流体力学知识点总结
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流体力学知识点大全-吐血整理1. 从力学角度看,流体区别于固体的特点是:易变形性,可压缩性,粘滞性和表面张力。
2. 牛顿流体: 在受力后极易变形,且切应力与变形速率成正比的流体。
即τ=μ*du/dy 。
当n<1时,属假塑性体。
当n=1时,流动属于牛顿型。
当n>1时,属胀塑性体。
3. 流场: 流体运动所占据的空间。
流动分类 时间变化特性: 稳态与非稳态空间变化特性: 一维,二维和三维流体内部流动结构: 层流和湍流流体的性质: 黏性流体流动和理想流体流动;可压缩和不可压缩流体运动特征: 有旋和无旋;引发流动的力学因素: 压差流动,重力流动,剪切流动4. 描述流动的两种方法:拉格朗日法和欧拉法拉格朗日法着眼追踪流体质点的流动,欧拉法着眼在确定的空间点上考察流体的流动5. 迹线:流体质点的运动轨迹曲线流线:任意时刻流场中存在的一条曲线,该曲线上各流体质点的速度方向与该曲线的速度方向一致性质 a.除速度为零或无穷大的点以外,经过空间一点只有一条流线 b.流场中每一点都有流线通过,所有流线形成流线谱c .流线的形状和位置随时间而变化,稳态流动时不变迹线和流线的区别:流线是同一时刻不同质点构成的一条流体线;迹线是同一质点在不同时刻经过的空间点构成的轨迹线。
稳态流动下,流线与迹线是重合的。
6. 流管:流场中作一条不与流线重合的任意封闭曲线,通过此曲线的所有流线构成的管状曲面。
性质:①流管表面流体不能穿过。
②流管形状和位置是否变化与流动状态有关。
7.涡量是一个描写旋涡运动常用的物理量。
流体速度的旋度▽xV 为流场的涡量。
有旋流动:流体微团与固定于其上的坐标系有相对旋转运动。
无旋运动:流场中速度旋度或涡量处处为零。
涡线是这样一条曲线,曲线上任意一点的切线方向与在该点的流体的涡量方向一致。
8. 静止流体:对选定的坐标系无相对运动的流体。
不可压缩静止流体质量力满足 ▽x f=09. 匀速旋转容器中的压强分布p=ρ(gz -22r2ω)+c10. 系统:就是确定不变的物质集合。
化工原理流体流动知识点总结化工原理中的流体流动是指在化工过程中物质(气体、液体或固体颗粒)在管道、设备或反应器中的运动过程。
了解流体流动的知识对于化工工程师来说至关重要。
下面是关于流体流动的一些重要知识点的总结。
1.流体的物理性质:-流体可以是气体、液体或固体颗粒。
气体和液体的主要区别在于分子之间的相互作用力和分子间距。
-流体的物理性质包括密度、黏度、表面张力、压力和流速等。
2.流体的运动方式:- 流体的运动可以是层流(Laminar flow)或紊流(Turbulent flow)。
-在层流中,流体以平行且有序的方式流动,分子之间的相互作用力主导着流动。
-在紊流中,流体以非线性和混乱的方式运动,分子之间的相互作用力相对较小,惯性和湍流运动主导着流动。
3.流体的流动方程:-流体流动可以通过连续性方程、动量方程和能量方程来描述。
-连续性方程(质量守恒方程)描述了流体在空间和时间上的质量守恒关系。
-动量方程描述了流体中的力平衡关系,包括压力梯度、黏度和惯性力等因素。
-能量方程描述了流体中的能量守恒关系,包括热传导、辐射和机械能转化等因素。
4.管道流动:-管道中的流体流动可以是单相(单一组分)或多相(多个组分)。
-管道流动的主要参数包括流速、压力损失和摩阻系数等。
- 常用的管道流动方程包括Bernoulli方程、Navier-Stokes方程和Darcy-Weisbach方程等。
5.流体输送:-流体输送是指将流体从一个地点输送到另一个地点的过程。
