第二讲 流体力学的基本知识
第二章--计算流体力学的基本知识
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
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。
流体力学基本知识
第一章流体力学基本知识解析第一节流体及其空气的物理性质流动性是流体的基本物理属性。
流动性是指流体在剪切力作用下发生连续变形、平衡破坏、产生流动，或者说流体在静止时不能承受任何剪切力。
易流动性还表现在流体不能承受拉力。
(一) 流体的流动性通风除尘与气力输送涉及的流体主要是空气。
流体是液体和气体的统称，由液体分子和气体分子组成，分子之间有一定距离。
但在流体力学中，一般不考虑流体的微观结构而把它看成是连续的。
这是因为流体力学主要研究流体的宏观运动规律它把流体分成许多许多的分子集团，称每个分子集团为质点，而质点在流体的内部一个紧靠一个，它们之间没有间隙，成为连续体。
实际上质点包含着大量分子，例如在体积为10-15cm3的水滴中包含着3×107个水分子，在体积为1mm3的空气中有2.7×1016个各种气体的分子。
质点的宏观运动被看作是全部分子运动的平均效果，忽略单个分子的个别性，按连续质点的概念所得出的结论与试验结果是很符合的。
然而，也不是在所有情况下都可以把流体看成是连续的。
高空中空气分子间的平均距离达几十厘米，这时空气就不能再看成是连续体了。
而我们在通风除尘与气力输送中所接触到的流体均可视为连续体。
所谓连续性的假设，首先意味着流体在宏观上质点是连续的，其次还意味着质点的运动过程也是连续的。
有了这个假设就可以用连续函数来进行流体及运动的研究，并使问题大为简化。
（二）惯性（密度）流体的第一个特性是具有质量。
流体单位体积所具有流体彻底质量称为密度，用符号ρ表示。
在均质流体内引用平均密度的概念，用符号ρ表示：Vm =ρ式中： m ——流体的质量[Kg]；V ——流体的体积[m 3]； ρ——流体密度Kg/m 3。
但对于非均质流体，则必需用点密度来描述。
所谓点密度是指当ΔV →0值的极限（dV dm V m V 0 lim ），即：dV dm V m lim V =∆∆=→∆0ρ公式中，ΔV →0理解为体积缩小为一点，此点的体积可以忽略不计，同时，又必须明确，这点和分子尺寸相比必然是相当大的，它必定包括多个分子，而不至丧失流体的连续性。
流体力学基础知识
升的高度，称为压强水头，也称为流体的静压能、
静压头等；
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Z
P
——测压管水头;
Z
P
的测压管水头均相等。
C —— 同一容器内的静止液体中，所有各点
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4.流体压强的表示方法：
（ 1 ）用应力单位表示。从压强定义出发，用单位面 积上的力表示，即牛顿 /米 2（ N/m2），国际单位制为 帕斯卡（Pa）。 （ 2 ）用液柱高度表示。常用水柱高度和汞柱高度表 示。其单位是：mH2O、mmH2O或mmHg。
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流体力学基础知识
当流体所受质量力只有重力时，由G=mg可得 单位质量力为：
f X 0、f Y 0、f Z - g
2、表面力 表面力是指作用在流体表面上的力，其大小与 受力表面的面积成正比。 流体处于静止状态时，不存在黏性力引起的内 摩擦力(切向力为零)，表面力只有法向压力。对于 理想流体，无论是静止或处于运动状态，都不存在 内摩擦力，表面力只有法向压力。
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流体力学基础知识
4.均匀流和非均匀流 均匀流是流体运动时流线是平行直线的流动。 如等截面长直管中的流动。 非均匀流是流体运动时流线不是平行直线的流 动。如流体在收缩管、扩大管或弯管中流动等。 非均匀流又可分为渐变流和急变流。渐变流是 流体运动中流线接近于平行线的流动；急变流是流 体运动中流线不能视为平行直线的流动 。
Q wv
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流体力学基础知识
2.恒定流和非恒定流 流体运动形式分为恒定流动和非恒定流动两类。 恒定流动是指流体中任一点的压强和流速等运动 参数不随时间而变化的流动。 非恒定流动是指流体中任一点压强和流速等参数 随时间而变化的流动。 自然界的流体流动都是非恒定流动，在一定条件 下工程上近似认为是恒定流。
