自考流体力学复习要点

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第一章绪论

物质的三种形态:固体、液体和气体。液体和气体统称为流体。

流体的基本特征:具有流动性。

所谓流动性,即流体在静止时不能承受剪切力,只要剪切力存在,流体就会流动。流体无论静止或流动,都不能承受拉力。

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。

质点:是指大小同所有流动空间相比微不足道,又含有大量分子,具有一定质量的流体微元。

作用在流体上的力按其作用方式可分为:表面力和质量力。

表面力:通过直接接触,作用在所取流体表面上的力(压力、摩擦力),在某一点用应力表示。

质量力:作用于流体的每个质点上且与流体质量成正比的力(重力、惯性力、引力),用单位质量力表示

流体的主要物理性质:惯性、粘性、压缩性和膨胀性。

惯性:物体保持原有运动状态的性质,其大小用质量表示。

密度:单位体积的质量,

粘性:是流体的内摩擦特性,或者是流体阻抗剪切变形速度的特性。流体粘性大小用粘度度量,粘度包括动力粘度μ和运动粘度υ

无粘性流体:指无粘性,即μ=0的流体。

不可压缩流体:指流体的每个质点在运动全过程中,密度不变化的流体。

压缩性:流体受压,分子间距减小,体积缩小的性质。

膨胀性:流体受热,分子间距增大,体积膨胀的性质。

压缩系数:在一定的温度下,增加单位压强,液体体积的相对减小值,,体积模量

体膨胀系数:在一定的压强下,单位温升,液体体积的相对增加值,(简答)简述气体和液体粘度随压强和温度的变化趋势及不同的原因。答:气体的粘度不受压强影响,液体的粘度受压强影响也很小;液体的粘度随温度升高而减小,气体的粘度却随温度升高而增大,其原因是:分子间的引力是液体粘性的主要因素,而分子热运动引起的动量交换是气体粘性的主要因素。

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第二章流体静力学

绝对压强pabs:以没有气体分子存在的完全真空为基准起算的压强。相对压强p:以当地大气压pa为基准起算的压强,各种压力表测得的压强为相对压强,相对压强又称为表压强或计示压强。

真空度pv:绝对压强小于当地大气压的数值。

测量压强做常用的仪器有:液柱式测压计和金属测压表。

液柱式测压计包括测压管、U形管测压计、倾斜式微圧计和压差计。平面上静水总压力的计算方法有:图算法和解析法。

潜体:全部浸入液体中的物体。

浮体:部分浸入液体中的物体。

阿基米德原理:液体作用于潜体或浮体上的总压力,只有铅垂向上的

浮力,大小等于所排开的液体重量,作用线通过潜体的几何中心。(简答)试述静止流体中应力的特性。

答:(1)应力的方向沿作用面的内法线方向;

(2)静压强的大小与作用面的方位无关。

流体平衡微分方程及物理意义:

物理意义:在静止流体中,各点单位质量流体所受质量力与表面力相平衡。

等压面的概念、性质及连通器内等压面的判断:

流体中压强相等的空间点构成的平面或曲面称为等压面。其性质是:等压面与质量力正交。在连通器内做水平面,若连通的一侧只有同一种液体,该平面就是等压面,否则不是等压面。

由液体静力学基本方程得到的结论(推论):

(1)静压强的大小与液体的体积无关;

(2)两点的压强差等于两点之间单位面积垂直液柱的重量;

(3)在平衡状态下,液体内任一点压强的变化等值地传递到其他各点。

压力体的概念、界定方法和分类:积分⎰=

Az

V

hdAz

表示的几何体积称为

压力体。界定方法:设想取铅垂线沿曲面边缘平行移动一周,割出以自由液面或延伸面为上底、曲面本身为下底的柱体就是压力体。分类:实压力体(Pz↓)、虚压力体(Pz↑)和压力体叠加。

第三章流体动力学基础

描述流体运动的两种方法:

拉格朗日法和欧拉法。除个别质点的运动问题外,都应用欧拉法。

拉格朗日法:是以个别质点为研究对象,观察该质点在空间的运动,然后将每个质点的运动情况汇总,得到整个流体的运动。质点的运动参数是起始坐标和时间变量t的连续函数。

欧拉法:是以整个流动空间为研究对象,观察不同时刻各空间点上流体质点的运动,然后将每个时刻的情况汇总起来,描述整个运动。空间点的物理量是空间坐标)和时间变量t的连续函数。

恒定流:各空间点上的运动参数都不随时间变化的流动。

非恒定流:各空间点上的运动参数随时间变化的流动。

一(二、三)元流:流体流动时各空间点上的运动参数是一(二、三)个空间坐标和时间变量的连续函数。

均匀流:流线是平行直线的流动。

非均匀流:流线不是平行直线的流动。

流线:表示某时刻流动方向的曲线,曲线上各质点的速度矢量都与该曲线相切。迹线:流体质点在一段时间内的运动轨迹。

流管:某时刻,在流场内任意做一封闭曲线,过曲线上各点做流线,所构成的管状曲面。

流束:充满流体的流管。

过流断面:与所有流线正交的横断面。

元流:过流断面无限小的流束,断面上各点的运动参数均相同。

总流:过流断面为有限大小的流束,断面上各点的运动参数不相同。

流量:单位时间内通过某一过流断面的流体量。以体积计为体积流量,简称流量;以质量计为质量流量;以重量计为重量流量

非均匀渐变流:在非均匀流中流线近似于平行直线的流动。

水头线:总流或元流沿程能量变化的几何图示。

水力坡度:单位流程内的水头损失。

(简答)流线有哪些主要性质?流线和迹线有无重合的情况?答:流线性质:(1)在恒定流中,流线的形状和位置不随时间变化;(2)在同一时刻,一般情况下流线不能相交或转折。在恒定流中流线与迹线重合,非恒定流中一般情况下两者不重合,但当速度方向不随时间变化只是速度大小随时间变化时,两者仍重合。

试述流动分类:(1)根据运动参数是否随时间变化,分为恒定流和非恒定流;(2)根据运动参数与空间坐标的关系,分为一元流、二元流和三元流;(3)根据流线是否平行,分为均匀流和非均匀流。

不可压缩流体的连续性微分方程:不可压缩流体运动必须满足该方程。

第四章流动阻力和水头损失

流动阻力:粘性流体运动时,流体内部流层之间存在相互作用的摩擦力,在边界变化处存在集中阻力,这两类力做功使机械能减少,这两类力称为流动阻力。

沿程阻力:在边界无变化的均匀流段上产生的流动阻力。

局部阻力:在边界急剧变化处产生的流动阻力。