流体性质和流体静力学基础
流体力学基础
基于流体的连续性假设，可以推导出 流体的连续性方程，即单位时间内流 入与流出控制体的质量差等于控制体 内质量的增量。
流体的粘性与压缩性
流体的粘性
流体在运动时，相邻两层流体之间会产生相对运动，从而产生内摩擦力，这种 性质称为流体的粘性。粘性大小用粘度来衡量。
流体的压缩性
流体在外部压力作用下，其体积会发生变化，这种性质称为流体的压缩性。对 于一般液体，其压缩性很小，可忽略不计；但对于气体，其压缩性则必须考虑 。
边界层分离现象及其影响
分离现象
在流体绕过某些物体时，边界层在物体表面发生分离，形成漩涡区，使流体对物体的作 用力减小。
影响
边界层分离会导致流体对物体的阻力增加，同时可能产生噪声和振动，对飞行器和船舶 等运动物体的稳定性和安全性产生影响。
绕流现象及其产生原因
绕流现象
流体绕过物体时，由于物体形状和流动条件 的不同，流体会在物体周围形成不同的流动 状态，如流线型绕流、分离型绕流等。
p=p0+ρgh，其中p为任意点的压力，p0为 基准面上的压力，ρ为流体密度，g为重力加 速度，h为该点在基准面以上的高度。
方程的应用
用于计算静止流体中任意点的压力， 确定等压面等。
方程的物理意义
方程表示了静止流体中任意点的压力 等于基准面上的压力加上从基准面到 该点的单位面积上的液柱重量。
流体静压力的应用
流体力学的研究对象与方法
研究对象
流体力学的研究对象包括各种流体（如空气、水、油等）以及流体中的各种现象（如流动、传热、传 质等）。
研究方法
流体力学的研究方法包括理论分析、实验研究和数值模拟三种。理论分析是通过建立数学模型和求解 方程来研究流体运动规律；实验研究是通过实验手段来观测和测量流体运动现象；数值模拟是通过计 算机模拟来再现和预测流体运动过程。
流体静力学基础
流体静力学基础一、引言流体静力学是流体力学的基础分支，研究流体在无速度变化的情况下的静力平衡。
本文将介绍流体静力学的基本概念和理论，并阐述其在实际应用中的重要性。
二、流体静力学的基本概念1. 流体和流体静压力：流体是指能够流动的物质，包括液体和气体。
流体静压力是指流体在重力和压力的作用下所产生的力。
2. 流体静力学的假设：流体静力学的研究基于两个基本假设，即流体是连续的且不可压缩的。
3. 流体的静定平衡状态：流体在静止状态下，各点的压力相等，且重力与压力之和为零，即流体处于静定平衡状态。
三、流体静力学理论1. 海伦定律：海伦定律描述了液体在重力作用下的静力平衡。
根据海伦定律，液体的压强随着深度的增加而增加，并与液体的密度和重力加速度成正比。
2. 压力的传递和帕斯卡定律：在静止的液体中，施加在一个点上的压力会均匀地传递到液体的每个部分。
帕斯卡定律指出，压力在液体中传递时会保持不变。
3. 浮力和阿基米德原理：根据阿基米德原理，物体浸没在液体中所受到的浮力等于其排开的液体的重量。
浮力是由液体对物体的压力差所产生的。
4. 压力测量：常用的压力测量方法包括压力传感器和压力计等。
压力传感器可以通过测量流体对其施加的力来确定压力的大小。
四、流体静力学的应用1. 建筑工程中的应用：流体静力学理论在建筑工程中具有重要作用，如水坝、水塔和消防系统等的设计和计算都基于流体静力学的原理。
2. 水利工程中的应用：水利工程中需要考虑水的流动和静止情况，流体静力学理论用于水流的控制和调节。
3. 航空航天中的应用：航空航天工程中需要考虑飞行器周围的气流和压力情况，流体静力学理论用于飞行器的设计和性能分析。
4. 生物学和医学中的应用：流体静力学理论在血液循环、呼吸系统和心脏泵等生物学和医学领域的研究中发挥了重要作用。
五、结论流体静力学是流体力学的基础，研究流体在静止状态下的力学行为。
了解流体静力学的基本概念和理论对于实际应用非常重要，它在各个领域中都有广泛的应用。
流体力学 - 第一章流体属性及静力学
1
第一章
流体属性及静力学
§1-1 流体定义及连续介质假定 §1-2 流体的密度、重度和粘性 §1-3 流体的其他属性 §1-4 作用于流体上的力 §1-5 流体静压力特性及静止流体中 压力变化规律 §1-6 静止流体作用在壁面上的力
第一章 流体属性及静力学
2
重点：连续介质模型，流体的粘性， 作用于流体上的力，静压力的特性，
第一章 流体属性及静力学
31
外力：周围物体对其作用力 。包括周 围流体和固体的作用力 。 外力又可分为： 表面力：表面压力、表面粘性力。自由 面上还有表面张力 ——是一种特殊类型的 表面力 ，液体内分子对表面分子的吸引。 质量力(体积力 )：重力、惯性力、磁场 力等等。
第一章 流体属性及静力学
32
1. 流体的压缩性