流体力学基础知识
压强为kg/cm2等。
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流体静止是运动中的一种特殊状态； 流体静力学是研究流体静止或平衡时的力 学规律及其工程应用的科学； 由于静止流体无相对速度，不呈现粘滞 性，不存在切力，也不能承受拉力，故其 所受的力只能是压力； 流体静力学的中心问题就是研究流体静压 强的分布规律。
u
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解： 木 块 重 量 沿 斜 坡 分 力 F 与 切 力 T 平 衡 时， 等 速 下 滑
u
du mg sin T A dy mg s in 5 9.8 s in 22.62
A u
1 0.4 0.45 0.001
0.1047Pa s
自然界中都是非恒定流，工程中一般取为 恒定流。
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流线
流体运动时，同一瞬间由许多质点组成的曲线，该
曲线上任一点的切线方向就是该点的流速方向，它 形象地描绘了该瞬时整个流体的流动情况。
迹线
流体运动时，流体中某一质点在连续时间内的运动
流线与迹线是两个完全不同的概念，非恒定流 时流线与迹线不相重合，在恒定流时流线与迹 线相重合。
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流体运动过程中，通过断面变化处、转向 处、分支或其他使流体流动情况改变时， 均能引起能量损失，这种由局部变化引起 的阻力损失称为局部损失。计算公式为
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一底面积为45x50cm2，高为1cm的木块，质 量为5kg，沿途有润滑油的斜面向下作等速 运动，木块运动速度u=1m/s，油层厚度1cm， 斜坡角22.620(见图示)，求油的粘度。
流体力学知识点
流体力学知识点流体力学是研究流体（包括液体和气体）的运动规律以及流体与固体之间相互作用的学科。
它在许多领域都有着广泛的应用，如航空航天、水利工程、化工、生物医学等。
下面我们来一起了解一些流体力学的重要知识点。
一、流体的性质流体具有易流动性，即它们在微小的切应力作用下就会发生连续的变形。
流体的密度和黏度是两个重要的物理性质。
密度是指单位体积流体的质量。
对于均质流体，密度是一个常数；对于非均质流体，密度会随位置而变化。
例如，空气在不同高度的密度不同。
黏度则反映了流体内部的内摩擦力。
黏度大的流体，如蜂蜜，流动起来比较困难；而黏度小的流体，如水，流动相对容易。
二、流体静力学流体静力学主要研究静止流体的压力分布规律。
帕斯卡定律指出，在密闭容器内，施加于静止液体上的压力将以等值传递到液体各点。
这在液压系统中有着重要的应用。
另一个重要的概念是浮力。
当物体浸没在流体中时，它受到的浮力等于排开流体的重量。
这就是阿基米德原理。
例如，船舶能够漂浮在水面上，就是因为受到的浮力等于其自身的重量。
三、流体运动学流体运动学关注流体的运动方式和描述方法。
流线是用来描述流体流动的重要概念。
流线是在某一瞬时，在流场中画出的一条空间曲线，在该曲线上，流体质点的速度方向与曲线相切。
流量是指单位时间内通过某一截面的流体体积或质量。
四、流体动力学流体动力学研究流体运动与受力之间的关系。
伯努利方程是流体动力学中的一个关键方程，它表明在理想流体的稳定流动中，沿着一条流线，总水头（位置水头、压力水头和速度水头之和）保持不变。
例如，在水平管道中，流速大的地方压力小，流速小的地方压力大。
这可以解释为什么飞机机翼上方的流速快、压力低，从而产生升力。
五、黏性流体的流动实际流体都具有黏性。
在黏性流体的流动中，会产生内摩擦力，导致能量损失。
层流和湍流是两种常见的流动状态。
层流时，流体的质点作有规则的平行运动，各层之间互不干扰；而湍流时，流体的质点作不规则的随机运动。
流体力学基础知识
流体力学基础知识1、什么是流体？什么是可压缩流体与不可压缩流体？一切物质都是由分子组成的。
在相同的体积中，气体和液体的分子数目要比固体少得多，分子间的空隙就比较大，因此，分子之间的内聚力小，分子运动剧烈。
这就决定了气体和液体不能保持固定的形状而具有流动性，所以，我们称气体和液体为流体。
在一定温度下，流体的体积随压力升高而缩小的性质，称为流体的可压缩性。
