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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。
⼯程流体⼒学泵与风机课后答案第1章绪论1.1 试从⼒学分析的⾓度，⽐较流体与固体对外⼒抵抗能⼒的差别。
答：固体在承受⼀定的外⼒后才会发⽣形变;⽽流体只要承受任何切⼒都会发⽣流动，直到切⼒消失;流体不能承受拉⼒，只能承受压⼒。
1.2 何谓连续介质模型？为了研究流体机械运动的规律，说明引⽤连续介质模型的必要性和可能性。
答：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，这就是连续介质模型。
建⽴连续介质模型，是为了避开分⼦运动的复杂性，对流体物质的结构进⾏简化，建⽴连续介质模型后．流体运动中的物理量都可视为空间坐标和时间变址的连续函数．这样就可⽤数学分析⽅法来研究流体运动。
1.3 按作⽤⽅式的不同，以下作⽤⼒：压⼒、重⼒、引⼒、摩擦⼒、惯性⼒，哪些是表⾯⼒？哪些是质量⼒？答：压⼒、摩擦⼒是表⾯⼒；重⼒、引⼒、惯性⼒是质量⼒。
1.4 为什么说流体运动的摩擦阻⼒是内摩擦阻⼒？它与固体运动的摩擦⼒有何不同？答：上平板带动与其相邻的流层运动，⽽能影响到内部各流层运动，说明内部各流层间存在切向⼒，即内摩擦⼒，这就是黏滞性的宏观表象。
也就是说，黏滞性就是流体的内摩擦特性。
摩擦阻⼒存在于内部各流层之间，所以叫内摩擦阻⼒。
固体运动的摩擦⼒只作⽤于固体与接触⾯之间，内摩擦阻⼒作⽤于流体各流层之间。
1.5 什么是流体的粘滞性？它对流体流动有什么作⽤？动⼒粘滞系数µ和运动粘滞系数v有何区别及联系？答：黏滞性的定义⼜可表⽰为流体阻抗剪切变形的特性。
由于流体具有黏性,在流动时存在着内摩擦⼒,便会产⽣流动阻⼒，因⽽为克服流动阻⼒就必然会消耗⼀部分机械能。
消耗的这部分机械能转变为热，或被流体吸收增加了流体的内能,或向外界散失，从⽽使得推动流体流动的机械能越来越⼩。
运动黏滞系数是动⼒黏滞系数与密度的⽐。
1.6 液体和⽓体的粘度随着温度变化的趋向是否相同？为什么？答：⽔的黏滞系数随温度升⾼⽽减⼩，空⽓的黏滞系数则随温度升⾼⽽增⼤。
两种液体阻力及能量损失形式一、引言在日常生活中，我们经常会遇到液体阻力和能量损失的现象，特别是在涉及流体力学的领域。
液体阻力是指液体流动过程中对物体运动的阻碍，而能量损失则是指由于液体阻力所引起的能量消耗。
这两种现象在工程、物理学和运动学等领域都具有重要的意义。
本文将介绍两种主要的液体阻力形式和能量损失形式，并探讨它们对物体运动和系统效率的影响。
二、两种液体阻力形式1. 粘滞阻力粘滞阻力是液体流动中最常见的一种形式。
液体的粘滞阻力是由于其内部的分子之间相互作用而产生的，当物体在液体中运动时，粘滞阻力将阻碍其运动，并使其速度减慢。
粘滞阻力的大小与液体的粘度有关，粘度越大，粘滞阻力也越大。
2. 惯性阻力惯性阻力是液体流动中的另一种重要形式。
惯性阻力是由于液体内部的流动速度不均匀而产生的，当物体在液体中高速运动时，惯性阻力会由于液体的流动速度产生较大的压力差，从而产生一个相对于流动方向的反作用力。
惯性阻力的大小与物体的速度和形状有关，速度越大，形状越流线型，惯性阻力也越大。
三、两种能量损失形式1. 粘性耗散粘性耗散是由于液体粘滞阻力引起的能量消耗。
当物体在液体中运动时，液体分子会因为相互摩擦而产生能量损失。
这种能量损失是由液体分子间摩擦产生的，因此与液体粘度和物体的运动速度有关。
粘性耗散会使得物体的动能转化为热能，从而引起能量的损失。
2. 惯性耗散惯性耗散是由于液体惯性阻力引起的能量消耗。
当物体在液体中高速运动时，液体的流动速度不均匀，从而产生了惯性阻力。
这种惯性阻力会导致能量的损失，使得物体的动能转化为其他形式的能量，比如声能等。
惯性耗散的大小与物体的速度和形状有关，速度越大，形状越流线型，惯性耗散也越大。
四、阻力和能量损失对物体运动的影响液体的阻力和能量损失对物体运动具有很大影响。
液体的阻力会对物体的速度和加速度产生影响。
粘滞阻力和惯性阻力都会使物体的速度减小，并且粘滞阻力对速度的减小影响更为显著。