如果温度不变，流体的体积随压强增加 而缩小，这种特性称为流体的压缩性，通 常用体积压缩系数 p 来表示。 p 指的是在温度不变时，压强增加一个 单位所引起的流体体积相对缩小量，即：
p
1 dV V dp
第一章 流体属性及静力学
28
流体体积压缩系数的倒数就是流体的体积 弹性模量Ｅ。它指的是流体的单位体积相对变 化所需的压强增量，即：
第一章 流体属性及静力学
25
粘性流体(viscous fluid)：考虑粘性影响。 理想流体(ideal fluid)：不考虑粘性影响。 粘性流体与理想流体的主要差别如下： (1)流体运动时，粘性流体相互接触的流体 层之间有剪切应力作用，而理想流体没有； (2)粘性流体附着于固体表面，即在固体表 面上其流速与固体的速度相同，而理想流体在 固体表面上发生相对滑移。
第一章 流体属性及静力学
流体静力学的基本概念
流体静力学的基本概念流体静力学是研究静止流体内部受力和受力平衡条件的学科。
在物理学和工程学中，流体静力学是一个重要的基础理论，它有助于我们理解流体在静止状态下的性质和行为。
本文将介绍流体静力学的基本概念，包括流体、压强、压力、浮力等内容。
一、流体的基本概念流体是一种没有固定形状且能够流动的物质。
流体包括液体和气体两种形态。
液体是一种有固定体积但没有固定形状的流体，而气体是一种既没有固定形状也没有固定体积的流体。
在流体静力学中，我们通常将流体视为连续、均匀且不可压缩的介质，以简化问题的分析。
二、压强和压力压强是单位面积上受到的压力大小，通常用符号P表示，其数值等于单位面积上受到的力除以该面积。
在流体静力学中，压强是描述流体内部压力分布的重要物理量。
当流体处于静止状态时，流体内部各点的压强是相等的，这也是帕斯卡定律的基本内容之一。
压力是单位面积上作用的力，通常用符号F表示，其大小等于力的大小除以作用面积。
在流体静力学中，压力是描述流体对容器壁或物体表面施加的力的物理量。
根据帕斯卡定律，静止流体对容器壁或物体表面的压力是垂直于表面的，并且大小与深度成正比。
三、浮力浮力是指物体浸没在液体中时，液体对物体的向上的支持力。
根据阿基米德原理，浸没在液体中的物体所受的浮力大小等于物体排开的液体的重量，方向垂直向上。
浮力是由于液体对物体的压力不均匀而产生的，当物体浸没在液体中时，液体对物体底部的压力大于对顶部的压力，从而产生向上的浮力。
四、流体静力学的应用流体静力学的基本概念在工程学和物理学中有着广泛的应用。
例如，在建筑工程中，我们需要考虑建筑物受风压力和水压力的影响，以确保建筑物的结构稳定；在航空航天工程中，我们需要研究飞机和火箭在空气中的飞行特性，以提高其性能和安全性；在水利工程中，我们需要分析水坝和水闸受水压力的情况，以确保水利设施的正常运行。
总之，流体静力学是研究静止流体内部受力和受力平衡条件的学科，它有助于我们理解流体在静止状态下的性质和行为。
化工原理第一章流体力学基础
第一章 流体力学基础
m GA uA
17/37
1.3.1 基本概念
三、粘性——牛顿粘性定律
y x
v
内部存在内摩擦力或粘滞力
v=0
内摩擦力产生的原 因还可以从动量传 递角度加以理解:
v
单位面积上的内摩擦力，N m2
dv x
dy
动力粘度 简称粘度
速度梯度
----------------牛顿粘性定律
(2)双液柱压差计
p1
1略小于2
z1
p1 p2 2 1 gR
p1
R
p2
R
p2
1
z1
R 2
0
倾斜式压差计
浙江大学本科生课程 化工原理
第一章 流体力学基础
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幻灯片2目录
1.3 流体流动的基本方程 1.3.1 基本概念 1.3.2 质量衡算方程 1.3.3 运动方程 一、作用在流体上的力 二、运动方程 三、N-S方程 四、欧拉方程 五、不可压缩流体稳定层流时的N-S 方程若干解
v x v y vz 0
t x
y
z
t
vx
x
vy
y
vz
z
v x x
v y y
v z z
0
D
Dt
v x x
v y y
v z z
0
-------连续性方程微分式
若流体不可压缩，则D/Dt=0
v x v y v z 0 x y z
浙江大学本科生课程 化工原理
第一章 流体力学基础
dy
N m2 ms
Ns m2
Pa s
m
1Pa s 10P 1000cP
空气动力学总结
空气动力学总结第一章流体的基本属性和流体静力学基础1.连续介质假设：根据空气微团的概念，就可以把空气看做是由空气微团组成的没有间隙的连续体。
2.一般情况下，流体只承受压力，而不承受拉力，在一定的剪切力的作用下，流体会产生连续的变形，因此静止的流体不能承受剪切力。
3.空气微团：指含有很多空气分子的很微小的一团空气，它与飞行器特征尺寸大小相比微不足道的，同时它还要包含足够多的空气分子数目，要使空气密度的平均特征值有确切的含义。
