流体力学【范本模板】

第一章
1。

连续介质模型：把流体视为由无数连续分布的流体微团组成的连续介质,流体的密度、压强、速度、温度等物理量一般在空间和时间上都是连续分布的,都应该是空间坐标和时间的单值连续可微函数。

2。

作用在流体上的力:表面力，质量力
3.表面力：流体分离体以外的物体作用在分离体上的表面力。

在分离体表面的点b取一微小面积δA，作用在它上面的表面力为δF。

一般情况下可将δF分解为沿外法线方向n的δF n和沿切线方向t的δF t.以δA除δF，并令δA→0而取极限，可得作用在点b的表面应力:
P n=lim
δA→0δF
δA
=dF
dA
4。

质量力(体积力）：某种力场作用在流体全部质点（全部体积）上的质量力（体积力）。

5。

流体的压缩性和膨胀性：流体在一定温度下,压强增高，体积缩小；在一定压强下，温度升高,体积膨胀，这是所有流体的共同属性.
6.牛顿粘性应力公式：τ=μdV x
dy
，表明各流层间的切向应力和流体微团的角变形速度成正比，比例系数为流体的动力粘度。

7。

流体粘性的形成因素:一是流体分子间的引力在流体微团相对运动时形成的粘性，二是流体分子的热运动在不同流速流层间的动量交换所形成的粘性。

形成气体粘性主要因素是分子的热运动。

形成液体粘性的主要因素是分子间的引力。

8.浸润现象：当液体和固体壁面接触时，若内聚力小于附着力，液体将在固体壁面上伸展开来,湿润固体壁面。

9.毛细现象：当液体和固体壁面接触时，若内聚力大于附着力时，液体将缩成一团，不湿润固体壁面。

第二章
10.流体静压强的两个特性：一、流体静压强的作用方向沿作用面的内法线方向。

二、静止流体中任一点流体静压强的大小与作用面在空间的方位无关,是点的坐标的连续可微函数。

11.欧拉平衡微分方程物理意义:f—1
ρ
∇p=0，在静止流体内的任一点上，作用在单位质量流体上的质量力与静压强的合力相平衡。

12.压强差公式：dp=ρ(f x dx+f y dy+f z dz)，该式表明，流体静压强的增量取决于单位质量力和坐标增量。

13.等压面:在流场中压强相等的点组成的面。

14。

等压面的微分方程：f·d r=0该式表明，在静止流体中，作用于任一点的质量力垂直于经过该点的等压面.
15。

在重力场中等势面和等压面都是水平面。

质量力不仅垂直于它们,而且始终指向势函数减小,即压强增加的方向。

正压流场：等压面与等密度面平行的流场。

正压流体：简称正压流场的流体为正压流体，不可压缩的流体是正压流体.
16。

流体静力学基本方程的物理意义：z1+p1
ρg =z2+p2
ρg
第一项z是单位重量流体的位势能。

第二项p
ρg
是单位重量流体的压强势能。

物理意义：在重力作用下，静止的不可压缩流体中单位重量流体的总势能保持不变。

几何意义：在重力作用下，静止的不可压缩流体的静水头线和计示静水头线均为水平线。

17.压强的计量：
绝对压强：以完全真空为基准计量的压强。

p = p a+ρgh
计示压强：以当地大气压为基准计量的压强。

p e = p−p a=ρgh
当流体的绝对压强低于大气压强，计示压强为负。

负计示压强称为真空
p v=—p e=p a—p
18。

F p=ρgx c sinαA=ρgh c A即液体作用在平面上的总压力等于以该平面为底、平面形心的淹深为高的柱体的液体重量,并垂直指向平面。

(书P47）
19。

压力中心位置:若通过形心的坐标系中有任何一轴是平面的对称轴，则I cxy=0，y D=y C，压力中心便在通过平面形心平行于x轴的直线上.
实压力体:作用在曲面上的总压力的垂直分力方向向下。

