高等流体力学重点
(完整版)流体力学重点概念总结
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第一章绪论表面力:又称面积力,是毗邻流体或其它物体,作用在隔离体表面上的直接施加的接触力。
它的大小与作用面积成比例。
剪力、拉力、压力质量力:是指作用于隔离体内每一流体质点上的力,它的大小与质量成正比。
重力、惯性力流体的平衡或机械运动取决于:1.流体本身的物理性质(内因)2.作用在流体上的力(外因)流体的主要物理性质:密度:是指单位体积流体的质量。
单位:kg/m3 。
重度:指单位体积流体的重量。
单位: N/m3 。
流体的密度、重度均随压力和温度而变化。
流体的流动性:流体具有易流动性,不能维持自身的形状,即流体的形状就是容器的形状。
静止流体几乎不能抵抗任何微小的拉力和剪切力,仅能抵抗压力。
流体的粘滞性:即在运动的状态下,流体所产生的阻抗剪切变形的能力。
流体的流动性是受粘滞性制约的,流体的粘滞性越强,易流动性就越差。
任何一种流体都具有粘滞性。
牛顿通过著名的平板实验,说明了流体的粘滞性,提出了牛顿内摩擦定律。
τ=μ(du/dy)τ只与流体的性质有关,与接触面上的压力无关。
动力粘度μ:反映流体粘滞性大小的系数,单位:N•s/m2运动粘度ν:ν=μ/ρ第二章流体静力学流体静压强具有特性1.流体静压强既然是一个压应力,它的方向必然总是沿着作用面的内法线方向,即垂直于作用面,并指向作用面。
2.静止流体中任一点上流体静压强的大小与其作用面的方位无关,即同一点上各方向的静压强大小均相等。
静力学基本方程: P=Po+pgh等压面:压强相等的空间点构成的面绝对压强:以无气体分子存在的完全真空为基准起算的压强 Pabs相对压强:以当地大气压为基准起算的压强 PP=Pabs—Pa(当地大气压)真空度:绝对压强不足当地大气压的差值,即相对压强的负值 PvPv=Pa-Pabs= -P测压管水头:是单位重量液体具有的总势能基本问题:1、求流体内某点的压强值:p = p0 +γh;2、求压强差:p – p0 = γh ;3、求液位高:h = (p - p0)/γ平面上的净水总压力:潜没于液体中的任意形状平面的总静水压力P,大小等于受压面面积A与其形心点的静压强pc之积。
《流体力学考》考点重点知识归纳(最全)
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《流体力学考》考点重点知识归纳1.流体元:就有线尺度的流体单元,称为流体“质元”,简称流体元。
流体元可看做大量流体质点构成的微小单元。
2.流体质点:(流体力学研究流体在外力作用下的宏观运动规律)(1)流体质点无线尺度,只做平移运动(2)流体质点不做随即热运动,只有在外力的作用下作宏观运动;(3)将以流体质点为中心的周围临街体积的范围内的流体相关特性统计的平均值作为流体质点的物理属性;3.连续性介质模型的内容:根据流体指点概念和连续介质模型,每个流体质点具有确定的宏观物理量,当流体质点位于某空间点时,若将流体质点的物理量,可以建立物理的空间连续分布函数,根据物理学基本定律,可以建立物理量满足的微分方程,用数学连续函数理论求解这些方程,可获得该物理量随空间位置和时间的连续变化规律。
4.连续介质假设:假设流体是有连续分布的流体质点组成的介质。
5.牛顿的粘性定律表明:牛顿流体的粘性切应力与流体的切变率成正比,还表明对一定的流体,作用于流体上的粘性切应力由相邻两层流体之间的速度梯度决定的,而不是由速度决定的:6.牛顿流体:动力粘度为常数的流体称为牛顿流体。
7.分子的内聚力:当两层液体做相对运动时,两层液体的分子的平均距离加大,分子间的作用力变现为吸引力,这就是分子的内聚力。
液体快速流层通过分子内聚力带动慢流层,漫流层通过分子的内聚力阻滞快流层的运动,表现为内摩擦力。
、流体在固体表面的不滑移条件:分子之间的内聚力将流体粘附在固体表面,随固体一起运动或静止。
8.温度对粘度的影响:温度对流体的粘度影响很大。
液体的粘度随温度升高而减小,气体的粘度则相反,随温度的升高而增大。
压强对粘性的影响:压强的变化对粘度几乎没有什么影响,只有发生几百个大气压的变化时,粘度才有明显改变,高压时气体和液体的粘度增大。
9.描述流体运动的两种方法拉格朗日法:拉格朗日法又称为随体法。
它着眼于流体质点,跟随流体质点一起运动,记录流体质点在运动过程中会各种物理量随所到位置和时间的变化规律,跟中所有质点便可了解整个流体运动的全貌。
流体力学重点
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1.连续性微分方程公式:のux/のx+のuy/のy+のuz/のz=0例:已知不可压缩流体的两个分速度为ux=ax²+by²+cz²,uy=-(dxy+eyz+fzx)其中abcdef皆为常数。
若当z=0时,uz=0,试求坐标z方向的分速度uz。
将ux、uy代入微分方程公式中得:のuz/のz=(d-2a)x+ez积分上式:uz=(d-2a)xz+ez²/2+f(x,y)式中f(x,y)是x、y的任意函数。