4.在研究飞行器在任何高度飞行所受的空气动力时都可以应用连续介质假设。
（X）原因：只有在对流和平流层可以5.描述流体的主要物理量有密度、温度、压强密度的物理意义：反映流体的稠密程度温度的物理意义：反映分子无规则运动平均动能的大小压强的物理意义：流体单位面积上作用力的大小三者之间的关系：P=ρRT （R 为气体常数）6.理想气体状态方程：P v =RT（对1kg 气体）P V m =R m T（对1kmol 气体）（标准状态下V m =22.414）P v=mRT =nR m T（对mkg 或nkmol 气体）R m 为摩尔气体常数，不仅与气体所处的状态无关，而且还与气体种类无关，又叫通用气体常数。
R 为气体常数，大小为287.06或287，它与所处状态无关，但随气体种类的不同而不同，气体常数和通用气体常数的关系是R m =M·R（M 为物质的摩尔质量）**上述方程中应该使用绝对压力，不能使用直接测量得出的表压****上述方程中的温度应该使用绝对温度（开氏温度）****其中P 的单位是pa 而不是hpa，标准大气压是1013.25hpa**7.不同温度单位、压强单位的换算关系：T F =9/5T+32或T=5/9（T F -32）T K =T C +273.150℃100℃32（华）212（华）273.15K 373.15K **atm 指的是大气压，标准海平面时为1atm**8.流体的压缩性：我们将流体随着压强增大而体积缩小的特性。
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。
第一章 流体流动
气体密度 一般温度不太低，压强不太高时气体可按理想气 体考虑，所以理想气体密度可由理想气体状态方程 导出： T0 p M pM m
v
RT
0
Tp 0
0 22.4 ，kg / m
3
混合气体密度
ρm= ρ1y1+ ρ2y2+ …+ ρnyn
MT0 p 22.4Tp 0
式 y1、y2……yn——气体混合物各组分的体积分数 ρ1、 ρ2、…、 ρn—气体混合物中各组分的密度，kg/m3; ρm——气体混合物的平均密度，kg/m3；
2.2 流体静力学基本方程的应用
1、压力的测量 (1) U型管压差计 构造： U型玻璃管内盛指示液A 指示液：指示液A(蓝色)与被测液B(白)互不相溶，且ρA＞ρB 原理：图中a、b两点在相连通的同一静止流体内，并且在 同一水平面上，故a、b两点静压力相等，pa=pb。 对a、b两点分别由静力学基本方程，可得 pa= p1+ρB· g(Z+R) pb= p2+ρB· gZ+ρAgR
三、流体的研究方法
连续介质假说：流体由无数个连续的质点组
成。﹠质点的运动过程是连 续的 质点：由许多个分子组成的微团，其尺寸比 容器小的多，比分子自由程大的多。 （宏观尺寸非常小，微观尺寸又足够大）
四、流体的物理性质
◆密度ρ 单位体积流体的质量，称为流体的密度，其表 m 达式为
V
式中 ρ——流体的密度，kg/m3; m——流体的质量，kg; V——流体的体积，m3。 流体的密度除取决于自身的物性外，还与其温 度和压力有关。液体的密度随压力变化很小，可 忽略不计，但随温度稍有改变；气体的密度随温 度和压力变化较大。
pA=p0+ ρgz pB=p0+ ρi gR 又∵ pA=pB
流体力学基础流体的性质与流体力学原理
流体力学基础流体的性质与流体力学原理流体力学基础——流体的性质与流体力学原理流体力学是研究流体运动和流体力学基本原理的学科，广泛应用于航空、航海、能源、化工等领域。
本文将介绍流体的性质以及流体力学的基本原理。
一、流体的性质流体指的是气体和液体，在力学中被视为连续介质。
流体具有以下几个主要的性质：1. 可流动性：与固体不同，流体具有较低的粘性和内聚力，因此可以流动。
流体的流动性使其在工程领域中应用广泛，并且流体力学正是研究流体流动的力学学科。
2. 不可压性：对于液体来说，密度变化相对较小，一般可视为不可压缩的。
而对于气体来说，变化较大的压力会引起密度变化，所以流体力学中对气体流动的研究需要考虑密度的变化。
3. 流体静力学压力：流体静力学压力是由于流体自身重力或外力作用下的压力差异引起的。
流体中的每一点都承受来自其周围流体的压力。
4. 流体动力学压力：流体动力学压力是由于流体的动力作用引起的压力差异。
当流体以较高速度通过管道或物体时，流体动力学压力扮演着重要的角色。
二、流体力学原理流体力学原理是研究流体运动的基本规律，它由庞加莱提出的运动方程、贝努利定律、连续方程等组成。
以下将分别介绍这几个基本原理：1. 流体运动方程：流体运动方程描述了流体在空间中运动的规律。