第六章流动阻力及能量损失本章主要研究恒定流动时，流动阻力和水头损失的规律。
对于粘性流体的两种流态——层流与紊流，通常可用下临界雷诺数来判别，它在管道与渠道内流动的阻力规律和水头损失的计算方法是不同的。
对于流速，圆管层流为旋转抛物面分布，而圆管紊流的粘性底层为线性分布，紊流核心区为对数规律分布或指数规律分布。
对于水头损失的计算，层流不用分区，而紊流通常需分为水力光滑管区、水力粗糙管区及过渡区来考虑。
本章最后还阐述了有关的边界层、绕流阻力及紊流扩散等概念。
第一节流态判别一、两种流态的运动特征1883年英国物理学家雷诺（Reynolds O.）通过试验观察到液体中存在层流和紊流两种流态。
1.层流观看录像1-层流层流（laminar flow），亦称片流：是指流体质点不相互混杂，流体作有序的成层流动。
特点：（1）有序性。
水流呈层状流动，各层的质点互不混掺，质点作有序的直线运动。
（2）粘性占主要作用，遵循牛顿内摩擦定律。
（3）能量损失与流速的一次方成正比。
（4）在流速较小且雷诺数Re较小时发生。
2.紊流观看录像2－紊流紊流（turbulent flow），亦称湍流：是指局部速度、压力等力学量在时间和空间中发生不规则脉动的流体运动。
特点：（1）无序性、随机性、有旋性、混掺性。
流体质点不再成层流动，而是呈现不规则紊动，流层间质点相互混掺，为无序的随机运动。
（2）紊流受粘性和紊动的共同作用。
（3）水头损失与流速的1.75~2次方成正比。
（4）在流速较大且雷诺数较大时发生。
二、雷诺实验如图6-1所示，实验曲线分为三部分：（1）ab段：当υ<υc时，流动为稳定的层流。
（2）ef段：当υ>υ''时，流动只能是紊流。
（3）be段：当υc<υ<υ''时，流动可能是层流（bc段），也可能是紊流（bde段），取决于水流的原来状态。
图6-1图6-2观看录像3观看录像4观看录像5实验结果（图6-2）的数学表达式层流：m1=1.0, h f=k1v , 即沿程水头损失与流线的一次方成正比。
第六章流动阻力及能量损失本章主要研究恒定流动时，流动阻力和水头损失的规律。
对于粘性流体的两种流态——层流与紊流，通常可用下临界雷诺数来判别，它在管道与渠道内流动的阻力规律和水头损失的计算方法是不同的。
对于流速，圆管层流为旋转抛物面分布，而圆管紊流的粘性底层为线性分布，紊流核心区为对数规律分布或指数规律分布。
对于水头损失的计算，层流不用分区，而紊流通常需分为水力光滑管区、水力粗糙管区及过渡区来考虑。
本章最后还阐述了有关的边界层、绕流阻力及紊流扩散等概念。
第一节流态判别一、两种流态的运动特征1883年英国物理学家雷诺（Reynolds O.）通过试验观察到液体中存在层流和紊流两种流态。
1.层流观看录像1-层流层流（laminar flow），亦称片流：是指流体质点不相互混杂，流体作有序的成层流动。
特点：（1）有序性。
水流呈层状流动，各层的质点互不混掺，质点作有序的直线运动。
（2）粘性占主要作用，遵循牛顿内摩擦定律。
（3）能量损失与流速的一次方成正比。
（4）在流速较小且雷诺数Re较小时发生。
2.紊流观看录像2－紊流紊流（turbulent flow），亦称湍流：是指局部速度、压力等力学量在时间和空间中发生不规则脉动的流体运动。
特点：（1）无序性、随机性、有旋性、混掺性。
流体质点不再成层流动，而是呈现不规则紊动，流层间质点相互混掺，为无序的随机运动。
（2）紊流受粘性和紊动的共同作用。
（3）水头损失与流速的1.75~2次方成正比。
（4）在流速较大且雷诺数较大时发生。
二、雷诺实验如图6-1所示，实验曲线分为三部分：（1）ab段：当υ<υc时，流动为稳定的层流。
（2）ef段：当υ>υ''时，流动只能是紊流。
（3）be段：当υc<υ<υ''时，流动可能是层流（bc段），也可能是紊流（bde段），取决于水流的原来状态。
图6-1图6-2观看录像3观看录像4观看录像5实验结果（图6-2）的数学表达式层流：m1=1.0, h f=k1v , 即沿程水头损失与流线的一次方成正比。