由题中已知条件有f(x,y)=0,故坐标z方向的分速度为uz=(d-2a)xz+ez²/2流线方程:dx/ux=dy/uy=dz/uz迹线方程:dx/ux=dy/uy=dz/uz=dt例:已知流速场ux=kx,uy=-ky,uz=0,其中y≥0,k为常数,求:(1)流线方程(2)迹线方程(1)将ux、uy代入流线方程中得dx/kx=dy/-ky积分上式得:xy=C(2)将ux、uy代入迹线方程得:dx/kx=dy/-ky=dt积分上式得xC1e kt,y=C2e-kt2.总压力与动量:∑F=ρQ(V2-V1)F=ρgbh²/2 V=qv/bh=qv/A例:Fp1-Fp2-F’=ρqv(v2-v1)Fp1=ρgbh1²/2=29400NFp2=ρgbh1²/2=1937.5Nv1= qv/bh1=0.5m/s v2= qv/bh2=2.0m/s F’=Fp1-fp2-ρqv(V2-V1)=25.31KN3.伯努力与水头损失:z1+p1/ρg+v1²/2g=z2+p2/ρg+v2²/2g+hwPa/ρg=Hs+P2/ρg+αv²+hw这里近似取水池流速为零。
水头损失:Hw=λ(L/d)×v²/2g+∑ζv²/2g代入上式。
则有:Hs=(Pa-P2)/ρg-(α+λL/d+∑ζ)v²/2g 取(Pa-P2)ρg=[hv]=6.2m局部损失因数:∑ζ=ζ1+ζ2=5.5+0.25=5.75管中流速:v=4qv/πd²=1.19m/s将各数值代入上式得Hs=[hv]-(α+λL/d+∑ζ)v²/2g=5.52m4.潜井浸润曲线:z²-h²=qv/(πk)×(H²-h²)/ln(r/r0)产水量:qv=πk(H²-h²)/ln(R/r0)R=3000s√k(s是最大降落H-h)例题:有一潜水完全井,含水层厚度8m,k=0.0015m/s,r0=0.5m,h=5m,求qvS=H-h=3R=3000s√k=348.6mqv=πk(H²-h²)/ln(R/r0)=0.028m³/s尼古拉兹曲线:(1)层流区层流时λ与Re有关与粗糙成度无关(2)层流向湍流的过渡区λ与Re有关与粗糙程度无关(3)水利光滑区λ与Re有关与粗糙程度无关(4)过渡粗糙区λ与Re有关也与粗糙程度有关(5)水力粗糙区λ仅与粗糙程度有关潜体:1、潜体平衡:(G)重力=浮力(F)重心浮心在同一垂直线上2、稳定:(1)浮心在上,重心在下——稳定平衡(2)浮心在下,重心在上——不稳定平衡(3)浮心与重心平衡——随遇平衡明渠水力最优断面:qv=1/nAR2/3i1/2=i1/2A5/3/nX2/3从设计的角度考虑,希望在A、i、n一定的条件下,使设计出的渠道通过能力qv=qmax;或在qv、i、n一定的条件下,使设计出的渠道过流断面称为最优断面。
流体力学知识重点
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流体连续介质模型:可以认为流体内的每一点都被确定的流体质点所占据,其中并无间隙,于是流体的任一物理参数()都可以表示为空间坐标跟时间的连续函数(),而且是连续可微函数,这就是流体连续介质假说,即流体连续介质模型。
流体的力学特性1,流动性:流体没有固定的形状,其形状取决于限制它的固体边界,流体在受到很小的切应力时,就要发生连续的变形,直到切应力消失为止。
2,可压缩性:流体不仅形状容易发生变化,而且在压力作用下体积也会发生变化。
3,粘滞性:流体在受到外部剪切力作用发生连续变形,即流动的过程中,其内部相应要发生对变形的抵抗,并以内摩擦的形式表现出来,运动一单停止,内摩擦即消失。
牛顿剪切定律:流体层之间单位面积的内摩擦力与流体变形速率(速度梯度)成正比()无滑移条件:流体与固体壁面之间不存在相对滑动,即固体壁面上的流体速度与固体壁面速度相同,在静止的固体壁面上,流体速度为零。
理想流体:及粘度()的流体,或称为无黏流体表面张力:对于与气体接触的液体表面,由于表面两侧分子引力作用的不平衡,会是液体表面处于张紧状态,即液体表面承受有拉伸力,液体表面承受的这种拉伸力称为表面张力。
表面张力系数:液体表面单位长度流体线上的拉伸力称为表面张力系数,通常用希腊字母()表示,单位()毛细现象:如果将直径很小的两只玻璃管分别插入水和水银中,管内外的液位将有明显的高度差,这种现象称为毛细现象,毛细现象是由液体对固体表面的润湿效应和液体表面张力所决定的一种现象。
毛细现象液面上升高度()牛顿流体:有一大类流体,他们在平行层状流动条件下,其切应力()与速度梯度()表现出线性关系,这类流体被称为牛顿型流体,简称牛顿流体。
描述流体运动的两种方法1,拉格朗日法:通过研究流体场中单个质点的运动规律,进而研究流体的整体运动规律,这一种方法称为拉格朗日法2,欧拉法:通过研究流体场中某一空间点的流体运动规律,进而研究流体的整体运动规律,这一种方法称为欧拉法迹线:流体质点的运动轨迹线曲线称为迹线流线:流线是任意时刻流场中存在的一条曲线,该曲线上流体质点的速度方向与其所在点处曲线的切线方向一致。
流体力学重点
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1. 质量力是作用于每一流体质点(或微团)上的力。
最常见的质量力包括重力和惯性力。
2. 质量力的的大小通常以单位质量力f 来表示。
单位质量力在直角坐标系三个坐标方向上的投影分别以X 、Y 、Z 表示。
