第一章 流体力学基本知识

第一章流体力学基本知识

▪物质的三种形态：固体、液体和气体▪流体力学-----研究流体平衡和运动的力学规律及其应用的科学。

第一节流体的主要物理性质

一. 流体的密度和容重

1 . 密度：对于均质流体，单位体积的质量。

kg/m 32 . 容重：对于均质流体，单位体积的重量。N/m

3V

M =ρV G =γ

3.密度与容重的关系

4.密度和容重与压力、温度的关系 压力升高

流体的密度和容重增加；

温度升高流体的密度和容重减小。g V

g M V G ⋅=⋅==ργ

二.流体的粘滞性

1. 流体粘滞性的概念

流体内部质点间或流层间因相对运动而产生内摩擦力（粘滞力）以反抗流体相对运动的性质。

2.粘滞性的表示形式

❑动力粘滞系数μ kg/m ·s

❑运动粘滞系数ν m 2/s ρ

μν=

液体粘滞系数的测定

3.粘滞性与温度、压力的关系

❑粘滞性受温度影响大，受压力影响小。

❑液体的粘滞性随温度的升高而降低。

❑气体的粘滞性随温度的升高而增加。

原因分析：粘滞性是流体分子间的吸引力和分子不规则的热运动产生动量交换的结果。液体，分子间的吸引力是决定性因素；气体，分子间的热运动是决定性因素。

三.流体的压缩性和热胀性

1.流体的压缩性

流体受压，体积缩小，密度增大的性质，称为流体的压缩性。

2.流体的热胀性

流体受热，体积膨胀，密度减小的性质，称为流体的热胀性。

3.液体的压缩性与热胀性

4.气体的压缩性与热胀性

理想气体状态方程：T

R P

⋅=ρ

第二节流体静压强及其分布规律一.流体的静压强及其特征

Ⅰ

Ⅱ

P

∆ω∆a 1.流体静压强的概念

ω

ω∆∆=→∆P p lim 0( N/m 2 )p 称为a 点的静压强

2.静压强的单位

从压强的定义出发: 力/面积

国际单位: N/m2 (以符号Pa表示)

工程单位: kgf/m2或kgf/cm2

用大气压的倍数表示:

国际单位: 标准大气压

1标准大气压=101325Pa=1.01325bar(巴)工程单位: 工程大气压( at )

1工程大气压(at) =1kgf/cm2

用液柱高度表示:

mH2O mmH2O mmHg 1标准大气压=10.33mH2O=10332.3 mmH2O=760 mmHg=101325Pa

1工程大气压=10mH2O=10000mmH2O

=735.6 mmHg=98070Pa

3.流体静压强的特征

(1)流体静压强p 的方向必定沿着作用面的内法线方向;

(2)任意点的流体静压强只有一个值，它不因作用面的方位改变而改变。

二.流体静压强的分布规律

1.静水压强基本方程式ω∆⋅=00p P h

G A

ω∆p P

G P =+0()ωωγω∆⋅=∆⋅+∆⋅p h p 0h

p p ⋅+=⇒γ0-------又称静水力学基本方程式

a p a

p a p h ⋅γ水池（坝）壁相对压强分布图

2.绝对压强与相对压强p

p a

00绝对压强A B A 点绝对压强p A A 点相对压强p

大气压强(98kN/m 2)

B 点绝对压强p B

B 点真空度p k

3.流体静压强的测量

(1)液柱测压计(测压管)

(2)金属压力表、真空表

压力变送器

第三节流体运动的基本知识一、流体运动的基本概念

（一）压力流与无压流

1.压力流：流体在压差作用下流动时，流体整个周围和固体壁相接触，没有自由表面，如供热管道。

供热管道

2.无压流：液体在重力作用下流动时，液体的部分周界与固体壁相接触，部分周界与气体相接触，形成自由表面，如天然河流等。

天然河

流

（二）恒定流与非恒定流

1.恒定流：流体运动时，流体中任一位置的压强、流速等运动要素不随时间变化的流动。

2.非恒定流：流体运动时，流体中任一位置的运动要素如压强、流速等随时间变化的流动。

注意：自然界中都是非恒定流，工程中取为恒定流。

（三）流线与迹线

1.流线：同一时刻连续流体质点的流动方向线。

2.迹线：同一质点在连续时间内的流动轨迹线。

（四）均匀流与非均匀流

1.均匀流：流体运动时，流线是平行直线的流动。

2.非均匀流：流体运动时，流线不是平行直线的流动。

（1）渐变流：流体运动中流线接近于平行线的流动。（2）急变流：流体运动中流线不能视为平行线的流动。

（五）元流、总流、过流断面、流量与断面平均流速1.元流：流体运动时，在流体中取一微小面积dw，并在dw面积上各点引出流线并形成的一股流束。2.总流：流体运动时，无数总流的总和。

3.过流断面：流体运动时，与元流或总流全部流线

正交的横断面。以dw或w示之，单位：m2或cm2。注意：均匀流的过流断面为平面；

非均匀流的过流断面一般为曲面，其中渐变

流的过流断面可视为平面。

4.流量**

（1）体积流量：流体运动时，单位时间内通过过流断面的流体体积。以Q表示，单位：m3/s，L/s。（2）重量流量：流体运动时，单位时间内通过过流断面的流体流量。以Q表示，单位：N/s。

（3）质量流量：流体运动时，单位时间内通过过流断面的流体质量。以Q表示，单位：kg/s。