-在流体输送中,常用的设备和装置包括泵、压缩机、阀门、流量计和管道系统等。
-输送过程中要考虑流体的性质、流速、压力损失以及设备的选型和操作条件等因素。
6.流体混合与分离:-流体混合和分离是化工过程中常见的操作。
-混合可以通过搅拌、喷淋、气体分散等方法实现。
-分离可以通过过滤、沉淀、蒸馏、萃取和膜分离等方法实现。
7.流体力学实验:-流体力学实验是研究流体流动和相应现象的方法之一-常用的流体力学实验包括流速测量、压力测量、流动可视化和摩擦系数测定等。
简答题 1.什么是等压面?等压面有什么性质? 压强相等的点组成的面。 性质:1)等压面与质量力正交。 2)质量力只有重力作用的流体的等压面是水平面。 3)等压面就是等势面。 4)自由液面和液体的交界面是等压面。 2.什么是绝对压强,什么是相对压强? 绝对压强是以绝对真空为基准的压强,相对压强是以当地大气压强为基准的压强。 3.压力体的构成是什么?如何确定实压力体和虚压力体? 压力体的构成 1)曲面本身。 2)自由液面或自由液面的延长面。 3)曲面边缘向自由液面或自由液面的延长面所引的垂面。 确定实、虚压力体 压力体与曲面本身相接处的部分如果有液体存在就是实压力体,压力方向向下;否则为需压力体,压力方向向上。 4.“恒定流与非恒定流”,“均匀流与非均匀流”,“渐变流与急变流”是如何定义的? (1)液体运动时,若任何空间点上所有的运动要素都不随时间而改变,这种水流称为恒定流。若任何空间点上所有的运动要素随时间发生了变化,这种水流称为非恒定流。 (2)在恒定流中,液流同一流线上液体质点流速的大小和方向均沿程不变地流动,称为均匀流。当流线上各质点的运动要素沿程发生变化,流线不是彼此平行的直线时,称为非均匀流。 (3)流线接近于平行直线的流动称为渐变流,流线的曲率较大,流线之间的夹角也较大的流动,称为急变流。 5.试用能量方程解释飞机的升力是如何产生的。 答:飞机机翼呈上凸下凹状,当空气流经机翼时,其上侧流速较大,压力较小;下侧流速较小压力较大,从而在机翼上下产生了一个压力差,此即为飞机的升力。 6.用伯努利能量方程解释为什么在炎热的夏天,当火车开动后,车厢里顿时会有风从车厢两侧吹进? 答:当火车开动后,车厢内的空气获得一定的流速,该流速远大于火车周围的空气流速。由伯努利方程Z P\Y V2\2g=C可知,越靠近车厢处,空气的压强就越小。从而产生了一个指向车厢的压力差。在此压力差的作用下,空气就经由车窗被吹进了车厢内。 7.总流能量方程的物理意义是什么?试说明方程中各项的物理意义? 答:总流的能量方程表述为:Z1 P1\Y a1V12\2g=Z2..... 它的物理意义是:水流只能从总机械能大的地方流向总机械能小的地方。各项物理意义如下: z─总流过水断面上单位重量液体所具有的位能,简称为单位位能; P\Y─总流过水断面上单位重量液体所具有的压能,简称为单位压能; Z P\Y─总流过水断面上单位重量液体所具有的平均势能,简称为单位势能; av2\2g─总流过水断面上单位重量液体所具有的平均动能; H=Z P\Y av2\2g─总流过水断面上单位重量液体所具有的总能量,即总机械能; 8.用流体力学原理说明为什么当火车进站时,人们需稍微远离站台边缘。 答案提示:(1)所用知识点:伯努利方程(2)火车进站时具有相当快的速度,越靠近车体的空气的流速越大,压强就越小;(3)人身体前后产生较大的指向列车的压力差 9.试用能量方程解释在闷热无风的夏天,当火车运行时,风会从两侧的车窗徐徐吹进。 答:但火车运行时,车厢附近的空气由于粘性的作用,会跟随车厢一道运动,且越靠近车厢,空气的速度越大。这样,由能量方程可知,越靠近车厢处,空气的压强就越小。