3. 表面力:表面力是作用在所考虑的流体表面上的力,且与流体的表面积大小成正比。
4. 流体的压缩性:流体受压,体积减小,密度增大的性质、称为流体的压缩性。
体积压缩系数为dpd dp dV V p 11 ,流体的体积弹性模量p E 1 5. 对于一般的液体平衡和运动问题,可按不可压缩流体处理。
6. 流体的热胀性:流体受热,体积增大,密度减小的性质,称为流体的热胀性。
体积热胀系数为dTdV V v 1 7.流体黏性:当流体内部的质点间或流层间发生相对运动时,产生切向阻力(摩擦力)抵抗其相对运动的特性,称为流体的黏性。
8.牛顿内摩擦定律:内摩擦力dydu A F ,单位面积上的内摩擦力称为称为切应力dy du ,dydu 法相速度梯度,两流体层的速度差比上两层之间的铅直距离 9.运动黏度u ,黏度与流体温度压强以及种类有关。
液体的黏度随温度升高而减小,气体的黏度随温度升高而增大。
10.流体的力学模型:方便列出流体运动规律的数学方程式。
连续介质模型:在研究流体宏观运动时,可以忽略分子间的间隙,而认为流体是连续介质。
不可压缩流体模型:液体,不可压缩流体;气体,可压缩流体。
理想流体模型第2章 流体静力学1.流体静压强基本特性:流体静压强的方向垂直指向受压面或沿作用面内的内法线方向;平衡流体中任意一点流体静压强的大小与作用面的方位无关,只与点的空间位置有关。
2.单位质量流体所受质量力在x 轴上投影xp X 1 流体平衡微分方程:)(),,(Zdz Ydy Xdx dz zp dy y p dx x p z y x dp dp , 3.等压面特性:①在平衡流体中,通过任意一点的等压面,必与该点所受的质量力相互垂直;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。
流体力学复习资料
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流体力学重点知识汇总编者:翟冬毅韩冠宇武红李姗姗孙荣耀柯慧宇刘培放高士奇(以编写的章节排序)第一章连续介质假设:连续介质假设的概念认为流体是由流体质点连续的、没有空隙的充满了流体所在的整个空间的连续介质。
质点(流体微团):流体质点,是指微观上充分大、宏观上充分小的分子团。
粘滞性及其影响因素:对于流动着的流体,若流体质点之间因相对运动的存在,而产生内摩擦力以抵抗其相对运动的性质,称为流体的粘滞性,所产生的内摩擦力也称为粘滞力,或粘性力。
切应力和牛顿内摩擦定律:(1-14)、(1-15)动力粘性系数:μ在国际单位制中单位是Pa·s或N·s/m2,单位中由于含有动力学量纲,一般称为动力粘性系数运动粘性系数:运动粘性系数ν是动力粘性系数μ与流体密度ρ的比值。
梯度与变形的关系:牛顿内摩擦定律(1-14)中反映相对运动的流速梯度du/dt,实际上表示了流体微团的剪切变形速度。
作用力分类:按物理性质,分为惯性力、重力、弹性力、粘滞力、表面张力等;按作用方式,分质量力和表面力两种。
质量力是作用于流体的你每一个质点上,并与被作用的流体的质量成比例的力。
表面力是作用于流体的表面上,并与被作用的表面面积成比例的力。
第二章流体静压强特性:1.作用方向垂直并指向作用面。
2.静止流体内任意一点的流体静压强的大小与其作用面的方位无关,任意一点的流体静压强在各个方向上相等。
等压面性质:1.在平衡流体中等压面就是等势面。
2. 在平衡流体中等压面与质量力正交。
Z:位置水头,又代表位置势能,简称位能。
P/ᵨg:压强水头,又代表压强势能,简称压能。
(P/ᵨg+Z):测压管水头,为常数。
绝对压强=相对压强+大气压强:p’=p+p a真空压强(真空度):pv=pa- p’静压强分布图:1.按一定的比例,用线段的长度代表静水压强大小。
2.用箭头表示静水压强的方向。
压力体:1.受液体作用的曲面本身。
2.自由液面或自由液面的延长面。
自考科目流体力学复习题重点
![自考科目流体力学复习题重点](https://img.taocdn.com/s3/m/318a7f0703020740be1e650e52ea551810a6c9ff.png)
1. 上临界雷诺数是〔 B 〕。
A.从紊流转变为层流的判别数B.从层流转变为紊流的判别数C.从缓流转变为急流的判别数D.从缓变流转变为急变流的判别数2. 短管淹没出流的计算时,作用水头为〔C 〕。
A.短管出口中心至上游水面高差;B.短管出口中心至下游水面高差;C.上下游水面高差D.以上答案都不对3. 长管的总水头线与测压管水头线〔A 〕。
A.相重合B.相平行,呈直线C.相平行,呈阶梯状D.以上答案都不对4. 明渠水流雷诺数的表达式为〔D 〕。
A. B. C. D.5. 两根直径不同的管道,一根输油,一根输水,两管中流速也不同,油和水的下临界雷诺数分别为Re c 和2Re c ,则它们的关系是〔 C 〕。
A. B. C. D.无法确定6. 在缓坡明渠中不可以发生的流动是〔 B 〕。
A.均匀缓流;B.均匀急流;C.非均匀缓流;D.非均匀急流7. 渐变流肯定是〔C 〕A.均匀流B.紊流C.缓流D.以上答案都不对8. 明渠均匀流是指〔D 〕。