紊流：m2=1.75~2.0, h f =k2v1.75~2.0，即沿程水头损失h f与流速的1.75~2.0次方成正比。
层流：紊流：三、层流、紊流的判别标准——临界雷诺数临界雷诺数上临界雷诺数：层流→紊流时的临界雷诺数，它易受外界干扰，数值不稳定。
下临界雷诺数：紊流→层流时的临界雷诺数，是流态的判别标准，它只取决于水流边界的形状，即水流的过水断面形状。
变直径管流中，细断面直径d1，粗断面直径d2=2d1，则粗细断面雷诺数关系是。
圆管流（5-1）层流紊流明渠流（5-2）式中：R——水力半径，R=A/P；A——过水断面面积；P——湿周，即断面中固体边界与流体相接触部分的周长。
录像6例：某段自来水管，d=100mm，v=1.0m/s。
水温10℃，（1）试判断管中水流流态？（2）若要保持层流，最大流速是多少？解:（1）水温为10℃时，水的运动粘度，由下式计算得：则：即：圆管中水流处在紊流状态。
（2）要保持层流，最大流速是0.03m/s。
问题：怎样判别粘性流体的两种流态——层流和紊流？用下临界雷诺数Re c来判别。
当雷诺数Re<Re c时，流动为层流，Re>Re c时,流动为紊流。
当为圆管流时,＝2300，当为明渠流时。
(R为水力半径)问题：为何不能直接用临界流速作为判别流态（层流和紊流）的标准？因为临界流速跟流体的粘度、流体的密度和管径（当为圆管流时）或水力半径（当为明渠流时）有关。
而临界雷诺数则是个比例常数，对于圆管流为2300（2000），对于明渠流为575（500），应用起来非常方便。
思考题1.雷诺数与哪些因数有关？其物理意义是什么？当管道流量一定时，随管径的加大，雷诺数是增大还是减小？2.为什么用下临界雷诺数，而不用上临界雷诺数作为层流与紊流的判别准则？3.当管流的直径由小变大时，其下临界雷诺数如何变化？1答案：雷诺数与流体的粘度、流速及水流的边界形状有关。
Re=惯性力/粘滞力,随d增大，Re减小。
2 答：上临界雷诺数不稳定，而下临界雷诺数较稳定，只与水流的过水断面形状有关。
3答：不变，临界雷诺数只取决于水流边界形状，即水流的过水断面形状。
第二节不可压缩流体恒定圆管层流一、恒定均匀流沿程损失的基本方程1.恒定均匀流的沿程水头损失图6-3在均匀流中，有v1=v2，图6-3列1-1断面与2-2断面的能量方程（4-15），得：（6-3）说明：（1）在均匀流情况下，两过水断面间的沿程水头损失等于两过水断面间的测压管水头的差值，即液体用于克服阻力所消耗的能量全部由势能提供。
（2）总水头线坡度J沿程不变，总水头线是一倾斜的直线。
2.均匀流基本方程式取断面1及2间的流体为控制体：（6-4）均匀流基本方程式（6-5）式中R=A/P为水力半径。
适用范围：适用于有压或无压的恒定均匀层流或均匀紊流。
观看动画7二、切应力分布如图6-4（a）所示一水平恒定圆管均匀流，R=r0/2，则由式（6-5）可得（6-6）同理可得：（6-7）所以圆管层流的切应力分布为（6-8）或（6-9）物理意义：圆管均匀流的过水断面上，切应力呈直线分布，管壁处切应力为最大值τ0，管轴处切应力为零（图6-4(b)）。
图6-4问题：圆管层流流动过流断面上切应力分布为：A.在过流断面上是常数；B.管轴处是零，且与半径成正比；C.管壁处是零，向管轴线性增大；D. 按抛物线分布。
三、流速分布牛顿内摩擦定律图6-4(b)积分得：又边界上r=r0时，u=0代入得：1.圆管层流的流速分布（6-10）物理意义：圆管层流过水断面上流速分布呈旋转抛物面分布。
2.最大流速圆管层流的最大速度在管轴上（r=0）：（6-11）3.断面平均流速（6-12）即圆管层流的平均流速是最大流速的一半。
问题：在圆管流中，层流的断面流速分布符合：A.均匀规律；B.直线变化规律；C.抛物线规律；D. 对数曲线规律。
问题：圆管层流，实测管轴线上流速为4m／s，则断面平均流速为：A. 4m／s；B. 3.2m／s；C. 2m／s；D. 1m／s。
四、沿程损失圆管层流的沿程水头损失可由式（6-12）求得：（6-13）式中：——沿程阻力系数。
物理意义：圆管层流中，沿程水头损失与断面平均流速的一次方成正比，而与管壁粗糙度无关。
适用范围：1.只适用于均匀流情况，在管路进口附近无效。