从而产生了一个指向车厢的压力差。在此压差的作用下,空气就经由车窗被吹进了车厢内。 10.什么是边界层?边界层有什么特征? 答:边界层是紧靠物体表面流速从零迅速增加到与来流速度相同数量级的薄层。 特征:1)与物体的长度相比,边界层的厚度很小; 2)边界层内的速度梯度很大; 3)边界层沿流动方向逐渐增厚; 4)由于边界层很薄,可近似地认为,边界层中各截面上的压强等于同一截面上边界层外边界上的压强; 5)在边界层内,粘滞力相对惯性力不能忽略,两者处于同一两级; 6)边界层内流体的流动和管内流动一样。 11.简述粘性流体绕流物体时产生阻力的原因。如何减少阻力? 答:(1)阻力有两部分,一部分是由于粘性产生切向应力形成的摩擦阻力;另一部分是由于边界层分离产生压强差形成的压差阻力(形状阻力)。 (2)要减小摩擦阻力,应使层流边界层转变为紊流边界层的转捩点尽可能后移; 把物体作成流线型,使分离点后移,甚至不发生分离,可减少物体后面的尾涡区,从而减小压差阻力 12.描述液体运动有哪两种方法,它们的区别是什么? 拉格朗日法和欧拉法 区别: 拉格朗日法:以运动着的流体质点为研究对象,跟踪观察个别流体质点在不同时间其位置,流速和压力的变化规律,然后把足够多的流体质点综合起来获得整个流体的运动规律。 欧拉法:以流体内的空间点为研究对象,研究质点经过空间点时运动参数随时间的变化规律,把足够多的空间点综合起来得出整个流场的运动规律。
流体力学绪论一、流体力学的研究对象流体力学是以流体(包括液体和气体)为对象,研究其平衡和运动基本规律的科学。
主要研究流体在平衡和运动时的压力分布、速度分布、与固体之间的相互作用以及流动过程中的能量损失等。
二、国际单位与工程单位的换算关系21kg 0.102/kgf s m =•第一章 流体及其物理性质 (主要是概念题,也有计算题的出现)一、流体的概念流体是在任意微小的剪切力作用下能发生连续的剪切变形的物质,流动性是流体的主要特征,流体可分为液体和气体二、连续介质假说流体是由空间上连续分布的流体质点构成的,质点是组成宏观流体的最小基元三、连续介质假说的意义四、常温常压下几种流体的密度水-----998 水银-----13550 空气-----1.205 单位3/kg m五、压缩性和膨胀性流体根据压缩性可分为可压缩流体和不可压缩流体,不可压缩流体的密度为常数,当气体的速度小于70m/s 、且压力和温度变化不大时,也可近似地将气体当做不可压缩流体处理。
六、流体的粘性流体的粘性就是阻止发生剪切变形的一种特性,而内摩擦力则是粘性的动力表现,粘性的大小用粘度来度量,粘度又分为动力粘度μ和运动粘度ν,它们的关系是μνρ=七、牛顿内摩擦定律du dy τμ=八、温度对流体粘性的影响温度升高时,液体的粘性降低,气体的粘性增加。
这是因为液体的粘性主要是液体分子之间的内聚力引起的,温度升高时,内聚力减弱,故粘性降低;而造成气体粘性的主要原因在于气体分子的热运动,温度越高,热运动越强烈,所以粘性就越大流体静力学一、流体上力的分类作用于流体上的力按作用方式可分为表面力和质量力两类。
清楚哪些力是表面力,哪些力是质量力二、流体静压力及其特性(重点掌握)当流体处于静止或相对静止时,流体单位面积的表面力称为流体静压强。
特性一:静止流体的应力只有法向分量(流体质点之间没有相对运动不存在切应力),且沿内法线方向。
特性二 在静止流体中任意一点静压强的大小与作用的方位无关,其值均相等。
液体流动压强知识点总结一、压强的概念压强是描述一个力作用在一个面积上的量,通常用来描述物体表面上的压力大小。
在液体流动中,压强是十分重要的物理量,液体的流动受到压强的影响,理解压强对液体流动具有重要意义。