A.速度方向不变,大小可以沿流向改变的流动B.断面流速均匀分布的流动C.运动要素不随时间变化的流动D.流速大小方向沿流向不变的流动9. 明渠水力最正确断面〔在Q 、i 、n 肯定的条件下〕是〔 B 〕。
A.缓流过渡到急流是的断面B.过水断面面积最小的断面C.Fr=1的断面D.湿周最大的断面10. 水力最正确断面是〔 B 〕。
A.湿周肯定,面积最大的断面B.面积肯定,湿周最小的断面νvg =Re νvz =Re νvA =Re νvR =Re 2Re Re c c >2Re Re c c <2Re Re c c =C.最低造价的断面D.最小糙率的断面11. 半圆形明渠,半径为4米,水深4米,其水力半径为 〔 C 〕。
A.4米B.3米C.2米D.1米12. 谢才公式〔C 〕A.仅可适用于明渠流B.仅可适用于管流C.适用于明渠流和管流D.仅可适用于明渠紊流13. 谢才公式中谢才系数的单位是〔B 〕。
流体力学基础知识
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第一章流体力学基本知识学习本章的目的和意义:流体力学基础知识是讲授建筑给排水的专业基础知识,只有掌握了该部分知识才能更好的理解建筑给排水课程中的相关内容。
§1—1 流体的主要物理性质1.本节教学内容和要求:1.1本节教学内容:流体的4个主要物理性质。
1.2教学要求:(1)掌握并理解流体的几个主要物理性质(2)应用流体的几个物理性质解决工程实践中的一些问题。
1.3教学难点和重点:难点:流体的粘滞性和粘滞力重点:牛顿运动定律的理解。
2.教学内容和知识要点:2。
1 易流动性(1)基本概念:易流动性——流体在静止时不能承受切力抵抗剪切变形的性质称易流动性。
流体也被认为是只能抵抗压力而不能抵抗拉力。
易流动性为流体区别与固体的特性2.2密度和重度(1)基本概念:密度-—单位体积的质量,称为流体的密度即:Mρ =VM—-流体的质量,kg ;V-—流体的体积,m3。
常温,一个标准大气压下Ρ水=1×103kg/ m3Ρ水银=13.6×103kg/ m3基本概念:重度:单位体积的重量,称为流体的重度.重度也称为容重。
Gγ =VG——流体的重量,N ;V——流体的体积,m3 .∵G=mg ∴γ=ρg 常温,一个标准大气压下γ水=9。
8×103kg/ m3γ水银=133。
28×103kg/ m3 密度和重度随外界压强和温度的变化而变化液体的密度随压强和温度变化很小,可视为常数,而气体的密度随温度压强变化较大。
2.。
3 粘滞性(1)粘滞性的表象基本概念:流体在运动时抵抗剪切变形的性质称为粘滞性。
当某一流层对相邻流层发生位移而引起体积变形时,在流体中产生的切力就是这一性质的表现。
为了说明粘滞性由流体在管道中的运动速度实验加以分析说明。
用流速仪测出管道中某一断面的流速分布如图一所示设某一流层的速度为u,则与其相邻的流层为u+du,du为相邻流层的速度增值,设相邻流层的厚度为dy,则du/dy叫速度梯度。
机械工程流体力学与热力学重点考点梳理
![机械工程流体力学与热力学重点考点梳理](https://img.taocdn.com/s3/m/0f37c3d6e43a580216fc700abb68a98271feacd3.png)
机械工程流体力学与热力学重点考点梳理1. 流体力学概述1.1 流体力学的基本概念1.2 流体的性质和分类1.3 流体运动的描述方法2. 流体静力学2.1 流体的压力和压强2.2 大气压力和气压测量2.3 浮力与浮力条件2.4 压力的传递和帕斯卡定律2.5 压力的稳定性和压力图形3. 流体动力学基础3.1 流体的密度、质量流量和体积流量3.2 流体的速度和速度梯度3.3 流体的连续性方程3.4 流体的动量守恒方程3.5 流体的能量守恒方程4. 流体流动与阻力4.1 管道流动的基本条件4.2 管道流动的雷诺数和阻力系数4.3 流体流动的类型和特性4.4 流体的黏性和黏性流动4.5 流体阻力的计算方法5. 流体力学实验5.1 流体力学实验的基本原理5.2 流体流动实验的设备和仪器5.3 流体力学实验的设计和数据处理5.4 流体力学实验的安全措施和注意事项6. 热力学基础6.1 热力学的基本概念和假设6.2 系统和热力学性质6.3 热力学过程和热力学定律6.4 热力学方程和热力学函数6.5 理想气体和非理想气体的热力学性质7. 热力学循环与功效7.1 热力学循环的基本概念和分类7.2 热力学循环的效率和性能参数7.3 理想气体的热力学循环7.4 实际热力学循环的特点和改进方法7.5 热力学循环在工程中的应用8. 热传导与传热8.1 热传导的基本原理和方程8.2 热传导的几何参数和导热性质8.3 热传导的稳态和非稳态8.4 传热方式的分类和特性8.5 传热计算和传热设备9. 边界层和对流传热9.1 边界层的形成和特性9.2 边界层的分类和厚度9.3 粘性流体的边界层和无粘流体的边界层 9.4 边界层传热和换热系数9.5 对流传热的机制和传热表达式10. 流体力学与热力学应用10.1 流体力学在飞行器设计中的应用10.2 流体力学在水力工程中的应用10.3 流体力学在能源系统中的应用10.4 热力学在汽车工程中的应用10.5 热力学在热能工程中的应用以上为机械工程流体力学与热力学的重点考点梳理,掌握了这些知识点,可以对机械系统中的流体行为和热力学性能进行分析和设计,为工程实践提供理论支持。