流体压缩性的大小用压缩系数K表示。
它的意义是当温度不变时，单位压力增量所引起流体体积的相对缩小量。
液体的压缩系数很小，故一般称液体为不可压缩流体。
温度与压力的改变，对气体体积影响很大。
由热力学可知，当温度不变时，气体的体积与压力成反比，即压力增加一倍，体积缩小为原来的一半。
由于压力变化对气体体积影响明显，故一般称气体为可压缩流体。
2、什么是流体的粘性与粘度（粘性系数）？当流体运动时，在流体层间产生的内摩擦力具有阻碍流体运动的性质，故将这一特性称为流体的粘性，将内磨擦力称为粘性力。
粘性是流体运动时间生能量损失的根本原因。
液体的粘性大小，用粘度（粘性系数）表示。
粘度有动力粘度与运动粘度两种。
所谓动力粘度是指流体单位面积上的粘性力与垂直于运动方向上的速度变化率的比值。
3、流体粘性大小与哪些因素有关？流体粘性的大小，不仅与流体的种类有关，且随流体的压力和温度的改变而变化。
由于压力改变对流体粘性影响很小，一般可忽略不计。
温度是影响粘性的主要因素。
温度对粘度的影响，对液体和气体是截然不同的。
温度升高时，液体的粘度迅速降低，而气体的粘度则随之升高。
这主要是因为，液体的粘性力主要是由于分子间吸引力造成的，当温度升高时，分子距离加大，引力减小，使粘性力减弱，粘度降低。
气体的粘性力主要是由气体内部分子运动引起的分子掺混、碰撞而产生的，温度升高，分子运动的速度加快，层间分子掺混、碰撞机会增多，使具有不同速度的气体层间的质量与动量交换加剧。
所以，粘性力加大，粘度升高。
液体粘度随温度升高而降低的特性，对电厂燃料油的输送与雾化是有利的。
流体力学相关知识点
流体力学相关知识点流体力学是一门研究流体（液体和气体）的力学行为的学科。
以下是流体力学中的一些基本概念和知识点：1. 牛顿粘性定律：流体力学中的内摩擦力或粘性力，与相对速度梯度和接触面面积成正比，与流体的物理属性（粘度）有关。
2. 伯努利定理：在不可压缩、无粘性的理想流体中，流体的总能量（动能+势能）沿流线保持不变。
3. 斯托克斯定理：在重力和表面张力作用下的粘性流体，如果流动是小扰动引起的，则流线是围绕封闭曲线的闭合曲线。
4. 泊肃叶定律：在一定条件下，粘性流体在管道中流动时，其流量Q与管道半径r，流体粘度μ及管道长度L成正比，与压强差ΔP成正比。
5. 库塔流定理：在二维不可压缩、无粘性的理想流体中，如果存在一个封闭的不可穿透的曲线（库塔流线），则在该曲线所包围的区域内，存在一个与之相对应的稳定流体运动。
6. 欧拉方程：描述了流体运动的动量变化率等于外力（体积力与表面力之和）对该流体微元的作用。
7. 雷诺方程：描述了粘性流体在管内层流时，其动量方程如何受到粘性的影响。
8. 纳维-斯托克斯方程：描述了考虑粘性效应的流体运动的动量、能量和组分变化等基本方程。
9. 普朗特边界层方程：描述了流体在物体表面附近形成边界层后，边界层的动量、能量和组分变化等基本方程。
10. 流体静力学：研究流体静止时的平衡状态及对固体壁面的压力和作用力。
11. 流体动力学：研究流体运动的基本规律，包括速度场、压力场、温度场等。
12. 湍流理论：研究湍流的形成、发展和衰减机理，建立湍流模型并求解湍流运动的基本方程。
13. 流动稳定性理论：研究流体运动的稳定性问题，分析流体微小扰动的发展和演化过程。
14. 计算流体力学：通过数值方法求解流体力学的基本方程，模拟和分析流体运动的规律和特性。
以上是流体力学中的一些基本概念和知识点，它们是理解和解决实际工程问题的基础。
流体力学基础知识点整理
流体力学基础知识点整理流体力学是研究流体运动和相关现象的科学，是现代物理学、工程学和地球科学中的重要学科之一。
下面整理了流体力学的基础知识点，以帮助读者更好地理解和掌握该领域的内容。
流体的性质- 流动性：流体具有流动性，即可以随着外界作用力而流动。
- 接触性：流体能够与其他物体接触并产生作用力。
- 不可压缩性：理想流体可以被视为不可压缩的，即在静态情况下体积保持不变。
- 黏性：流体具有黏性，即存在内部摩擦力，阻碍流体分子的流动。
流体运动的描述- 流速：流体的流速可以通过单位时间内流过的流量来描述。
- 流态：流体可以以稳态和非稳态两种状态存在。
- 流线：流场中的流线是流体质点运动轨迹的线条，描述流体运动的方向和速度。
- 流层：流域可以被划分成相互平行的流层，每个流层内流体速度相同。
- 流量：流体经过某个表面的流量等于单位时间内通过该表面的质量。
流体流动的类型- 层流：层流是指流体运动过程中流线保持平行，流速相对较低的流动状态。
- 湍流：湍流是指流体运动过程中流线混乱交错，速度和方向瞬间变化的流动状态。