流体运动方程包括质量守恒方程、动量守恒方程和能量守恒方程。
质量守恒方程指出质量在流体中不会凭空消失或产生；动量守恒方程描述了流体运动中受到的作用力和压力的关系；能量守恒方程则研究了流体在流动过程中的能量转化。
2. 贝努利定律：贝努利定律是流体力学中最为著名的定律之一。
它说明了在无粘度和定常状态下，流体在不同位置的速度、压力和高度之间存在着一种平衡关系。
贝努利定律在飞行器设计和管道流动等领域中有广泛的应用。
3. 材料导数：材料导数是流体力学中用来描述物质随时间变化的速率的重要概念。
对于流体来说，由于其非刚性的特性，物质随时间的变化需要通过材料导数来描述，它包括时间导数和空间导数。
流体力学
• 从微观上讲，流体是由大量的彼此之间有一定间 隙的单个分子所组成，而且分子总是处于随机运 动状态。 • 从宏观上讲，流体视为由无数流体质点（或微团） 组成的连续介质。 – 所谓质点，是指由大量分子构成的微团，其尺 寸远小于设备尺寸，但却远大于分子自由程。
– 这些质点在流体内部紧紧相连，彼此间没有间 隙，即流体充满所占空间，称为连续介质。
③判断安装是否合适：若
H g实
H 低于 g允
，则说明安装
合适，不会发生汽蚀现象，否则，需调整安装高度。
④欲提高泵的允许安装高度，必须设法减小吸入管路的
阻力。泵在安装时，应选用较大的吸入管路，管路尽 可能地短，减少吸入管路的弯头、阀门等管件，而将 调节阀安装在排出管线上。
4.1.4离心泵的类型与选用
• 注意：
• 对于静止流体，由于各流层间没有相对运动，粘滞性不 显示。 • 流体粘滞性的大小通常用动力粘滞性系数μ和运动粘滞 性系数ν来反映，它们是与流体种类有关的系数，粘滞 性大的流体，μ和ν的值也大，它们之间存在一定的比例 关系。 μ ＝ νρ • 流体的粘滞性还与流体的温度和所受压力有关，受温度 影响大，受压力影响小。实验证明，水的粘滞性随温度 的增高而减小，而空气的粘滞性却随温度的增高而增大。
• (3)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，这种流体运动称 为恒定流，如图1.11(a)所示。 • (4)非恒定流 流体运动时，流体中任一位置的运 动要素如压强、流速等随时间变化而变化，这种 流体运动称为非恒定流，如图1.11(b)所示。
四、流体的输送机械
常用的流体输送机械
2.汽蚀余量：
汽蚀余量NPSH ：
泵入口处的动压头与静压头之和与以液柱高度表示的被输送液体在 操作温度下的饱和蒸汽压之差。
第一章 流体属性与流体静力学
F=µ AU/h
θ
θ
1
2
t1 t2
A
流体
U
F
h
1.2.3 流体的粘性
设 表示单位面积上的内摩擦力（粘性剪切应力），则
F U A h
对于一般的粘性剪切层，速度分布不是直线而是前述的曲线
，则粘性剪切应力可写为
du , dh
(帕 N / m 2 )
这就是著名的牛顿粘性应力公式，它表明粘性剪切应力与速
1.2.3 流体的粘性 流体切应力与速度梯度的一般关系为：
A B
du dy
n
1
1
2
3 4
0
du dy
1 . =0+µ du/dy，binghan流体，泥浆、血浆、牙膏等
2 . =µ (du/dy)0.5 ，伪塑性流体，尼龙、橡胶、油漆等
1.2.4 气体的状态方程
任何状态下的气体， P、ρ、T存在某种函数关系这种函数 关系式称为状态方程
p p , T
对于理想气体
p R T Mr
R 8312 J Kg mol K ——通用气体常数,与气体种类无关
p RT
R——气体常数,与气体种类有关
1.3 作用在流体微团上的力
的流动就不能作为连续介质；
1.1 连续介质的概念
在连续介质的前提下，流体介质的密度可以表达为:
lim
v 0
m v
其中 v 为流体空间的体积， m 为其中所包含的流体质量。
y
•A
v
A
z
x
l
3
v0
v
1.2 流体的属性
流体力学水力学知识点总结
流体力学水力学知识点总结一、流体力学基础知识1. 流体的定义：流体是一种具有流动性的物质，包括液体和气体。
流体的特点是没有固定的形状，能够顺应容器的形状而流动。
2. 流体的性质：流体具有压力、密度、粘性、浮力等基本性质。
这些性质对于流体的流动行为具有重要的影响。
3. 流体静力学：研究流体静止状态下的力学性质，包括压力分布、压力力和浮力等。
流体静力学奠定了流体力学的基础。
4. 流体动力学：研究流体在外力作用下的运动规律，包括速度场、流线、流量、动压、涡量等。
流体动力学研究的是流体的流动行为及其相关问题。
5. 流动方程：流体力学的基本方程包括连续方程、动量方程和能量方程。
这些方程描述了流体的运动规律，是解决流体力学问题的基础。