流体力学复习提纲
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《流体力学》复习提纲第一部分:基本知识第一章 流体及其主要物理性质1. 流体的概念。
2. 连续介质假设的内容,质点的概念。
3. 液体和气体相对密度的定义。
4. 密度、重度、相度密度的相互计算。
5. 体积压缩系数和体积膨胀系数的定义,写出其数学表达式。
6. 动力粘度与运动粘度的相互计算、粘度的国际单位和物理单位及单位换算。
7. 作用在流体上的力的分类:分为质量力和表面力两大类。
8. 温度对液体和气体粘性的影响规律。
9. 什么是理想流体和实际流体。
10. 牛顿内摩擦定律的内容及其两种数学表达式。
重点习题:1-1,1-4,1-5,第二章 流体静力学1. 静压强的两个重要特性是什么?2. 欧拉平衡方程及其全微分形式3. 绝对压力、相对压力(表压力)、真空度三种压力的概念。
4. 工程大气压和标准大气压的区别。
5. 静力学基本方程C pz =+γ中每一项的几何意义和物理意义是什么?6. 绝对静止和两种典型的相对静止流体(等加速水平运动和绕轴等角速旋转运动)中的压力分布规律和等压面的形状。
7. 液式测压计的计算。
8. 掌握静止流体作用在平面和曲面上的总压力的计算方法(包括总压力的大小﹑方向和作用点)等,会进行有关计算。
重点习题:2-6,2-9,2-18,2-19第三章 流体运动学与动力学基础1. 研究流体运动的两种方法:拉格朗日法和欧拉法。
2. 欧拉法表示的质点加速度公式3. 定常流与非定常流的概念4. 流线与迹线的概念5. 流量的概念及三种流量表示方法及相互换算。
6. 欧拉运动方程7. 实际流体总流伯努利方程的三条水头线的画法和意义8. 水力坡降的概念。
9. 实际流体总流伯努利方程。
10. 节流式流量计的工作原理是什么?11. 理解测速管(或皮托管)的原理和用途。
12. 泵的扬程H 的概念及其与泵有效功率泵N 的关系?13. 连续性方程反映了什么物理基本原理?质量守恒定律14. 掌握连续方程﹑总流伯努利方程和动量方程的应用,动量方程部分应会进行弯管、渐缩管和平板等受力的计算。
上海市考研力学复习资料流体力学重点公式整理
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上海市考研力学复习资料流体力学重点公式整理一、液体静力学1. 压力 (P) 的定义:单位面积上垂直作用的力。
2. 压力的计算公式:P = F / A,其中 F 表示作用力,A 表示作用面积。
3. 压强 (p) 的定义:液体压力除以液体所受面积。
4. 压强的计算公式:p = P / A5. 海伦公式:用于计算三角形面积。
二、连续介质力学基础1. 质量守恒定律:在不受外力作用的情况下,连续介质内的质量保持不变。
2. 动量守恒定律:对于封闭系统,在任意时刻流体的动量总量保持不变。
3. 流体流动的欧拉方程:描述流体运动的基本方程之一,表示流体质点质心的运动。
4. 流体流动的纳维-斯托克斯方程:描述流体运动的基本方程之一,表示流体速度的变化。
5. 边界层理论:研究流体在壁面附近速度变化比较剧烈的区域。
三、流体动力学1. 速度势函数:对于无旋流,存在速度势函数,使得流体速度可以表示为速度势函数的梯度。
2. 流函数:对于无源流,存在流函数,使得流体速度可以表示为流函数的旋度。
3. 琴生定理:用于求解流体在给定几何形状中的流动问题,表示在闭合曲线上的面积分等于该曲线上的线积分。
4. Bernoulli方程:描述流体运动的基本方程之一,表示单位质量的流体沿流线所具有的能量。
5. 流量守恒定律:在稳定流动情况下,单位时间内通过管道截面的流体质量不变。
四、黏性流体力学1. 卡门方程:用于描述黏性流体的流动状态和速度分布。
2. Re数(雷诺数):用于描述流体静态应力和黏性应力比值的无量纲值。
3. 粘度(η) 的定义:流体流动过程中抵抗剪切力的能力。
4. 接触角(θ) 的定义:液滴或液体与固体之间接触处的角度。
5. 斯托克斯定律:描述了小粒子在流体中的运动规律,由黏性力和重力共同决定。
以上所列公式为流体力学复习中重点需要掌握的内容,通过掌握这些公式,能够准确描述流体力学中的各种现象和问题,为进一步学习和研究提供了基础。
在考研复习中,通过理解和掌握这些公式,并运用到实际问题中进行分析和解决,将有助于提高对流体力学的理解和应用能力。
流体力学重难点分析(4)
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流体力学重难点分析(4)第6章 明槽恒定流动【内容提要和学习指导】这一章是工程水力学部分内容最丰富也是实际应用最广泛的一章。
本章有4个重点:明渠均匀流水力计算;明渠水流三种流态的判别;明渠恒定非均匀渐变流水面曲线分析和计算,这部分也是本章的难点;水跃的特性和共轭水深计算。
学习中应围绕这4个重点,掌握相关的基本概念和计算公式。
这一讲我们讨论前2个问题,后面2个问题将放在第7讲讨论。
明渠水流的复杂性在于有一个不受边界约束的自由表面,自由表面能随上下游的水流条件和渠道断面周界形状的变化而上下变动,相应的水流运动要素也发生变化,形成了不同的水面形态。