- 背流：当流体流动遇到阻碍物时，会出现背流现象，即流体在阻碍物之后反向流动。
- 环流：环流是指在某个封闭空间中，流体形成闭合的循环流动。
流体静力学- 压力：压力是单位面积上作用的力的大小，定义为单位面积上垂直方向的力的总和。
- 压强：压强是单位面积上的压力大小，是单位面积上垂直方向的力的平均值。
- 压力梯度：压力梯度是指在流体中单位距离内压力的变化率。
- 浮力：浮力是一个物体在液体或气体中受到的向上的力，大小等于所排开的流体的重量。
以上是流体力学基础知识的整理，希望对您有所帮助。
如有需要，您可以进一步深入学习流体力学的相关内容，以加深对该领域的理解。
流体力学知识点总结
流体力学知识点总结流体力学是一门研究流体（包括液体和气体）的运动规律以及流体与固体之间相互作用的学科。
它在许多领域都有着广泛的应用，如航空航天、水利工程、能源开发、生物医学等。
下面将对流体力学的一些重要知识点进行总结。
一、流体的物理性质1、密度和比容密度是指单位体积流体的质量，用ρ 表示。
比容则是单位质量流体所占的体积，是密度的倒数，用ν 表示。
2、压缩性和膨胀性压缩性是指流体在压力作用下体积缩小的性质，通常用体积压缩系数β 来表示。
膨胀性是指流体在温度升高时体积增大的性质，用体积膨胀系数α 来表示。
液体的压缩性和膨胀性通常较小，可视为不可压缩和不可膨胀流体；而气体的压缩性和膨胀性较为显著。
3、粘性粘性是流体内部产生内摩擦力以阻碍流体相对运动的性质。
粘性的大小用动力粘度μ 或运动粘度ν 来表示。
牛顿内摩擦定律指出，相邻两层流体之间的切应力与速度梯度成正比。
4、表面张力液体表面由于分子引力不均衡而产生的沿表面切线方向的拉力称为表面张力。
表面张力会使液体表面有收缩的趋势，在一些涉及小尺度流动的问题中需要考虑。
二、流体静力学1、静压强及其特性静止流体中任一点的压强大小与作用面的方位无关，只与该点的位置有关，即静压强各向同性。
2、欧拉平衡方程在静止流体中，单位质量流体所受的质量力和表面力平衡，由此可以导出欧拉平衡方程。
3、重力作用下的静压强分布在重力作用下，静止液体中的压强随深度呈线性增加，其计算公式为 p ＝ p0 ＋ρgh，其中 p0 为液面压强，h 为深度。
4、压力的表示方法绝对压强是以绝对真空为基准计量的压强；相对压强是以当地大气压为基准计量的压强。
真空度则是当绝对压强小于大气压时，相对压强为负值，其绝对值称为真空度。
5、作用在平面上的静水总压力对于垂直放置的平面，静水总压力的大小等于受压面面积与形心处压强的乘积，其作用点位于受压面的形心之下。
6、作用在曲面上的静水总压力将曲面所受静水总压力分解为水平方向和垂直方向的分力进行计算。
第二讲 (流体力学基本知识)修改
一般情况下，室内给水管道中局部水头损失不必进行详细计 算，可以按下列给水管网沿程水头损失的百分数估算： 生活给水管网——25%～30%； 生活、消防共用给水管网——20%； 生产、生活、消防共用给水管网——20%； 生产、消防共用给水管网——15%； 消火栓系统消防给水管网——10%。
2.1.5作用于流体上的力 作用于流体上的力包括质量力和表面力两大类 1．质量力 质量力是指作用在流体每个质点上的力，其大小与流体的质量 成正比。常见的质量力有重力和各种惯性力(如直线加速运动时 的直线惯性力和圆周运动时的离心力等)。 2．表面力 表面力是指作用在流体表面上的力，其大小与受力表面的面积 成正比。它包括有表面切向力(摩擦力)和法向力(压力)。
2.2 流体静压强的基本概念
2.2.1流体静压强及其特性 流体静压强具有两个重要特性： 1.流体静压强永远垂直于作用面，并指向该作用面的内法 线方向。 2.静止流体中任一点的静压强只有一个值，与作用面的方 向无关，即任意点处各方向的静压强均相等。 2.2.2流体静压强的分布规律：PB=Po+γh
2.2.3压强的度量和单位 流体静压强有两种表示方法。
【解】 风机在实际工程中经常用到，它从大气中吸入空气，进入吸入管段，然后 经过风机加压，送至需要的地方，本题就是关于风机的吸入管段的，因为吸入管段 中的流量为Q=Sv，其中S为已知，故需用气体总量的能量方程式求出流速v。过流 断面1—1取在距进口较远的大气中，流速很小，即是≈0，1--1断面上大气压强为已 知，即相对压强p1≈0。2—2过流断面取在水银测压计的渐变流断面上，则此断面 上压强已知，相对压强为： p2=－γh=－9 800N／m3×0.02m=－196N／m2 此外，若能量方程所需基面取为轴流风机的水平中心轴线，用气体能量方程式：
流体力学基础知识课件