二、液体压强与液体静压在静止的液体中,液体的压强主要来自于重力或外力作用。
对于连续稳定的流体,压强在各点之间是相等的。
通过观察浸没在液体中的物体,可以发现液体对物体的推力是与液体的深度有关的,这个推力又可以称之为静压。
静压的大小和液体的密度以及深度有关,可以用公式P = ρgh来表示。
三、液体流动中的压强当液体流动时,压强不再是均匀的,而是会随着流体的流动而发生变化。
在流体中,液体流动速度越大,其压强就越小,这可以通过伯努利定理来解释。
伯努利定理表明,在流体运动中,当速度增大时,压强会减小,反之亦然。
这就是著名的伯努利定律。
四、流体的压力传递流体在流动过程中具有良好的压力传递性质,即液体内部受到的压力会被传递到流体中的各个部分。
当流体通过突缝时,液体内部的压力会有所变化,因为液体动能增加或减小。
这种压力传递的性质使得压强能够在流体中产生不均匀的分布。
五、科氏力与涡旋流在液体流动时,液体的流体摩擦会使得液体产生旋转,这就形成了涡旋流。
涡旋流中,液体的压强会表现出不同与一般的流体流动。
科氏力是描述涡旋流的一个重要物理量,是由于旋转液体与非旋转液体之间摩擦产生的一种力。
科氏力会使得涡旋流中压强的分布具有变化性。
六、液体流体力学在液体流体力学中,压强是一个非常重要的物理量。
液体流体力学是研究流体内部运动规律和性质的学科,压强是衡量流体内部力的大小的物理量。
通过对压强的研究,我们可以更好地理解流体的运动规律,为工程应用提供理论基础。
七、应用领域液体流动压强的知识在实际工程应用中有着广泛的应用。
例如在水利工程中,对于水力泵站以及水闸的设计与运行过程中,了解液体流动中的压强分布对于设计的合理性及设备的安全运行具有重要的意义。
质量力:质量力是作用于每一流体质点上的力。
常见质量力包括:重力和惯性力。
流体的压缩性:当不计温度效应,压强的变化引起流体体积和密度的变化。
流体的热胀性:流体受热,体积增大,密度减小的性质。
流体的黏性:黏性是流体的重要属性,是流体运动中产生阻力和能量损失的主要因素。
液体的黏度随温度升高而减小,气体的黏度则随温度升高而增大。
流体的三大力学模型:连续介质模型、不可压缩流体模型、理想流体模型。
连续介质模型内容:取流体微团来作为援救流体的基元,作为流体微团是一块体积为无穷小的微量流体,由于流体微团的尺寸极其微小,故可作为流体质点看待。
这样,流体可看成是由无限多连续分布的流体微团组成的连续介质。
优点:当把流体看做是连续介质后,表征流体性质的密度、速度、压强和温度等物理量在流体中也应该是连续分布的,从而可以引用连续函数的解析方法等数学工具来研究流体的平衡和运动规律。
静压强的两个重要特性:1.静压强的方向与受压面垂直并指向受压面。
2.任一点静压强的大小和受压面方向无关,或者说作用于同一点上各方向的静压强大小相等。
等压面特性:1.在平衡液体中,通过任意一点的等压面,必与该点所受质量力垂直。
2.当两种互不相溶的液体处于平衡状态时,分界面必定是等压面。
重力作用下静压强基本方程的物理意义:在重力作用下的连续均质不可压缩静止流体中,各点的单位重力流体的总势能保持不变。
几何意义:在重力作用下的连续均质不可压静止流体中,测压管水头线为水平线。
绝对压强:以完全真空为基准计量的压强。
相对压强:以当地大气压强为基准计量的压强。
描述液体运动的两种方法:拉格朗日法:(质点法)着眼于流体质点欧拉法:(流场法)着眼于空间点按各点运动要素(速度、压强)是否随时间而变化,可将流体运动分为恒定流和非恒定流。
恒定流:流动参数均不随时间变化的流动。
特点:流场内的速度、压强、密度等参量只是坐标的函数,而与时间无关。
当地加速度为零。