虚压力体：作用在曲面上的总压力的垂直分力方向向上。

第三章
20。

欧拉法:该法着眼于整个流场中各空间点流动参数随时间的变化，综合流场中的所有点，便可得到整个流场流动参数的变化规律。

21.拉格朗日法：该法着眼于整个流场中各个流体质点的流动参数随时间的变化,综合流场中所有流体质点，便可得到整个流场流体的运动规律.
22。

一维流动：流动参数是一个坐标的函数的流动。

二维流动：流动参数是两个坐标的函数的流动。

三维流动:流动参数是三个坐标的函数的流动。

23.迹线：流体质点的运动轨迹。

24.流线：是在给定时刻其上每一点的流体速度矢量均与该线相切的曲线。

25.流管：在流场中作一不是流线的封闭周线C,过该周线上的所有流线组成的管状表面。

流体不能穿越流管的表面流入或者流出，流管不会再流场中中止，定常流动的流管形状和位置不随时间变化。

26.流量：单位时间流过某截面的流体量.分为：体积流量，单位m3/s，用q
v
表
示；质量流量，单位为kg/s，用q
m
表示。

同一流束有效截面面积小的地方流速高，流线密集；有效截面面积大的地方流苏低，流线稀疏。

27。

湿周：在总流的有效截面上，流体与固体壁面接触的长度。

水力半径:总流的有效截面面积和湿周之比。

圆管的直径是水力半径的4倍。

28。

惯性坐标系中积分形式的动量方程：(书P73、P76)
ððt +∭vρdV
CV
+∬vρv n dA
CS
=∭fρdV
CV
+∬p n dA
CS
表明控制体内流体动量的时间变化率与经过控制面流体动量净通量的矢量和等于作用在控制体内流体上所有外力的矢量和。

对于定常流动，控制体内流体的动量不随时间变化，则有:
∬vρv n dA=∭fρdV
CV +∬p n dA CS
CS
该式表明，在定常流动条件下，经过控制面板流体动量的静通量矢量等于作用在控制体内流体上所有外力的矢量和，与控制体内的流动状态无关。

29.积分形式的能量方程:
ððt ∭（u+
v2
2
CV
）ρdV+∬（u+
v2
2
）ρv n dA
CS
=∭f·vρdV
CV
+∬p n·vdA+
A
Q
它表明，控制体内流体能量的时间变化率与经过控制面的能量净通量之和等于作用在控制体内流体上的质量力和表面力所作的功率以及与外界的换热率之和。

30。

伯努利方程
v2 2+gz+
p
ρ
=常数
v2
2g
+z+
p
ρg
=H
单位重量流体形式。

式中v 2
2g
为速度水头，H为常数。

这是在重力作用下不可压缩理想流体一维定常绝能流动的能量方程。

物理意义：沿同一微元流束或流线，单位重量流体的动能、位势能、压强势能之和为常数.
几何意义：沿同一微元流束或流线,单位重力流体的速度水头、位置水头、压强水头之和为常数。

即总水头线为平行于基准面的水平线。

31。

弯管流速:v=C r⁄式中，C为沿径向的积分常数。

流体沿弯曲流道流动时，流速随曲率半径的增大而降低.所以弯管内测的流速高，外侧的流速低。

弯管压强：p=C1−ρC
2r2
式中：C1为沿径向的积分常数。

流体沿弯曲流道流动时，压强随着曲率半径的增大而升高。

所以弯管内测的压强低，外侧的压强高。

第四章
32。

几何相似：模型与原型的全部对应线性长度的比例相等
33.运动相似：模型与原型的流场对应时刻、对应点流速的方向相同，大小的比例相等。

即它们的速度场相似.
34.动力相似：模型与原型的流场对应点作用在流体微团上的各类力中同类力的方向相同，大小的比例彼此相等，即它们的动力场相似。

35.相似间关系:流场的几何相似是流动的力学相似的前提条件，动力相似是决定运动相似的主导因素,而运动相似则是几何相似和动力相似的表现。

36.牛顿数:作用力与惯性力的比值。

模型与原型的流场动力相似，它们的牛顿数必相等。

37.弗劳德数：惯性力与重力的比值。

二流动的重力作用相似，它们的弗劳德数必定相等。

k v=k l12⁄
38.雷诺数：惯性力与粘滞力的比值.二流动的粘滞力作用相似，它们的雷诺数必定相等。

k v=1k
l
⁄
39.流动相似条件：凡属于同一类的流动，当单值条件相似而且由单值条件中的物理量所组成的相似准则数相等时，这些流动必定相似。

这是保证流动相似的必要和充分条件。

40.流体力学中常遇到的用基本量纲表示的导出量纲有：
速度dim v=LT−1
加速度dim a=LT−2密度dim ρ=ML−3
力dim F=MLT−2
压强dim p=ML−1T−2表面张力dim σ=MT−2
体积模量dim K=ML−1T−2动力粘度dim μ=ML−1T−1运动粘度dimν =L2T−1
气体常数dim R=L2T−2Θ−1
比定压热容dim c p=比定容热容dim c V=L2T−2Θ
41。