6. 流体模型：流体力学的研究对象是真实流体，但通常会采用模型来简化问题。
常见的模型包括理想流体模型、不可压缩流体模型等。
二、水力学基础知识1. 水的性质：水是一种重要的流体介质，具有密度大、粘性小、表面张力大等特点。
这些性质对于水力学问题具有重要影响。
2. 水流运动规律：水力学研究水的流动规律，包括静水压力分布、流速分布、流线形状等。
3. 基本水力学定律：包括质量守恒定律、动量守恒定律和能量守恒定律。
这些定律是解决水力学问题的基础。
4. 水流的计算方法：水力学中常用的计算方法包括流速计算、水头损失计算、管道流量计算等，这些方法是解决水力学工程问题的重要手段。
5. 水力学工程应用：水力学在工程中具有广泛的应用，包括水利工程、水电站设计、城市供水排水系统等方面。
6. 液体静力学：水力学中涉及了静水压力、浮力、气压等液体静力学问题。
这些问题对水力工程设计和建设具有重要影响。
三、近年来的流体力学与水力学研究进展1. 流固耦合问题：近年来，液固耦合问题成为流体力学与水力学领域的重点研究方向。
在这个方向上的研究主要涉及流固耦合现象的模拟、流固耦合系统的动力学特性等方面。
2. 多相流动问题：多相流动是指不同相的流体在空间和时间上相互混合流动的现象。
第1章 流体力学基本知识
数学表达式：
二、流体的粘滞性 粘滞性 ：流体内部质点间或层流间因相对运动 而产生内摩擦力（切力）以反抗相对运动的 性质。
牛顿内摩擦定律：
F－内摩擦力,N; S－摩擦流层的接触面面积,m2；
τ－流层单位面积上的内摩擦力（切应力）,N/
m2；
du/dn－流速梯度，沿垂直流速方向单位长度 的流速增值；
hω1-2 ＝Σhf＋Σhj
二、流动的两种型态－－层流和紊流
二、流动的两种型态－－层流和紊流
实验研究发现，圆管内流型由层流向湍流 的转变不仅与流速u有关，而且还与流体的 密度、粘度 以及流动管道的直径d有关。 将这些变量组合成一个数群du/，根据该 数群数值的大小可以判断流动类型。这个 数群称为雷诺数，用符号Re表示，即
从元流推广到总流，得：
由于过流断面上密度ρ为常数，以
u d u d
1 1 1 2 2 1 2
2
带入上式，得：
ρ1Q1 ＝ρ2 Q2 Q＝ωv ρ1ω1v 1＝ρ2ω2v 2
（1－11）
（1－11a）
（1－11）、 （1－11a） －－质量流量的连 续性方程式。
建筑设备工程
第一章 流体力学基本知识 第1节 流体的主要物理性质 第2节 流体静压强及其分布规律 第3节 流体运动的基本知识 第4节 流动阻力和水头损失 第5节 孔口、管嘴出流及两相流体简介
本章介绍流体静力学，流体动力学，流体运动 的基本知识，流体阻力和能量损失，通过本章 的学习可以对流体力学有一个大概的了解，但 讲到的内容是很基础的。
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流体静力学基础知识
流体静力学基础知识在我们的日常生活和工程实践中，流体静力学的知识无处不在。
从水箱中的水位高度到深海中的压力分布，从大坝的设计到飞机的燃油储存，流体静力学都发挥着至关重要的作用。
那么，什么是流体静力学呢？简单来说，流体静力学是研究静止流体的力学规律的学科。
要理解流体静力学，首先我们需要明确流体的概念。
流体是一种在微小剪切力作用下会连续变形的物质，包括液体和气体。
与固体不同，流体不能承受切向力，只能承受压力。
当流体处于静止状态时，其内部不存在相对运动，此时流体所表现出的力学性质就是我们研究的重点。
在流体静力学中，有一个非常重要的概念——压力。
压力是指流体单位面积上所受到的垂直作用力。
压力的单位通常为帕斯卡（Pa），在实际应用中，我们也经常会使用兆帕（MPa）、千帕（kPa）等单位。
需要注意的是，压力是一个标量，它只有大小，没有方向。
但在描述压力的作用方向时，我们通常会说某点的压力指向某个表面。
在静止的流体中，压力具有一些重要的特性。
例如，静止流体中任意一点的压力在各个方向上都相等。
这是因为如果在某一点的不同方向上压力不相等，流体就会产生流动，这与流体静止的前提相矛盾。
另一个关键的概念是压强差。
当流体中存在不同的位置，其压力有所不同时，就会产生压强差。
压强差是导致流体流动的原因之一。
比如，在连通器中，如果两侧液体的高度不同，就会因为压强差而产生液体的流动，直到两侧液面高度相同，压强差消失，液体达到平衡状态。
流体静力学的基本方程是我们研究和解决问题的重要工具。
其中，最常见的是静压强基本方程，即：＄p ＝ p_0 ＋＼rho gh$ 。
其中，＄p$ 表示某点的压强，＄p_0$ 表示液面上方的压强（通常为大气压），＄＼rho$ 表示流体的密度，＄g$ 表示重力加速度，＄h$ 表示该点距离液面的垂直高度。