6.1 明槽和明槽水流的几何特征和分类(1) 明槽水流的分类 明槽恒定均匀流明槽恒定非均匀流明槽非恒定非均匀流明槽非恒定均匀流在自然界是不可能出现的。
明槽非均匀流根据其流线不平行和弯曲的程度,又可以分为渐变流和急变流。
(2) 明槽梯形断面水力要素的计算公式:水面宽度 B = b +2 mh (6—1) 过水断面面积 A =(b + mh )h (6—2) 湿周 (6—3) 水力半径 (6—4) 式中:b 为梯形断面底宽,m 为梯形断面边坡系数,h 为梯形断面水深。
(3)当渠道的断面形状和尺寸沿流程不变的长直渠道我们称为棱柱体渠道。
(4)掌握明渠底坡的定义,明渠有三种底坡:正坡(i >0)平坡(i =0)和逆坡(i <0。
6.2明槽均匀流特性和计算公式(1)明槽均匀流的特征:a )均匀流过水断面的形状、尺寸沿流程不变,特别是水深h 沿程不变,这个水深也称为正常水深。
b )过水断面上的流速分布和断面平均流速沿流程不变。
212m h b x ++=212)(m h b h mh b x A R +++==c )总水头线坡度、水面坡度、渠底坡度三者相等,J = J s = I 。
即水流的总水头线、水面线和渠底线三条线平行。
从力学意义上来说:均匀流在水流方向上的重力分量必须与渠道边界的摩擦阻力相等才能形成均匀流。
高等流体力学—粘性不可压缩流体运动
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1 d du r P r dr dr
d du r rP dr dr
du r C1 P dr 2 r
21
du r2 r P C1 dr 2
(1) 轴对称流动:圆心在原点的圆管中粘性流体运动
du r C1 P dr 2 r P 2 u r C1 ln r C2 4
0
a
半径r处圆环的面积
4
a pa pb Q Pa 8 8l
2
r
Q a 1 pa pb umax u 2 a 8l 2
2
25
(c) 阻力系数
pa pb u r r 2l pa pb r=a时: max a0,u
C1 0 P 2 C2 a 4
pa pb 2 2 P 2 2 u a r a r 4 4l
22
(1) 轴对称流动:圆心在原点的圆管中粘性流体运动
pa pb 2 2 P 2 2 u a r a r 4 4l
2
粘性不可压缩均质流体运动方程组
v 0
dv F divP dt
dU P : S div(kgradT) q dt
连续性方程 运动方程 能量方程 本构方程 状态方程
3
P pI 2S
p f (T ,V )
粘性不可压缩均质流体运动方程组
v 0
2 2
u 1 u 1 u P 2 2 r r r r
2 2
结构轴对称
流动分布轴对称
0 u u (r )
20
(1) 轴对称流动:圆心在原点的圆管中粘性流体运动
流体力学考试复习资料
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第二讲流体动力学基础【内容提要】流体运动的基本概念:恒定总流的连续性方程,恒定总流的能量方程【重点、难点】恒定总流的连续性方程和能量方程的运用。
【内容讲解】一、流体运动的基本概念(一)流线和迹线流线是在流场中画出的这样一条曲线:同一瞬时,线上各流体质点的速度矢量都与该曲线相切,这条曲线就称为该瞬时的一条流线。
由它确定该瞬时不同流体质点的流速方向。
流线的特征是在同一瞬时的不同流线一般情况下不能相交;流线也不能转折,只能是光滑的曲线。
迹线是某一流体质点在一段时间内运动的轨迹,迹线上各点的切线表示同一质点在不同时刻的速度方向。
(二)元流和总流在流场中任取一微小封闭曲线,通过曲线上的每一点均可作出一根流线,这些流线形成一管状封闭曲面称流管。
由于速度与流线相切,所以穿过流管侧表面的流体流动是不可能的。
这就是说位于流管中的流体有如被刚性的薄壁所限制。
流管中的液(气)流就是元流,元流的极限是一条流线。
总流是无限多元流的总和。
因此,在分析总流前,先分析元流流动,再将元流积分就可推广到总流。
与元流或总流的流线相垂直的截面称过流断面,用符号A表示其断面面积。
在流线平行时,过流断面为平面,流线不平行则过流断面为曲面。
(三)流量和断面平均流速(四)流动分类1.按流动是否随时间变化将流动分为恒定流和非恒定流。
若所有的运动要素(流速、压强等)均不随时间而改变称为恒定流。
反之,则为非恒定流。
恒定流中流线不随时间改变;流线与迹线相重合。
在本节中,我们只讨论恒定流。
2.按流动是否随空间变化将流动分为均匀流和非均匀流。
流线为平行直线的流动称为均匀流。
如等直径长管中的水流,其任一点的流速的大小和方向沿流线不变。
反之,流线不相平行或不是直线的流动称为非均匀流。
即任一点流速的大小或方向沿流线有变化。
在非均匀流中,当流线接近于平行直线,即各流线的曲率很小,而且流线间的夹角也很小的流动称为渐变流。
否则,就称为急变流。
渐变流和急变流没有明确的界限,往往由工程需要的精度来决定。
流体力学知识点
