层流底层。

管中心部分为紊流核心。

5、圆管层流的沿程阻力系数的计算式：λ=64/Re6、沿程损失系数λ的变化可归纳如下：Ⅰ、层流区λ=f1(Re)；Ⅱ、临界过渡区λ=f2(Re)；Ⅲ、紊流光滑区λ=f2(Re)；Ⅳ、紊流光滑区λ=f3(Re，k/d)；Ⅴ、紊流粗糙区（阻力平方区）λ=f(k/d)。

7、所谓当量糙粒高度，就是指和工业管道粗糙区λ值相等的同直径尼古拉兹粗糙管的糙粒高度。

8、水力半径R的定义为过流断面面积A和湿周χ之比。

R=A/χ。

所谓湿周，即过流断面上流体和固体壁面接触的周界。

第五章、孔口管嘴管路流动1、在容器侧壁或底壁上开一孔口，容器中的液体自孔口出流到大气中，称为孔口自由出流。

如果出流到充满液体的空间，则称为淹没出流。

两者的异同点：自由出流作用水头：H0=（Z A-Z C）+(P A-P C)/r+αA V²A/2g淹没出流作用水头：H0=（H1-H2）+(P1-P2)/r+（α1V1²-α2V2²）/2g自由出流：Vc=（2gH0）½／(αc+ξ1)½=φ(2gH0)½自由出流：Q=μA(2gH0)½淹没出流：Vc=（2gH0）½／(ξ1﹢ξ2)½=φ(2gH0)½淹没出流：Q=μA(2gH0)½可知：对比自由出流，φ、μ相同，只是作用水头H0速度头略有不同，自由出流时上游速度头全部转化为作用水头，而淹没出流时，仅上下游速度头之差转化为作用水头。

2、所谓简单管路，就是具有相同管径d，相同流量Q的管段，它是组成各种复杂管路的基本单元。

3、Sp、S H对已给定的管路是一个定数，它综合反映了管道上的沿程阻力和局部阻力情况，故称为管路阻抗。

4、串联、并联管路的特点：①串联：a流量相等：Q1=Q2=Q3；b阻抗叠加：S=S1+S2+S3②并联：a总流量为各支管中流量之和：Q=Q1+Q2+Q3；b阻力损失相等：h l1=h l2=h l3=h la-b；c总的阻抗平方根倒数等于各支管阻抗平方根倒数之和：1/S½≒1/S 1½+1/S2½+1/S3 ½5、有压管中运动着的液体，由于阀门或水泵突然关闭，使得液体速度和动量发生急剧变化，从而引起液体压强的骤然变化，这种现象称为水击。

水击所产生的增压波和减压波交替进行，对管壁或阀门的作用有如锤击一样，故又称为水锤。

避免这两种现象发生的措施：①增加管路关闭（或开启）时间Ts，使过程延长；②在管路中装置各种安全瓣，这样在水锤发生瞬间有安全瓣将部分水从水管中放出，或把部分空气引入管中。

第六章、气体射流1、出流空间大小，对射流的流动有很大影响。

出流到无限大空间中，流动不受固体边壁的限制，为无限空间射流，又称自由射流。

反之，为无限空间射流，又称受限射流。

自由射流和受限射流的区别：出流空间的大小不同，一个是出流到无限大空间中，一个是出流到有限空间中。

2、气体射流的两个动力特征：①射流中任意点上的静压强均等于周围气体压强。

②各横截面上动量相等——动量守恒。

3、气体从狭长缝隙中外射运动时，射流只能在垂直条缝长度的平面上扩散运动。

如果条缝相当长，这种流动可视为平面运动，故称平面射流。

4、在采暖通风空调工程中，常采用冷风降温，热风采暖，这时就要用温差射流。

将有害气体及灰尘浓度降低就要用浓度射流。

所谓温差浓度射流就是射流本身的温度或浓度与周围气体的温度、浓度有差异。

（考填空题）第七章、不可压缩流体动力学基础1、流体微团的基本运动形式有：平移运动、旋转运动和变形运动等，而变形运动又包括线变形和角变形两种。

2、有旋流动：流体微团的旋转角速度在流场内不完全为零的流动。

无旋流动：流动场中各点旋转角速度等于零的运动。

第八章、绕流运动1、升力：流体垂直于来流方向作用在物体上的力；阻力：流体平行于来流方向作用在物体上的力。

2、绕流阻力由两部分组成，即摩擦阻力和形状阻力。

附面层：是流速低于来流速度μ0，流体作黏性流体的有旋流动，发生在紧靠物体表面的一个流速梯度很大的流体薄层。

3、形状阻力：主要指流体绕曲面体或具有锐缘棱角的物体流动时，附面层要发生分离，从而旋涡所造成的阻力。

这种阻力与物体形状有关，故称为形状阻力。

4、卡门涡街：物体后面形成有规则的交错排列的旋涡组合，称为卡门涡街。

第十章、相似性原理和因次分析1、几何相似：是指流动空间几何相似。