1．1．3流体的压缩性和热胀性 流体的压强增大，体积缩小，密度增大的性质，称为流体的压缩性。流体温 度升高，体积增大,密度减小的性质，称为流体的热胀性。 液体的压缩性和热胀性都很小。例如，水从1个大气压增加到100个大气压时， 每增加1个大气压，水的体积只缩小0.5／10000；在10～20℃的范围内，温度 每增加1℃，水的体积只增加1.5／10000；在90～100℃的范围内，温度每增 加1℃，水的体积也只增加7／10000。因此在很多工程技术领域中，可以把 液体的压缩性和热胀性忽略不计。但在研究有压管路中水击现象和热水供热 系统时，就要分别考虑水的压缩性和热胀性。 气体与液体有很大不同，其具有显著的压缩性和热胀性。但在采暖与通风工 程中，气体大多流速较低(远小于音速)，压强与温度变化不大，密度变化也 很小，因而也可以把气体看成是不可压缩的。 液体的压缩性和热胀性可用如下两式表示： (1· 6) 式中β一一压缩系数，m2／N。 (1．7) 式中α——流体的热胀系数，T-1。图1．5源自静水压强基本方程的另一形式
图1．6 测压管水头
1．2．3工程计算中压强的表示方法和度量单位
1．2．3．1表示方法 (1)绝对压强 以绝对真空为零点计算的压强称为绝对压强，用pj表示。 (2)相对压强 以大气压强pa为零点计算的压强称为相对压强，用p表示。 在实际工程中，通常采用相对压强。相对压强与绝对压强的关系为： p=pj一pa=-p (1．15) 相对压强可能是正值，也可能是负值。当绝对压强大于大气压强时，相对压 强的正值称正压，可用压力表测出，也称表压；当绝对压强小于大气压强时， 则相对压强为负值称为负压，这时该流体处于真空状态，通常用真空度 pk(或真空压强)来表示流体的真空程度。即： pk=pa—pj=-p (1—16) 真空度是指某点的绝对压强不足一个大气压强的数值，可用真空表测出。 某点的真空度愈大，说明它的绝对压强愈小。真空度的最大值为pk=p。 =98kN／m2，即绝对压强为零，处于完全真空状态；真空度的最小值为零时， pk=O，即在一个大气压强下，真空度在pk=O～98kN／m2的范围内变动。
流体力学基础知识
一般来说，拖动泵和风机的电动机或者内燃
机的转速是恒定的，然后根据其特性曲线来选取 合适的泵和风机
*其他类型的泵与风机
轴流式水泵与风机 其流动特点是，流体沿叶轮的轴向流入
流出。其性能特点是，轴流式风机风压较 低，但风量较大。 贯流式风机
其流动特点是气流沿着径向流入又从 径向流出。这种风机的风量较小，但是噪 音很低，多用于室内空调。
三、绝对压力与表压力
由p=p0+γh表示的流体静压力是流体的绝对压力， 它是以绝对真空为压力零点计算的流体静压力，代 表流体内部某一点的实际压力。
工程上使用的测压仪表自身也处于大气压力的作用 下，他们在当地大气压力下示数为零。用仪表测量 流体压力得到的读数只反应流体压力比当地大气压 力高或者低多少，其实是一个压力差，因此叫做表 压力。
一定量的流体所受外界压力增大的时 候，其体积将缩小，密度会增大，该性质 称为流体的压缩性。
一定量的流体受热温度升高的时候， 其体积将增大，密度会减小，该性质称为 流体的热胀性。
气体的压缩性必液体显著的多，一般 将液体视为不可压缩流体。在一些情况下 （如空气沿通风管道前进）也将气体视作 不可压缩流体。于此同时，我们对于液体 的热胀性要给予足够的认识和重视。如高 楼水系统种一般设置膨胀水箱。
六、泵与风机
有关离心式水泵的结构和工作原理的内容在 高中物理中已经有讲授，这里不在赘述。需 要注意的是离心式泵与风机是中心进入边沿 流出，离心式水泵开机前要将机壳中注满水。
水泵和风机在工程中是一种能量转换装置， 它消耗原动机的能量，提高流体的全压力。
泵与风机的主要性能参数：流量、扬程和压 头、功率、效率、转速请同学们自行了解。
整个管道的能量损失应该分段计算沿 程损失和局部损失，再进行叠加。
流体力学的基本概念和原理
流体力学的基本概念和原理流体力学是物理学中研究流体运动以及其力学性质的学科。
在工程学、地球科学和生物学等领域中都有广泛的应用。
本文将介绍流体力学的基本概念和原理。
一、流体的定义和性质流体是指能够流动的物质，包括液体和气体。
相比固体，流体的特点是没有一定的形状和体积，能够适应所处容器的形状和体积。
流体的性质包括密度、压力、粘性等。
1. 密度：流体的密度定义为单位体积内的质量，通常用符号ρ表示。
密度越大，单位体积内的质量越多，流体的惯性越大。
2. 压力：流体由于自身重力和外界作用力而产生的分子间压力，即压强。
单位面积的压力常用符号p表示。