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1 流体流动1.1教学基本要求本章应掌握的内容:(1)流体及相应的基本概念;(2)流体静力学的基本原理及应用;(3)流体动力学的基本原理及应用;(4)流体流动阻力的相关概念、基本原理及应用;(5)流体流量的测量原理及设备。
(6)液体输送机械的结构特点、工作原理、性能参数、操作、选型及典型设备间的区别,重点掌握离心泵及往复泵;(7)典型气体输送机械的结构特点、工作原理和操作性能。
1.2重点内容概要1.2.1流体及其主要物理性质1.2.1.1 连续介质假定气体和液体具有易变形的特征,表现出流动性。
气体和液体统称为流体。
液体可视为不可压缩性流体;气体可视为可压缩性流体。
在流体流动的研究中,常将流体视为由无数流体微团(或流体质点)组成的连续介质。
这些质点一个紧挨着一个,质点间无空隙,即可认为流体充满其占据的空间,从而可以摆脱复杂的分子运动,从宏观的角度来研究流体在外力作用下的机械运动规律。
1.2.1.2 流体的物理性质(1)流体的密度 ①定义:Vm =ρ kg/m 3(1-1) ②影响因素: ρ= f (T,P )对液体:密度随压力变化很小,可忽略;温度影响较明显。
对气体:温度、压力均影响显著,不可忽略。
③气体的密度:当压力不太高、温度不太低时,ρ可按理想气体考虑,即:RTPM V m ==ρ(1-2) 也可以按下式计算:000ρρρT P T = 4.220M =ρ(1-3) 式中:ρ0 ——标准状态(P 0=101.3kPa ,T 0=273K )下气体的密度,kg/ m 3。
气体混合物:以1m 3混合气体为基准∑=⋅=ni i v i m x 1,ρρ(1-4)式中:x v,i ——混合物中i 组分的体积分率。
理想气体混合物:RTPM m m =ρ,其中M m 为平均分子量: )(∑⋅=i i m y M M (1-5)式中:y i ——混合物中 i 组分的摩尔分率,在低压下,y i = x v,i 。
土木工程-流体力学-重点分析
![土木工程-流体力学-重点分析](https://img.taocdn.com/s3/m/28c64225ae45b307e87101f69e3143323968f5e3.png)
学习目标1、掌握流体的主要物理性质2、掌握相似原理与量纲分析3、了解模型实验4、掌握水静力学流体的主要物理性质流体力学的定义与研究对象流体力学研究处于运动状态的流体(fluid dynamics) 或静止的流体(fluid statics) 。
液体(liquid)与气体(gas)统称为流体。
流体的主要物理性质水力学(Hydraulics) —研究液体运动规律的科学。
水力学为流体力学的一个分支。
水力学的研究对象是液体,液体的基本特征就是其具有流动性。
流动性(mobility) 指任何微小切应力都会使液体流动的性质;或静止的液体不能承受任何微小切应力的作用。
流动性还表现在液体不能承受拉力。
流体的主要物理性质连续介质模型液体是由大量的分子构成的。
水力学的研究目的是液体的宏观机械运动规律,而这一规律恰恰是研究对象中所有子微观运动的宏观表现。
1755年瑞士数学家、力学家欧拉( L. Euler)首先提出:“液体是一个不存在分子间隙的连续介质。
”连续介质模型—由密集质点构成的、内部无间隙的液体。
流体的主要物理性质质点—含有大量分子的,与流动空间相比体积可忽略建立连续介质模型: 排除了分子运动的复杂性。
流体力学作为独立学科,在理论基础上可独立应用解决工程实际问题。
作为专业基础,可在诸多的领域中得到应用:航海—船的航行土木—基坑排水、材料输送;环境—水污染治理流体的主要物理性质作用在液体上的力根据作用方式,可分为两类:表面力及质量力。
表面力—通过直接接触,施加在隔离体接触表面上的力。
应力的单位是帕斯卡(Pascal),以符号Pa表示。
1 Pa 相当于 1 N/m质量力—施加在隔离体每个质点上的力,如重力。
流体的主要物理性质质量力与隔离体的质量成正比。
质量力的大小用单位质量力表示。
单位质量力的单位为米每二次方秒(m/s2)流体的主要物理性质惯性( inertia )—物体维持原有运动状态的性质。
通常用质量(mass)来衡量惯性大小。
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1.流体的连续介质模型:研究流体的宏观运动,在远远大于分子运动尺度的范围里考察流体运动,而不考虑个别分子的行为,因此我们可以把流体视为连续介质。
它有如下性质:
(1)流体是连续分布的物质,它可以无限分割为具有均布质量的宏观微元体。
(2)不发生化学反应和离解等非平衡热力学过程的运动流体中,微元体内流体状态服
从热力学关系
(3)除了特殊面外,流体的力学和热力学状态参数在时空中是连续分布的,并且通常
认为是无限可微的
2.应力:有限体的微元面积上单位面积的表面力称为表面力的局部强度,又称为应力,定义如下:=n T A
F A δδδlim 0→ 3.流体的界面性质:微元界面两侧的流体的速度和温度相等,应力向量的大小相等.方向相反或应力分量相等。
4.流体具有易流行和压缩性。
5.应力张量具有对称性。
6.欧拉描述法:在任意指定的时间逐点描绘当地的运动特征量(如速度、加速度)及其它的物理量的分布(如压力、密度等)。