非恒定流:空间各点只要有一个流动参数量随时间变化的流动。
第一章流体流动§1.1.1、概述1、流体—液体和气体的总称。
流体具有三个特点①流动性,即抗剪抗张能力都很小。
②无固定形状,随容器的形状而变化。
③在外力作用下流体内部发生相对运动。
2、流体质点:含有大量分子的流体微团。
流体分子自由程<流体质点尺寸<设备大小,流体质点成为研究流体宏观运动规律的考察对象。
3、流体连续性假设:假设流体是由大量质点组成的彼此间没有空隙,完全充满所占空间的连续介质。
连续性假设的目的是为了摆脱复杂的分子运动,而从宏观的角度来研究流体的流动规律,这时,流体的物理性质及运动参数在空间作连续分布,从而可用连续函数的数学工具加以描述。
流体流动规律是本门课程的重要基础,这是因为:①流体的输送研究流体的流动规律以便进行管路的设计、输送机械的选择及所需功率的计算。
②压强、流速及流量的测量为了了解和控制生产过程,需要对管路或设备内的压强、流量及流速等一系列的参数进行测量,这些测量仪表的操作原理又多以流体的静止或流动规律为依据的。
③为强化设备提供适宜的流动条件化工生产中的传热、传质过程都是在流体流动的情况下进行的。
设备的操作效率与流体流动状况有密切的联系。
因此,研究流体流动对寻找设备的强化途径具有重要意义。
本章将着重讨论流体流动过程的基本原理及流体在管内的流动规律,并运用这些原理及规律来分析和计算流体的输送问题。
第二节流体静力学方程流体静力学是研究流体在外力作用下处于平衡的规律。
本节只讨论流体在重力和压力作用下的平衡规律。
§1.2.1流体的密度和比容1、流体的密度:单位体积的流体所具有的质量。
/m V ρ=∆∆当V ∆趋近于零时,/m V ∆∆的极限值为流体内部某点的密度,可以写成:0limV mVρ∆→∆=∆各种流体的密度可以从物理化学手册和有关资料中查得。
气体具有可压缩性及膨胀性,故其密度随温度及压强而变化,因此对气体密度必须标出其所处的状态。
从手册中查出的气体密度是某指定状态下的数值 ,应用时一定要换算到操作条件下的数值。
有关流体压强的知识点总结流体力学是物理学的一个重要分支,研究流体的性质和行为。
在流体力学中,我们经常会接触到流体的压强。
流体的压强是指单位面积上受到的压力,它是描述流体中压力分布的重要参数。
了解流体的压强对于我们理解流体力学的基本原理和应用有着重要的意义。
本文将对流体压强的基本概念、计算方法以及应用进行总结,希望能够帮助读者更好地理解和应用流体压强的知识。
一、流体力学基础知识1. 流体的定义和分类流体是一种物质状态,它具有流动性和变形性。
根据流体的性质和分子结构,我们将流体分为液体和气体两种基本类型。
液体是一种密度较大、容易流动且不易被压缩的流体;而气体是一种密度较小、容易膨胀且可被压缩的流体。
2. 流体的性质流体有一系列特有的物理性质,包括密度、压力、压强、黏性、表面张力等。
这些性质对于描述流体的行为和作用有着重要的意义。
3. 流体的运动流体在受到外力的作用时会产生运动。
流体的运动可以分为定常流动和非定常流动两种类型。
在定常流动中,流体的性质在时间和空间上均保持不变;而在非定常流动中,流体的性质会随着时间和空间的变化而发生变化。
4. 流体的压力流体中的压力是流体力学中的一个重要参数。
压力是指单位面积上受到的力,它是描述流体中分子间相互作用和受力情况的重要物理量。
流体的压力可以受到外力的作用,也可以由流体自身的重力和运动产生。
二、流体压强的基本概念1. 压强的定义流体压强是指单位面积上受到的压力。
它是描述流体中压力分布的物理量,通常用P来表示。
在国际单位制中,压强的单位为帕斯卡(Pascal),记作Pa。