3. 粘性：流体的内部存在分子间的相互作用力，这种内部摩擦力使得流体具有黏性，即粘稠度。
二、流体流动的基本特征流体力学研究的核心是流体的运动问题。
流体的流动可以分为稳定流动和非稳定流动两种状态。
1. 稳定流动：当流体在一段时间内保持流速和流向不变时，称为稳定流动。
稳定流动的流速分布是均匀的，流体各处的速度相等。
2. 非稳定流动：当流体的流速和流向随时间变化时，称为非稳定流动。
非稳定流动的流速分布不均匀，流体各处的速度不等。
三、流体运动的描述为了更准确地描述流体的运动，流体力学引入了速度场和流线两个概念。
1. 速度场：速度场是指在流体中任意一点上的瞬时速度。
它可以用速度向量来表示，速度向量的大小表示速度的大小，方向表示速度的方向。
2. 流线：流线是指沿着流体的运动方向而形成的曲线。
流线上的任意一点的速度矢量和流线切线方向相同。
流线的密度越大，流体的速度越大。
四、流体运动的基本原理流体力学的研究依赖于一些基本原理，其中包括连续性方程、动量方程和能量方程。
1. 连续性方程：连续性方程表明流体在任意两个相邻截面上的质量流量相等。
它可以通过质量守恒定律推导得到。
2. 动量方程：动量方程用于描述流体中的力学行为。
根据牛顿第二定律，流体中单位体积的动量随时间的变化率等于由外力和压力产生的合力。
流体力学知识点总结
流体力学知识点总结x一、流体力学基本概念1、流体：指气体和液体，其中气体又称气态物质，液体又称液态物质，也指过渡态的固、液、气。
2、流体静力学：指研究流体在外力作用下的静态特性、压强及重力场等的一般理论。
3、流体动力学：指研究复杂流动现象的动态特性，如流速、湍流及涡流等。
4、流体性质：指流体具有的物理性质，如密度、粘度、比容、表面张力和热特性等。
二、基本假定1、流体的原子间的相互作用是可以忽略的，可以认为是稀薄的。
2、可以假设流体每@点的性质是一致的，允许有速度和温度的变化，其变化有连续性。
3、流体的流动受力不受力，受力的变化很小。
4、流体流动的程度比凝固物体的几何比例大，可以忽略凝固物体对流体流动的影响。
三、流体力学基本概念1、流体质量流率：是流体中的所有物质在某一时刻的移动量，单位为千克/秒（千克/秒）。
2、流体动量流率：是流体中所有物质在某一时刻的动量的移动量，单位是千克·米/秒（千克·米/秒）。
3、流体的动量守恒：流体系统中的动量移动量不变，即：动量进入系统等于动量离开系统。
4、流体的动量定理：假定流体的粘度是恒定的，在流体力学中，运动的流体的动量守恒定理如下：5、流体的能量守恒：流体系统中的能量移动量不变，即：能量的一部分进入系统、离开系统或转移到其他系统中等于能量的一部分离开系统或转移到系统中。
6、绝对动量守恒：在不考虑粘度、流体的办法、温度及热量的变化的情况下，流体系统的绝对动量总量不变。
四、流体力学基本公式1、流体的动量定理：即Bernoulli定理，它用来描述非稳定流动中的动量转换，其形式为：p+ρv2∕2+ρgz=P+ρV+2；2、流体的能量定理：即费休定理，它用来描述流体中的施加动能和升能变化，其形式为：p+ρv2∕2+ρgz=P+ρV∕2+ρgz；3、流体力学定理：即拉格朗日定理，它用来描述流体的流动变化，其形式为：p+ρv2∕2+ρgz=p0+ρv02∕2+ρgz0；4、流体的动量方程：用来描述流体的动量变化，其形式为：(ρv)t+·ρvv=p+·μv+ρf。
流体力学基础知识
流体力学基础知识
流体力学是研究流体静力学和流体动力学的学科。
其中，流体静力学研究静止流体的压力分布和平衡状态，而流体动力学研究流体在运动时的各种现象和规律。
在流体力学中，液体和气体都被视为流体。
在流体力学中，一些基本概念是非常重要的，如流量、速度、压力、密度、黏度等。
流量是单位时间内流体通过某一截面的体积，通常用Q表示。
速度是单位时间内物体移动的距离，通常用v表示。
压力是单位面积上的力，通常用P表示。
密度是单位体积质量，通常用ρ表示。
黏度是流体内部分子相互作用的强度，通常用μ表示。
流体力学中，流体的运动可以分为层流和湍流两种状态。
层流是指流体分子沿着流线按照一定的规律运动，而湍流则是指流体分子在流动中出现的混乱、波动、涡流等现象。
流体运动的状态和速度可以通过伯努利方程、连续性方程和动量守恒方程等基本方程来描述。
流体力学在众多领域都有着广泛的应用，如气象学、水利工程、航空航天、化学工程、石油工程等。
对于工程应用来说，掌握流体力学的基础知识是非常重要的。
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流体力学知识点
流体力学知识点流体力学是研究流体（包括气体和液体）运动和力学特性的一门学科。