这个方程告诉我们，在静止的流体中，压强随着深度的增加而增大，并且与流体的密度和深度成正比。
让我们通过一个简单的例子来理解这个方程。
流体力学基本知识
第二节 流体静力学的基本概念
▪ 2、压强的计量单位
▪ (1)定义式：
▪ 国际单位制(SI)制：1N/m2=1Pa；
1bar=105 Pa
▪ 工程制： 1kgf/cm2=1kg×9.8065[m/s2]/10–4[m2]
▪
=9.8065×104 Pa
第二节 流体静力学的基本概念
▪ (2)用大气压表示： ▪ 1atm(标准大气压)=1.033 kgf/cm2 ▪ =1.033×9.8065×104 Pa=1.0133×105 Pa ▪ =1.0133 bar
第二节 流体静力学的基本概念
(3)用液柱的高度表示： p=F/A=ρVg/A=ρ(AZ)g/A=ρZg
力增大，动力消耗增大，操作费用增大； 当V一定时，u减小，则d增大，管材费用增加，流动
阻力减小，动力消耗减小，操作费用减小；在允许 范围内，从长远利益考虑，一般选择管径较大者。
第三节 管内流体流动的基本方程式
二、流体运动的类型 1、有压流： 流体在压差作用下流动，流体各个过流断面的
整个周界都与固体壁相接触，没有自由表面，这种流体流 动为有压流。 2、无压流： 流体在重力作用下流动，流体各个过流断面的 部分周界与固体壁相接触，具有自由表面，这种流体流动 为无压流。 3、稳定流动：流体在管道中流动时，若任一点的流速、压 力等有关物理参数都不随时间改变，仅随位置改变，即 u=f(x，y，z)，ut=ut+△t，则这样的流动为稳定流动。 4、不稳定流动：流体在管道中流动时，若任一点的流速、 压力等有关物理参数不仅随位置改变，而且随时间发生部 分或全部改变，即u=f(x，y，z，t)，ut≠ut+△t，这样的流 动为不稳定流动
流体动力学的基本概念和原理
流体动力学的基本概念和原理流体动力学是研究流体在运动中的行为和性质的学科。
它探究了流体的静力学、动力学以及其它相关问题。
本文将介绍流体动力学的基本概念和原理，包括流体的性质、力学原理和其应用。
一、流体的性质流体是指可以流动的物质，通常分为液体和气体两种状态。
液体具有固定体积和可变形状的特性，而气体具有可变体积和可变形状的特性。
流体具有以下基本性质：1. 静力学性质：包括流体的压强和密度等。
压强是单位面积上的力的作用，常用帕斯卡（Pa）作为单位；密度是单位体积上的质量，常用千克/立方米（kg/m³）作为单位。
2. 动力学性质：包括流体的运动速度和流量等。
运动速度是流体中某点在单位时间内通过该点的位移，常用米/秒（m/s）作为单位；流量是单位时间内通过某一横截面的流体体积，常用立方米/秒（m³/s）作为单位。
3. 黏性：流体的相对运动会产生内部的摩擦力。
黏性是流体抵抗剪切性变形的能力，通常用粘度来表示，其单位为帕斯卡秒（Pa·s）。
二、流体的力学原理流体动力学依赖于一些重要的力学原理，包括质量守恒定律、动量定律和能量守恒定律。
1. 质量守恒定律：它描述了在封闭系统中质量的守恒。
即在单位时间内通过某一横截面的流体质量相等于该段时间内流入和流出的质量之和。
2. 动量定律：流体动量变化率等于合外力的作用。
这个原理描述了流体在流动过程中受到的力和力的变化情况。
动量定律可以用来推导流体的运动方程和流体的受力情况。
3. 能量守恒定律：它讲述了能量的守恒。
流体在运动过程中一般存在着压力能、动能和重力势能等形式的能量，并且能量守恒定律可以用来分析流体在不同形式能量之间的转化。
三、流体动力学的应用流体动力学的应用广泛，以下是一些典型的应用领域：1. 工程应用：流体动力学可以应用于液体和气体的管道系统、水力发电、空气动力学等工程领域，通过分析流体的行为来优化系统设计和改进效率。
2. 生物医学：流体动力学在生物医学领域中的应用包括血液循环、呼吸系统等的研究，通过模拟和分析流体行为来了解生物体内部的生理过程。
流体性质和流体静力学基础
2.流体静压力的基本特性
（1）流体静压力的方向总是与作用面相垂直， 并指向作用面。 （2）在静止流体中，任意一点压力值的大小 与作用面的方向无关，只与该点的位置有关。
2. 液柱式测压计
——用于测量压力的装置 。 根据其转换原理不同，大致可分为四类：
• 液柱式测压计 •弹簧式测压计 •电气式测压计 • 活塞式测压计
精度较高，且结构简单，使用方 便，但量程较小，所以常用于测
量低压、真空度和压力差
（1）测压管
为一根直径不小于5mm两端开口的玻璃直管或U形管。 应用时一端和流体所要测量压力之处相连接，另一端开口 与大气相通根据管中液面上升的高度可以得到被测点的流 体静压力值。
（b）和（c）中U 形玻璃管内装有密
度为i的工作液体
（又称指示液）.