2. 压强的计算流体压强的计算公式为P = F/A,其中P表示压强,F表示受力的大小,A表示受力的面积。
当流体受到外力作用时,它会在单位面积上产生一定的压力,这个压力就是流体的压强。
3. 静压力和动压力流体的压强可以分为静压力和动压力两种类型。
静压力是指流体静止时受到的压力,它是由流体的重力和外力产生的。
流体力学11.1 流体的基本性质1)压缩性流体是液体与气体的总称。
从宏观上看,流体也可看成一种连续媒质。
与弹性 体相似,流体也可发生形状的改变,所不同的是静止流体内部不存在剪切应力,这是因为如果流体内部有剪应力的话流体必定会流动,而对静止的流体来说流动是不存在的。
如前所述,作用在静止流体表面的压应力的变化会引起流体的体积应变,其大小可由胡克定律 v v k p ∆-=∆ 描述。
大量的实验表明,无论气体还是液体都是可以压缩的,但液体的可压缩量通常很小。
例如在500个大气压下,每增加一个大气压,水的体积减少量不到原体积的两万分之一。
同样的条件下,水银的体积减少量不到原体积的百万分之四。
因为液体的压缩量很小,通常可以不计液体的压缩性。
气体的可压缩性表现的十分明显,例如用不大的力推动活塞就可使气缸内的气体明显压缩。
但在可流动的情况下,有时也把气体视为不可压缩的,这是因为气体密度小在受压时体积还未来得及改变就已快速地流动并迅速达到密度均匀。
物理上常用 马赫数M来判定可流动气体的压缩性,其定义为M=流速/声速,若M 2<<1,可视气体为不可压缩的。
由此看出,当气流速度比声速小许多时可将空气视为不可压缩的,而当气流速度接近或超过声速时气体应视为可压缩的。
总之在实际问题中若不考虑流体的可压缩性时,可将流体抽象成不可压缩流体这一理想模型。
2)粘滞性为了解流动时流体内部的力学性质,设想如图10.1.1所示的实验。
在两个靠得很近的大平板之间放入流体,下板固定,在上板面施加一个沿流体表面切向的力F 。
此时上板面下的流体将受到一个平均剪应力F/A 的作用,式中A 是上板的面积。
实验表明,无论力F 多么小都能引起两板间的流体以某个速度流动,这正是流体的特征,当受到剪应力时会发生连续形变并开始流动。
通过观察可以发现,在流体与板面直接接触处的流体与板有相同的速度。
若图10.1.1中的上板以速度u沿x 方向运动下板静止,那么中间各层流体的速度是从0(下板)到u (上板)的一种分布,流体内各层之间形成流速差或速度梯度。
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。
由于液体受压体积减小,dP与dV异号,加负号,以使к为正值;其值愈大,愈容易压缩。
к的单位是“1/Pa”。
(平方米每牛)体积弹性模量K是压缩系数的倒数,用K表示,单位是“Pa”液体的热膨胀系数:它表示在一定的压强下,温度增加1度,体积的相对增加率。
单位为“1/K”或“1/℃”在一定压强下,体积的变化速度与温度成正比。
水的压缩系数和热膨胀系数都很小。
P增大水的压缩系数K减小T升高水的膨胀系数增大B 气体的压缩性和膨胀性气体具有显著的可压缩性,一般情况下,常用气体(如空气、氮、氧、CO2等)的密度、压强和温度三者之间符合完全气体状态方程,即理想气体状态方程P——气体的绝对压强(Pa);ρ——气体的密度(Kg/cm3);T——气体的热力学温度(K);R——气体常数;在标准状态下,M为气体的分子量,空气的气体常数R=287J/Kg.K。
适用范围:当气体在很高的压强,很低温度下,或接近于液态时,其不再适用。
第二章流体静力学1静止流体具有的特性(1)应力方向沿作用面的内发现方向。
(2)静压强的大小与作用面的方位无关。