它对于我们理解自然界中的许多现象和工程中的实际问题都起着关键作用。
本文将介绍流体力学的一些基本知识点，包括流体的性质、流体静力学、流体动力学和一些相关的应用领域。
首先，我们来了解一些关于流体的基本性质。
流体是一种物质状态，与固体不同，它的分子没有固定的排列方式，可以自由移动。
流体具有以下几个基本性质：连续性、可压缩性、黏性和表面张力。
连续性是指流体在任何点都存在，没有间断；可压缩性是指由于分子之间的空隙，流体可以被压缩；黏性是指流体的分子之间存在内摩擦力，使得流体表现出阻力和黏稠度；表面张力是指液体表面的分子间有一种特殊的吸引力，使得表面呈现一个有弹性的薄膜状。
流体静力学研究的是静止的流体和受力平衡的流体。
根据斯托克斯定律，当流体处于静止状态时，受力的大小与流体的位置无关，只与流体的密度、受力物体的体积以及重力加速度有关。
流体静力学中的一个重要概念是压力。
压力是指单位面积上受到的力的大小，可以通过公式P=F/A来计算，其中P代表压力，F代表受到的力，A代表受力的面积。
流体在重力下会受到压力的作用，压力由下往上逐渐递增，同时由于流体的连续性，流体中不同点上的压力相等。
流体动力学研究的是流体的运动和力学特性，包括液体和气体的流体运动。
流体动力学中的一个重要概念是流速。
流速是指单位时间内通过某处的流体质量或体积的大小，可以通过公式v=Q/A来计算，其中v代表流速，Q代表流体通过某处的流量，A代表流体通过的横截面积。
流速对于流体力学的研究非常重要，它影响到流体的各种性质和现象，比如压力、黏度、黏稠度以及流体的速度分布等。
在流体动力学中，有一些重要的定律和原理被广泛应用。
伯努利定律是流体力学中的重要定律之一，它表明当流体在稳定的条件下沿着流线流动时，流体的总能量保持不变。
根据伯努利定律，当流速增加时，压力会降低，而当流速减小时，压力会增加。
流体力学基础知识
流体力学基础知识第一节流体的物理性质一、流体的密度和重度流体单位体积内所具有的质量称为密度，密度用字母ρ表示，单位为kg/m3。
流体单位体积内所具有的重量称为重度，重度用γ表示，单位为N/m3，两者之间的关系为gγ=，g为重力加速度，通常g＝9．806m/s2ρ流体的密度和重度不仅随流体种类而异，而且与流体的温度和压力有关。
因为当温度和压力不同时，流体的体积要发生变化，所以其密度和重度亦随之变化。
对于液体来讲，密度和重度受压力和温度变化的影响不大，可近似认为它们是常数。
对于气体来讲，压力和温度对密度和重度的影响就很大。
二、流体的粘滞性流体粘滞性是指流体运动时，在流体的层间产生内摩擦力的一种性质。
所谓动力粘度系数是指流体单位接触面积上的内摩擦力与垂直于运动方向上的速度变化率的比值，用μ来表示。
所谓运动粘度是指动力粘度μ与相应的流体密度ρ之比，用ν来表示。
运动粘度或动力粘度的大小与流体的种类有关，对于同一流体，其值又随温度而异。
气体的粘性系数随温度升高而升高，而液体的粘性系数则随温度的升高而降低。
液体粘滞性随温度升高而降低的特性，对电厂锅炉燃油输送和雾化是有利的，因此锅炉燃用的重油需加热到一定温度后，才用油泵打出。
但这个特性对水泵和风机等转动机械则是不利的，因为润滑油温超过60℃时，由于粘滞性下降，而妨碍润滑油膜的形成，造成轴承温度升高，以致发生烧瓦事故。
故轴承回油温度一般保持在以60℃下。
第二节液体静力学知识一、液体静压力及其特性液体的静压力是指作用在单位面积上的力，其单位为Pa。
平均静压力是指作用在某个面积上的总压力与该面积之比。
点静压力是指在该面积某点附近取一个小面积△F，当△F逐渐趋近于零时作用在△F面积上的平均静压力的极限叫做该面积某点的液体静压力。
平均静压力值可能大于该面积上某些点的液体静压力值，或小于另一些点的液体静压力值，因而它与该面积上某点的实际静压力是不相符的，为了表示某点的实际液体静压力就需要引出点静压力的概念。
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密闭容器内的流体的特点 密闭容器中液体各点的压力是相等的。 密闭液体可以用于管路中向各个方向传递动力。
2.如题图所示连通器，中间有一活动隔板T，已知活塞面 积A1=1×10－3 m2， A2=5×10－3 m2，F1=200N，G=2500N， 活塞自重不计，问： （1）当中间用隔板T隔断时，连通器两腔压力P1、P2各是 多少？ （2）当把中间隔板抽去,使连通器连通时，两腔压力P1、 P2各是多少?力F1能否举起重物G？ （3）当抽去中间隔板T后若要使两活塞保持平衡,F1应是 多少?