7.拉格朗日描述法:从某个时刻开始跟踪质点的位置、速度、加速度和物理参数的变化,这种方法是离散质点的运动描述法称为拉格朗日描述法。
8.流线:速度场的向量线,该曲线上的任意一点的切向量与当地的的速度向量重合。
迹线:流体质点点的运动迹象。
差别:迹线是同一质点在不同时刻的位移曲线。
流线是同一时刻、不同质点连接起来的速度场向量线。
流线微分方程:ω
dz v dy u dx == 迹线微分方程:t
x U i i ∂∂= 9.质点加速度:质点速度向量随时间的变化率。
U U t U a )(∇∙+∂∂=
质点加速度=速度的局部导数+速度的迁移导数。
物理量的质点导数=物理量的局部导数+物理量的对流导数。
⎥⎦
⎤⎢⎣⎡-++=→→t t x Q t t x x Q Dt DQ t x δδδδδ),(),(lim 0,0 利用泰勒展开 +∇∙+∂∂=-++Q x t Q t x Q t t x x Q x δδδ)(
),(),(O ),,(22t t t t δδδδ (3
32211x U x U x U t U t Dt D ∂∂+∂∂+∂∂+∂∂=∇∙+∂∂=)
Q U t Q Dt DQ ∇∙+∂∂= 10.微团的运动:平动、转动、变形。
变形有:体变形、角变形、线变形。
变形张量:x u S xx ∂∂= ; y
v S yy ∂∂= ; z w S ZZ ∂∂= )(21x v y u S S yx xy ∂∂+∂∂== ;)(21y
w z v S S zy yz ∂∂+∂∂=== ;)(21z u x w S S xz zx ∂∂+∂∂== 0=Ω=Ω=Ωzz yy xx )(21x v y u yx xy ∂∂-∂∂=
Ω-=Ω;)(21y w z v zy yz ∂∂-∂∂=Ω-=Ω;)(21z u x w xz zx ∂∂-∂∂=Ω-=Ω 线变形率:
角变形率:
体积变形率:
刚体的角速度公式:
当微团不可压缩是,体积增长率等于零,也就是该点的速度场散度等于零。
11.速度场的旋度速度场的旋度U ⨯∇称为涡量,用ω表示。
涡量的散度等于零。
00
)(=⨯∇=⨯∇∙∇ωU
12.质量体:流场中封闭流体面∑)(*t 所包含的流体称为质量体。
控制体:相对于某参照坐标系不随时间变化的封闭曲线中所包含的流体称为控制体。
13.局部导数:控制体内某物理量总和随时间的增长率称为局部导数。
随体导数:质量体内某物理量总和对时间的增长率称为随体导数。
13.兰姆型方程和理想流体运动的几个微分(计算)
14.平面流动:流体质量在平行平面上运动,且每一个平面上都流动相同的流场。
轴对称流:流体质点在通过固定轴线的子午面上运动,并且所有的子午面上运动都相同的流场。
15.流函数 ⎰-=)(vdx udy ψ 和速度的关系是 x v y u ∂∂-=∂∂=
ψψ, 流函数的意义和性质:
(1).流函数的等值线是流线。
(沿流线流函数是常数)
(2)子午面上两流线间流函数值之差等于通过相应选转面流面间的体积流量除以2π.
(3)流函数等值线和势函数等值线正交。
**16.声音的传播方程和马赫数(重点)
声速:RT c γ= 声音只是温度的函数,在非均匀流场中,不同时刻,不同点上声速的大小和当时当地的温度有关,温度越高,声速越大。
马赫数(定义):流体速度u 与当地声速c 之比,Ma=u/c
物理意义:(1)是单位质量流体的惯性力于压强的质量
(2)是气体质点单位质量的动能于内能的量级之比。
Ma <1 亚声速流动 Ma ≈1 跨声速流动 Ma >1 超声速流动 Ma ≥1 高超声速流动
17.本构方程的原则:(1)可表性原则 ;(2)客观性原则
原理:本构方程属于物性方程,应当具有普适性,根据理性力学原理。
导出方法:(1)基于分子运动的统计力学方法;(2)理性力学和实验结合的方法。
18.牛顿流体:粘性应力张量P 和变形率张量S 间具有线性各向同性函数关系的流体。
(P279)
19.相似定律:
(1)几何相似:对应的长度成比例,对应的角度相等的两平面几何形状称为几何相似。
(2)流体的力学相似:在时空中几何相似的对应的点上的物理量成比例的两个流场称~。
流体相似的前提是几何相似,除了实物和模型相似外,流场的其他边界条件也必须是相似的
特征参量:相似流动中某一指定状态的物理量称为~~。
无量纲量:物理量与其特征参量之比是无量纲纯数称为~~。
相似流场中,几何相似点上无量纲相等。
20.流动相似的充要条件(斯特老劳哈尔数,雷诺数,弗劳德数,欧拉数)
P289:(1)相似的判定,主要看几个相似准则能否同时成立
(2)全部完全相似准则相等的几何相似流场称为完全相似流场。
(3)相似理论的意义:指导实验
21.从层流到湍流发展的基本过程:
(1)层流:它是符合纳斯-斯托克斯方程在给定初边值条件下地确定性解;
(2)过度过程的初始阶段:出现时间上(在空间、或同时在空间和时间上)的周期性扰动;(3)过度过程的发展:出现多种周期性的窄带扰动,规则性流动逐步破坏。
(4)湍流:含有宽频连续谱扰动的完全不规则流动。
22.湍流的统计理论-----系统法
脉动速度平方的统计量之半定义为流体质点单位的湍动能K.
湍流度e:脉动速度的均方根于当地平均速度的绝对值之比称为~~。
湍流脉动从平均切变场(大尺度)中得到能量而在校尺度脉动中耗散。