流体平衡微分方程欧拉在静止流体中,各点单位质量流体所受表面力和质量力相平衡。
欧拉方程全微分形式:2等压面:压强相等的空间点构成的面(平面或曲面)。
等压面的性质:平衡流体等压面上任一点的质量力恒正交于等压面。
由等压面的这一性质,便可根据质量力的方向来判断等压面的形状。
质量力只有重力时,因重力的方向铅垂向下,可知等压面是水平面。
若重力之外还有其它质量力作用时,等压面是与质量力的合力正交的非水平面。
3液体静力学基本方程P0P1P2Z1Z2P—静止液体内部某点的压强h—该点到液面的距离,称淹没深度Z—该点在坐标平面以上的高度P0—液体表面压强,对于液面通大气的开口容器,视为大气压强并以Pa表示推论(1)静压强的大小与液体的体积无关(2)两点的的压强差等于两点之间单位面积垂直液柱的重量(3)平衡状态下,液体内任意压强的变化,等值的传递到其他各点。
液体静力学方程三大意义⑴.位置水头z:任一点在基准面以上的位置高度,表示单位重量流体从某一基准面算起所具有的位置势能,简称比位能,或单位位能或位置水头。
⑵.压强水头:表示单位重量流体从压强为大气压算起所具有的压强势能,简称比压能或单位压能或压强水头。
⑶.测压管水头():单位重量流体的比势能,或单位势能或测压管水头。
4压强的度量绝对压强:以没有气体分子存在的完全真空为基准起算的压强,以符号pabs表示。
(大于0)相对压强:以当地大气压为基准起算的压强,以符号p 表示。
(可正可负可为0)真空:当流体中某点的绝对压强小于大气压时,则该点为真空,其相对压强必为负值。
真空值与相对压强大小相等,正负号相反(必小于0)相对压强和绝对压强的关系绝对压强、相对压强、真空度之间的关系压强单位压强单位PaN/m2kPakN/m2mH2OmmHgat换算关系9800098107361说明:计算时无特殊说明时液体均采用相对压强计算,气体一般选用绝对压强。
5测量压强的仪器(金属测压表和液柱式测压计)。
(1)金属测压计测量的是相对压强(弹簧式压力表、真空表)(2)液柱式测压计是根据流体静力学基本原理、利用液柱高度来测量压强(差)的仪器。
测压管A点相对压强真空度U形管测压计上式的图形倾斜微压计压差计例8:在管道M上装一复式U形水银测压计,已知测压计上各液面及A点的标高为:1=1.8m=0.6m,Ñ=2.0m,Ñ=1.0m,=Ñ=1.5m。
试确定管中A点压强。
6作用在平面上的静水总压力图算法(1)压强分布图根据基本方程式:绘制静水压强大小;(2)静水压强垂直于作用面且为压应力。
图算法的步骤是:先绘出压强分布图,总压力的大小等于压强分布图的面积S,乘以受压面的宽度b,即P=bS总压力的作用线通过压强分布图的形心,作用线与受压面的交点,就是总压力的作用点适用范围:规则平面上的静水总压力及其作用点的求解。
原理:静水总压力大小等于压强分布图的体积,其作用线通过压强分布图的形心,该作用线与受压面的交点便是压心P。
经典例题一铅直矩形闸门,已知h1=1m,h2=2m,宽b=1.5m,求总压力及其作用点。
梯形形心坐标:a上底,b下底解:总压力为压强分布图的体积:作用线通过压强分布图的重心:解析法总压力=受压平面形心点的压强×受压平面面积合力矩定理:合力对任一轴的力矩等于各分力对同一轴力矩之和平行移轴定理解:经典例题一铅直矩形闸门,已知h1=1m,h2=2m,宽b=1.5m,求总压力及其作用点。
7作用在曲面上的静水压力二向曲面——具有平行母线的柱面水平分力作用在曲面上的水平分力等于受压面形心处的相对压强PC与其在垂直坐标面oyz的投影面积Ax的乘积。