液压油
学习目标 1.理解掌握液压油的性质 2.掌握液压油的类型 3.能够选用正确的液压油 4.学会分析液压油的故障
液体是液压传动的工作介质。最常用的工作介 质是液压油。 ◆ 1.液压油的性质 ◆ 1）密度 M M-液体的质量； V V-液体的体积。 一般液压油的密度为：900kg/m3 ◆ 2）可压缩性 ◆ 指液体在外力作用下体积减小的特性； ◆ 一般认为油液是不可压缩的。
料脱落的颗粒和纤维剥落的油漆、碎渣等。
• • • •
2.油液污染的危害 污染物包括：金属材料75%、尘埃15%、其它10% 1）对油泵的危害：使油泵润滑部分磨损加剧。 2）对液压阀的危害：使阀心移动困难或卡住阀口 密封不严，使阀失去控制性能。 • 3）对油缸危害：加速密封的损坏，油缸内表面拉 伤，内外泄露增加。 • 4）对过滤器的危害：会使滤网阻塞，油泵吸油困 难，回油不畅。严重时击穿滤心。 • 5）油液变质降低油液原有的特性和使用期。
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2)防锈性能的变化 产生的故障： ①滑动部分生锈影响控制阀动作不良 ②脱锈、失去防锈性能 ③因生锈的颗粒使动作不良甚至发生伤痕 3) 抗乳化性的变化 抗乳化性：是指油液中混入水分后油水分离能力 4）润滑性能的变化
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3.压力的传递 帕斯卡发现液体在相同的面积 上作用着相同的力，因此只要活塞 面积与重量成比例，小活塞上的小 重量就可以平衡大活塞上的大重量 。
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◆ 相关工艺知识
◆ 4.压力的表示
◆ 液体压力可分为绝对压力和相对压力两种。 ◆ 以绝对真空度为标准测得的压力为绝对压力。 ◆ 以大气压力位基准测得的压力为相对压力，又称为 表压力。 ◆ 绝对压力-大气压力=相对压力 ◆ 大气压力-绝对压力=真空度
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压力和流量
学习目标
1.理解掌握压力和流量的定义 2.掌握压力和流量的计算
◆ 提出问题 ◆ 液压系统是靠压力来工作的，那么液压系统 中的压力是怎样产生的？ ◆ 液压缸的运动速度是怎样来实现变化的？
◆ 压力和流量是液压系统的两个基本参数， ◆ 分别完成不同的功能。
◆ 相关工艺知识
◆ 1.压力的概念
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• 液压油的故障—液压油的污染与控制
1.造成油液污染的原因 1）残留的固体颗粒。 如：液压元件在装配加工、存放、搬运过程中污物在液压系统 未工作前已被带入。
2）空气中的尘埃。
如：液压系统工作过程中通过往复运动的活塞杆注入系统中的 油液，油箱中的空气、水滴、漏油的办法使尘埃浸入系统中。 3）生成物污染。 如：工作工程中不断生产的金属和密封材料磨损颗粒，过滤材
• 4.油液变质的危险和控制 • • • • • • • • • • • • 1）粘度的变化 ①粘度变低产生的故障 a、泵有噪声排油量不足，产生一样磨损 b、内泄露增加执行元件的动作不正常 c、压力控制阀工作不稳定（压力表指针来回摆动） d、润滑面产生不正常磨损 ②粘度增高产生的故障： a、油泵吸油不良 b、易产生气蚀现象 c、过滤器被阻塞 d、陪管阻抗增大引起压力损失 e、控制阀控制滞后或动作不良
• 作业： • 1、 如题图所示液压系统,已知使活塞1、2向左运动所需 的压力分别为P1、P2，阀门T的开启压力为P3，且 P1<P2<P3。问： • （1）哪个活塞先动？此时系统中的压力为多少？ • （2）另一个活塞何时才能动？这个活塞动时系统中压力 是多少？ • （3）阀门T何时才会开启？ • 此时系统压力又是多少 （4）若P3<P2< P1， • 此时两个活塞能否运动?为什么?
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• 3.油液污染的控制
• 1）力求减少外来污染。在安装和维修元件时要认真严格清 洗；油箱与大气相通的孔上要安装滤清器并注意定期清洗 ；向油箱添加液压油时应通过滤油器。 • 2）滤除油液中的杂质。在系统的相关位置应设置滤油器， 滤除油液中的杂质，注意定期检查、清洗和更换滤芯。 • 3）合理控制液压油的温度。避免油液温度过高，防止油液 氧化变质，产生各种生成物。一般油温最好控制在60℃以 内。 • 4）定期检查和更换液压油。每隔一定时间对液压系统中的 液压油进行抽样检查，分析污染物，如果不符合要求要尽 快更换油液。 17
◆ 3）粘性 液体在外力作用下流动时，液体分 子间的内聚力（内摩擦力）阻碍其相对运动的 性质。 注意：只有流动的液体才呈现粘性，静止的液体 不呈现粘性。
◆ 粘温特性 ◆ 油液粘性随温度变化的特性称为粘温特 性。外界温度越高，液体的粘性越小。
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◆ 2.液压油的选用 先选油品 考虑工作温度、压力、周围环境、是否专用等 再选粘度 工作压力（越高—越粘；防泄露） 工作温度（越高—越粘） 运动速度（越高—越小；减小摩擦损失） 根据液压泵选择（对油粘度最为敏感）
◆ 5.流量和流速
◆ 流量是指在规定时间内有多 少液体流经某一点。 ◆ 流量和流速满足下列关系： ◆ q=v*A ◆ 如果面积一定，流量越大， 速度越大。此时流量和速度 成正比。
◆ 思考题：
◆ 1.假定将同样的液压力作用与油缸的A腔和B腔， 请问活塞的运动方向？
◆ 2.假定有如图所示的两个相同的液压缸，以相同 的流量向A腔和B腔中供油。请问哪一个油缸的活 塞速度更快？