该测气体时可忽略气柱 高度产生的压力表
（2）U形管压差计
压差计是用来测量流体两点间压力差的仪器，常用U形 玻璃管制成，只是两端均需接到被测流体A、B两处，按U 形管中指示液的高度差可计算出A、B两处的压力差。
流体性质和流体静力学基础
学习导引
本章主要内容分为两大部分：第一部分阐述 了流体的力学定义及流体的基本特性，引入了 流体连续性假定，分析了流体的主要力学性质 ，最后简单介绍了作用于流体上的力；第二部 分主要分析了流体处于静止状态时，其内部压 力的分布规律及特性，进而推导出了流体静力 学基本方程，并举例分析了流体静力学基本方 程的工程应用。
（1）液体的压缩性和膨胀性
体积压缩系数：增加单位压力时，流体体积 或密度的相对变化率，即：
流体力学理论基础流体静力学(讲义)
流体动力学方程
连续性方程
描述流体质量守恒的方程，表达了流体的质量流量与流入和流出 流体的质量流量之间的关系。
动量方程
描述流体动量守恒的方程，表达了流体动量变化率与作用在流体上 的外力之间的关系。
能量方程
描述流体能量守恒的方程，表达了流体能量变化率与作用在流体上 的外力矩和热传导之间的关系。
流体动力学应用
湍流模型分类与选择
要点一
总结词
湍流模型是对湍流现象的数学描述，可以分为零方程模型 、一方程模型和两方程模型等。选择合适的湍流模型需要 考虑流动特性、计算资源和工程需求。
要点二
详细描述
零方程模型是最简单的湍流模型，它直接将湍流变量与平 均流动变量关联起来，适用于某些特定情况。一方程模型 引入了一个额外的方程来描述湍流变量的传递，比零方程 模型更精确。两方程模型则引入了更多的方程，考虑了湍 流变量的更高阶统计量，适用于大多数工程问题。选择合 适的湍流模型需要考虑流动特性、计算资源和工程需求等 因素。
单位
无量纲量没有单位，因为它不具有物理意义上的长度、 时间等量纲。
特征数
无量纲分析中常用一些无量纲特征数来描述流动特性， 如雷诺数、马赫数等。
无量纲分析方法
相似性原理
通过相似性原理，可以将不同物 理系统中的无量纲数进行比较， 从而找出它们之间的共性和差异。
边界层方程
在边界层方程中引入无量纲变量， 可以得到无量纲边界层方程，用 于描述流动特性。
流体力学理论基础流体静 力学(讲义)
• 引言 • 流体力学基本概念 • 流体静力学基础 • 流体动力学基础 • 流体力学中的无量纲分析 • 流体力学中的湍流模型
01
引言
流体力学的重要性
流体力学资料复习整理
9.水力光滑管与水力粗糙管
10.流体流过固体壁面时，沿壁面法线方向速度逐渐增大的区域称为附面层。流体在壁面附近反向流回而形成回流的现象称为附面层的分离。
第六章能量损失及管路计算
1.尼古拉茨实验:实验装置：人工粗糙管－－把经过筛选的大小均匀一致的固体颗粒粘贴在管壁上，这样的管路称为人工粗糙管。实验原理：能量方程;实验目的：λ～Re、Δ/d
3.当流体的压缩性对所研究的流动影响不大，可忽略不计时，这种流体称为不可压缩流体，反之称为可压缩流体。通常液体和低速流动的气体（Ｕ<70m／s）可作为不可压缩流体处理。
4.压缩系数：
弹性模数：
膨胀系数：
5.流体的粘性：运动流体内存在内摩擦力的特性（有抵抗剪切变形的能力），这就是粘滞性。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。温度升高时，液体的粘性降低，气体粘性增加。
第二过渡区：这时层流底层已经不能遮盖壁面的粗糙峰，壁面的粗糙峰对中部的紊流产生了影响。Re
Δ/d和Re对阻力系数λ均有影响。
水力粗糙区：对同一管道而言，层流底层已经变得非常薄，以至于管壁上所有的粗糙峰都凸入了紊流区，及时雷诺数再大，也不再有新的凸峰对流动产生影响，这表现为λ不随Re变化
2.局部阻力损失与局部阻力系数：流经局部装置时，流体一般都处于高紊流状态。这表现为局部阻力系数ξ只与局部装置的结构有关而与雷诺数无关。
伯努里方程可理解为：微元流的任意两个过水断面的单位总机械能相等。由于是定常流，通过微元流各过水断面的质量流量相同，所以在单位时间里通过各过水断面的总机械能（即能量流量）也相等。
2.沿流线法线方向压力和速度的变化：当流线的曲率半径很大或流体之间的夹角很小时，流线近似为平行直线，这样的流动称为缓变流，否则称为急变流。
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本章难点
• 流体的黏滞性概念比较抽象，较难理解。黏滞性表现出阻碍流体 流动的趋势，学习中结合流层间的速度分布图会有较为直观的理 解。
• 流体的表面张力特性较难理解。学习中结合日常生活及工程实际 中的实例联系起来进行思考就会容易理解一些。
• 熟练运用流体静力学基本方程对实际工程问题进行分析和计算需 要一定的技巧，会有一定的难度，应结合例题与习题加强练习。
（1）液体的压缩性和膨胀性
体积压缩系数：增加单位压力时，流体体积 或密度的相对变化率，即：
p
1 V
V p
或
p
1
p
体积膨胀系数：指在压力不变的条件下，温
度每变化一个单位时，液体体积或密度的相对变
化量，即：
V
1 V
V T
或
V
1
T
实验表明，液体的体积压缩系数和体积膨胀
系数都很小 , 可忽略。
（2）气体的压缩性和膨胀性