量纲一致性原则:自然界中的一切物理过程都可以用物理方程来表示。

任何一个物理方程中各项的量纲必定相同，用量纲表示的物理方程必定是齐次性的.
42.瑞利法：瑞丽法是用定性物理量x1，x2，……,x n的某种幂次之积的函数来表示被决定的物理量y，即y=kx1a1x2a2……x n a n。

式中：k为无量纲的因数，由
实验确定；a1，a2，……，a n为待定指数，根据量纲一致性原则求出。

第五章
43.沿程能量损失：发生在缓变流整个流程中的能量损失,是由流体的粘滞力造成的损失。

44。

局部能量损失：发生在流动状态急剧变化的急变流中的能量损失。

45.局部能量损失原因：是在管件附近的局部范围内主要由流体速度分布急剧变化、流体微团的碰撞、流体中产生的漩涡等造成的损失。

46。

粘性流体的两种流动状态：
层流:整个流场呈一簇互相平行的流线.
紊流:流体质点作复杂的无规则的运动。

实验结果证明：当v＜v cr时，n1=1，即层流中的沿程损失与平均流速的一次方成正比；当v＞v cr'时，n2=1.75～2，即紊流中的沿程损失与平均流速的1.75~2次方成正比。

47。

雷诺数判断层流或紊流状态：一般取圆管的临界雷诺数Re cr=2000。

当Re≤2000时,流动为层流。

当Re>2000时，即认为流动为紊流。

48。

边界层：当粘性流体流经固体壁面时，在固体壁面与流体主流之间必定有一个流速变化的区域,在高速流中这个区域薄层.
49.层流流动的沿程损失:层流流动的沿程损失与平均流速的一次方成正比，沿程损失系数仅与雷诺数有关，而与管道壁面粗糙与否无关。

50。

粘性流体在圆管中作层流流动时的实际动能等于按平局流速计算的动能2倍。

51。

粘性底层：紧贴壁面有一因壁面限制而脉动消失的层流薄层，其粘滞力使流速急剧下降。

绝对粗糙度：管壁粗糙凸出部分的平均高度ε
相对粗糙度：绝对粗糙度与管径的比值εd⁄
人工粘贴均匀砂粒的实验管道，可用粒径代表绝对粗糙度。

52。

光滑管/水力光滑：当δ＞ε时，粘性底层完全淹没了管壁的粗糙凸出部分,这时，粘性底层以外的紊流完全感受不到管壁粗糙度的影响，流体好像在完全光滑的管子中流动。

53.粗糙管/水力粗糙：当δ＜ε时，管壁的粗糙凸出部分有一部分或大部分暴露在紊流区中,这时，流体流过凸出部分,将产生漩涡.造成新的能量损失，管壁粗糙度对紊流产生影响。

54。

沿程损失系数与相对粗糙度无关，只与雷诺数有关。

55.尼古拉兹实验揭示了管内流动能量损失的规律，给出了沿程损失系数以相对粗糙度为参变量而随雷诺数变化的曲线.
56。

穆迪图：用对数坐标表示的沿程损失系数与相对粗糙度和雷诺数之间的函数关系。

57。

穆迪图分位五个区域，层流区、临界区（相当于尼古拉兹曲线的过渡区）、光滑管、过渡区（相当于尼古拉兹曲线的紊流粗糙管过渡区）、完全粗糙区（相当于尼古拉兹曲线的紊流粗糙管平方阻力区)
58.管道与大面积水池相连时，管道出口的能量损失h j≈v12
，ζ1≈1，即管道中
2g
的水流速度头完全消散于池水中。

管道入口的能量损失系数ζ=0.5
59.串联管道:由不同直径或粗糙度的数段管子链接在一起的管道。

串联管道特点：通过串联管道各管段的流量是相同的，串联管道的损失应等于各管段损失的总合。

60。

并联管道：在某处分成几路、在下游某处又汇合成一路的管道。

并联管道特点：并联管道的损失等于各分管道的损失,并联管道的总流量等于各分管道流量的总和。

61.虹吸现象：液体经管道从较高液位的一端通过高出液面的管段自动流向较低液位的另一端。

62.堰流:水流受堰体或两侧边墙束窄的阻碍,上游水位壅高,水流经过堰顶溢流下泄，其溢流水面上缘不受约束而为连续的自由降落水面的水流状态。

63。

孔口分为薄壁孔口和厚壁孔口.
64。

自由出流：液体通过孔口流入大气.
淹没出流:液体通过孔口流入液体空间。

表征孔口出流性能：孔口出流系数，包括收缩系数、流速系数和流量系数。