铅垂分力合力的大小合力的方向PX=受压平面形心点的压强pc×受压曲面在yoz轴上的投影AZPZ=液体的容重γ×压力体的体积V注明:P的作用线必然通过Px和Pz的交点,但这个交点不一定在曲面上,该作用线与曲面的交点即为总压力的作用点压力体压力体分类:因Pz的方向(压力体——压力体和液面在曲面AB的同侧,Pz方向向下虚压力体——压力体和液面在曲面AB的异侧,Pz方向向上)压力体叠加——对于水平投影重叠的曲面,分开界定压力体,然后相叠加,虚、实压力体重叠的部分相抵消。
潜体——全部浸入液体中的物体称为潜体,潜体表面是封闭曲曲。
浮体——部分浸入液体中的物体称为浮体。
第三章流体动力学基础1基本概念:(1)流体质点(particle):体积很小的流体微团,流体就是由这种流体微团连续组成的。
(2)空间点:空间点仅仅是表示空间位置的几何点,并非实际的流体微团。
(3)流场:充满运动的连续流体的空间。
在流场中,每个流体质点均有确定的运动要素。
(4)当地加速度(时变加速度):在某一空间位置上,流体质点的速度随时间的变化率。
迁移加速度(位变加速度):某一瞬时由于流体质点所在的空间位置的变化而引起的速度变化率。
(5)恒定流与非恒定流:一时间为标准,各空间点上的运动参数都不随时间变化的流动是恒定流。
否则是非恒定流。
(6)一元流动:运动参数只是一个空间坐标和时间变量的函数。
二元流动:运动参数只是两个空间坐标和时间变量的函数。
三元流动:以空间为标准,各空间点上的运动参数是三个空间坐标和时间的函数。
(7)流线: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。
流线性质(1)流线上各点的切线方向所表示的是在同一时刻流场中这些点上的速度方向,因而流线形状一般都随时间而变。
(2)流线一般不相交(特殊情况下亦相交:V=0、速度=)(3)流线不转折,为光滑曲线。
(8)迹线:流体质点在一段时间内的运动轨迹。
迹线与流线(1)恒定流中,流线与迹线几何一致。
异同(2)非恒定流中,二者一般重合,个别情况(V=C)二者仍可重合。
(9)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。
(10)过流断面:在流束上作出的与所有的流线正交的横断面。
过流断面有平面也有曲面。
(11)元流:过流断面无限小的流束,几何特征与流线相同。
总流:过流断面有限大的流束,有无数的元流构成,断面上各点的运动参数不相同。
(12)体积流量:单位时间通过流束某一过流断面的流量以体积计量。
重量流量:单位时间通过流束某一过流断面的流量以重量计量。
质量流量:单位时间通过流束某一过流断面的流量以质量计量。
(13)断面平均流速:流经有效截面的体积流量除以有效截面积而得到的商。
(14)均匀流与非均匀流:流线是平行直线的流动是均匀流,否则是非均匀流。
均匀流的性质1流体的迁移加速度为零;2流线是平行的直线;3各过流断面上流速分布沿程不变。
4动压强分布规律=静压强分布规律。
(15)非均匀渐变流和急变流:非均匀流中,流线曲率很小,流线近似与平行之线的流动是非均匀渐变流,否则是急变流。
均匀流的各项性质对渐变流均适用。
2欧拉法(Eulermethod)速度场压力场加速度全加速度=当地加速度+迁移加速度AB如图所示:(1)水从水箱流出,若水箱无来水补充,水位H逐渐降低,管轴线上A质点速度随时间减小,当地加速度为负值,同时管道收缩,指点速度随迁移增大,迁移加速度为正值,故二者加速度都有。
(2)若水箱有来水补充,水位H保持不变,A质点出的时间不随时间变化,当地加速度=0,此时只有迁移加速度。
3流量、断面平均流速4流体连续性方程物理意义:单位时间内,流体流经单位体积的流出与流入之差与其内部质量变化的代数和为零。