与液体不同，气体由于其分子运动的特点， 在温度、压力变化时，体积变化较大, 具有较大的 压缩性和膨胀性 。
但是在许多工程实际问题中，只要气体速度 远小于音速，密度变化不大，即≤20时，也可将 气体作为不可压缩流体处理。
如在空调系统的风 道中流动的空气
2. 黏滞性
（1）黏滞性的概念
黏滞性是指流体各流层间或质点间因相对运
它使得流体一切的力学性质都可以被看为变量 的连续函数，因而在解决流体力学实际问题时，就 能用连续函数这一有力的数学工具去分析和研究。
三、 流体的主要力学性质
1. 压缩性和膨胀性
压缩性: 当流体温度不变，压力变化时，流体体积发生 变化，这种性质称为流体的压缩性。
膨胀性: 当流体压力不变时，流体体积随温度变化的性 质称为流体的膨胀性。
动力黏度与密度的比值称为运动黏度，通常 用符号来表示。
运动黏度的单位:
m2/s (SI制)； cm2/s，简写为st（stoket） ( cgs制)
1st=100cst
黏性是产生流动阻力的内在原因，它对流体运动 有着重要的影响。
(5) 理想流体
所谓理想流体是指一种假想的无黏性流体， 是—种流动时没有阻力的流体。
1. 表面力
指作用在流体表面并与作用面积大小成正比的 力。在工程实际中是指作用在液体表面上的压力。
2. 质量力
指作用在流体内部每一个质点上的力，与流体 质量成正比。
作用在流体上的质量力有两种: 流体自身的重力 惯性力, 即流体由于加速运动而产生的力。
第二节 流体静力学基础
一、流体静压力及其特性
1. 流体静压力
二、 流体静力学基本方程
1.流体静力学基本方程式推导
F A dv
dy
或
F dv
A dy
牛顿型流体: 如空气和水等低分子流体
非牛顿型流体: 如油脂、牙膏、水泥浆、 高分子化合物溶液等
（3）流体的黏度及其影响因素
动力黏度在数值上可看作是当速度梯度为1时， 由于黏性引起的流体层间单位面积上的内摩擦力。
流体的黏度越大，在相同的流动条件下，所 产生的流动阻力也就越大。
动力黏度的单位: Pa·s (SI制)； P（泊）或cP（厘泊）( cgs制)
lPa·s=10P=1000cP
液体的黏度随温度升高而减小，而压力的影 响则可忽略；气体的黏度随温度升高而增大，当 压力变化范围较大时，一般随压力增大而增大。 当气体的压力变化不大时，一般情况下也可忽略 其影响。
(4) 运动黏度
流体力学是以理论分析与实践相结合的方法，研究 流体平衡和运动的规律，并运用这些规律解决实际工程 问题的学科。
流体力学包括流体静力学和流体动力学两部分。流体 静力学是研究流体在静止状态下的力学规律以及这些规律 在工程上的应用；流体动力学则是研究流体的运动规律及 应用 。
本篇主要讲述：流体的性质和流体静力学基础知识， 一元流体动力学基础知识，流动阻力和能量损失以及管路 计算。
第一节 流体的主要力学性质
一、流体及其基本特性
1. 什么是流体 ? ——在任何微小剪切力的持续作用下，能够产生
连续变形的物质称为流体 。
• 流体特性: 流动性
• 流体包括气体和液体 气体: 可压缩流体 液体: 不可压缩流体
2. 流体与固体 3. 液体与气体
二、 流体连续性假定
认为流体是由彼此之间没有间隙的无数流体微 团（又称为流体质点）所组成，是一个内部没有间 隙的连续体。
学习要求
本章的重点是流体的主要力学性质和流体静力学基本方程， 通过学习应达到以下要求：
• 理解流体的概念和基本特性，了解流体连续性假定。 • 掌握流体的主要力学性质，了解表面力和质量力的概念。 • 理解流体静压力的基本概念和基本特性。
• 掌握流体静力学基本方程，理解连通器与等压面的概念和特 性，能熟练运用流体静力学基本方程对简单的实际工程问题 进行分析和计算。
黏性只有在流体运动时才显示出来。
D d δ
例8-1
v L
3. 表面张力特性
表面张力: 使液体表面有收缩趋势的力。
表面张力特性: 液体在自由表面上能承受微小 张力的特性。
表面张力特性是液体特有的性质。 毛细管现象 : 在附加压力下，液体便会在细管 内上升或下降一定的高度的现象。
四、作用于流体上的力
动而产生内摩擦力以抵抗其相对运动的性质，简
dy
称黏性。
y A
v+dv v
dy
B
拖力和阻力是同
v0
时出现的大小相等、
方向相反的一对力，
且分别作用在相邻流
体层的接触面上, 称
内摩擦力，也称为黏
滞力。
（2）牛顿内摩擦定律
流体的内摩擦力的大小与流体的物理性质有 关，与流体层的接触面积和接触面法线方向的速 度梯度成正比。
流体性质和流体静力学基础
学习导引
本章主要内容分为两大部分：第一部分阐述 了流体的力学定义及流体的基本特性，引入了 流体连续性假定，分析了流体的主要力学性质 ，最后简单介绍了作用于流体上的力；第二部 分主要分析了流体处于静止状态时，其内部压 力的分布规律及特性，进而推导出了流体静力 学基本方程，并举例分析了流体静力学基本方 程的工程应用。
——是指流体单位面积上承受的垂直于该表面的力。 流体静压力有别于热力学中的压力概念。流体即便在 静 止的时候也承受着流体其它部分施加的压力。
2.流体静压力的基本特性
（1）流体静压力的方向总是与作用面相垂直， 并指向作用面。 （2）在静止流体中，任意一点压力值的大小 与作用面的方向无关，只与该点的位置有关。