2.推导中引用了层流的流速分布公式，但可扩展到紊流，紊流时l值不是常数。
填空：圆管层流，实测管轴线上流速为4m/s，则断面平均流速为m/s。
例1 ρ=0.85g/cm3的油在管径100mm,v=0.18cm2/s的管中以v=6.35cm/s的速度作层流运动，求（1）管中心处的最大流速；（2）在离管中心r=20mm处的流速；（3）沿程阻力系数λ；（4）管壁切应力τ0及每km管长的水头损失。
解 :（1）求管中心最大流速，由式（6-12）得（2）离管中心r=20mm处的流速，由式（6-10）得（3）沿程阻力系数先求出Re（层流）则（4）切应力及每千米管长的水头损失例 2 应用细管式粘度计测定油的粘度，已知细管直径d=6mm，测量段长l=2m ，如图6-5。
实测油的流量Q=77cm3/s，水银压差计的读值h p=30cm，油的密度ρ=900kg/m3。
试求油的运动粘度和动力粘度。
解: 列细管测量段前、后断面能量方程（4-15）设为层流图6-5校核状态，为层流。
五、圆管流的起始段图6-6中起始段长度l’：从进口速度接近均匀到管中心流速到达最大值的距离。
图6-6且式中α,b为系数，随入口后的距离而改变。
在计算h f时，若管长l>>l´，则不考虑起始段，否则要加以考虑分别计算。
思考题1.圆管层流的切应力、流速如何分布？答：直线分布，管轴处为0，圆管壁面上达最大值；旋转抛物面分布，管轴处为最大，圆管壁面处为0。
2.如何计算圆管层流的沿程阻力系数？该式对于圆管的进口段是否适用？为什么？答：否；非旋转抛物线分布3.为什么圆管进口段靠近管壁的流速逐渐减小，而中心点的流速是逐渐增大的？答：连续性的条件的要求：流量前后相等（流量的定义）第三节紊流理论基础一、紊流的特点无序性：流体质点相互混掺，运动无序，运动要素具有随机性。
耗能性：除了粘性耗能外，还有更主要的由于紊动产生附加切应力引起的耗能。
扩散性：除分子扩散外，还有质点紊动引起的传质、传热和传递动量等扩散性能。
观看录像4观看录像2二、紊流切应力表达式1.紊流运动要素的脉动及其时均化时间平均流速：流体质点的瞬时速度始终围绕着某一平均值而不断跳动（即脉动），这一平均值就称作时间平均流速（图6-7）。
图6-7（6-14）或紊流度N可以表示紊动的程度：§脉动量的特点：脉动量的时均值为零，即。
各脉动量的均方值不等于零，即。
想一想：紊流的瞬时流速、时均流速、脉动流速、断面平均流速有何联系和区别？答案：瞬时流速，为某一空间点的实际流速，在紊流流态下随时间脉动；时均流速，为某一空间点的瞬时速度在时段T内的时间平均值；脉动速度与时均速度的叠加等于瞬时速度；断面平均速度v，为过流断面上各点的流速（紊流是时均速度）的断面平均值。
2.紊流切应力紊流流态下，紊流切应力：（6-15）矩形断面风洞中测得的切应力数据如图6-8：图6-8说明：1）在雷诺数较小时，脉动较弱，粘性切应力占主要地位。
2）雷诺数较大时，脉动程度加剧，紊流附加切应力加大，在已充分发展的紊流中，粘性切应力与紊流附加切应力相比忽略不计。
3）沿断面切应力分布不同，近壁处以粘性切应力为主（称粘性底层）。
想一想：紊流时的切应力有哪两种形式？它们各与哪些因素有关？各主要作用在哪些部位？答：粘性切应力——主要与流体粘度和液层间的速度梯度有关，主要作用在近壁处。
附加切应力——主要与流体的脉动程度和流体的密度有关，主要作用在紊流核心处脉动程度较大地方。
a.粘性切应力τv：从时均紊流的概念出发，各液层之间存在着粘性切应力：式中: ——时均流速梯度。
b.紊流附加切力τt:液体质点的脉动导致了质量交换，形成了动量交换和质点混掺，从而在液层交界面上产生了紊流附加切应力τt：的推导观看动画8由动量定律可知：动量增量等于紊流附加切应力△T产生的冲量（图6-9），即：由质量守恒定律得：图6-9符号相反由此可得二元紊流切应力表达式（6-16）注意：紊流附加切应力是由微团惯性引起的，只与流体密度和脉动强弱有关，而与流体粘性无直接关系。
判断：紊流附加切应力与粘性切应力均与流体的密度和脉动强度有关。
你的回答：对错3.紊流动量传递理论——普兰特混合长度理论紊流附加切应力中，脉动流速均为随机量，不能直接计算，无法求解切应力。
