流体力学知识点总结汇总

绪论
液体和气体统称为流体，流体的基本特性是具有流动性，只要剪应力存在流动就持续进行，流体在静止

流体连续介质假设：把流体当做是由密集质点构成的，内部无空隙的连续体来研究。
流体力学的研究方法：理论、数值、实验。
作用于流体上面的力
1）表面力：通过直接接触，作用于所取流体表面的力。
作用于A上的平均压应力

作用于A上的平均剪应力
应力


2）质量力：作用在所取流体体积内每个质点上的力，力的大小与流体的质量成比例。（常见的质量力：


单位为
流体的主要物理性质
1） 惯性：物体保持原有运动状态的性质。质量越大，惯性越大，运动状态越难改变。

常见的密度（在一个标准大气压下）：
4℃时的水

20℃时的空气
2） 粘性 ΔF ΔP ΔT A ΔA V τ 法向应力周围流体作用的表面力 切向应力 APpATAFAlim0APpAAlim0为A点压应力，即A点的压强 ATAlim0 为A点的剪应力 应力的单位是帕斯卡（pa），1pa=1N/㎡，表面力具有传递性。 BFfm2ms3/1000mkg3/2.1mkg
流体运动时，相邻流层间所产生的切应力与剪切变形的速率成正比。即


—粘性切应力，是单位面积上的内摩擦力。由图可知


—— 速度梯度，剪切应变率（剪切变形速度）

是比例系数，称为动力黏度，单位“pa·s”。动力黏度是流体黏性大小的度量，μ值越大，

单位：m2/s 同加速度的单位

）气体的粘度不受压强影响，液体的粘度受压强影响也很小。
）液体 T↑ μ↓ 气体 T↑ μ↑

μ=0的液体。无粘性液体实际上是不存在的，它只是一种对物

3） 压缩性和膨胀性
压缩性：流体受压，体积缩小，密度增大，除去外力后能恢复原状的性质。
T一定，dp增大，dv减小
膨胀性：流体受热，体积膨胀，密度减小，温度下降后能恢复原状的性质。
P一定，dT增大，dV增大
液体的压缩性和膨胀性
压缩系数：在一定的温度下，压强增加单位P，液体体积的


由于液体受压体积减小，dP与dV异号，加负号，以使к为正值；其值愈大，愈容易压缩。
的单位是“1/Pa”。（平方米每牛）
K是压缩系数的倒数，用K表示，单位是“Pa”

1度，体积的相对增加率。
duTAd

yh u u+du U z y dy x dtdrdyduduudyhdPdVVdPVdV1/ddPdVdPVK1


单位为“1/K”或“1/℃”

增大 水的压缩系数K减小 T升高 水的膨胀系数增大
气体的压缩性和膨胀性
CO2等）的密度、


P —— 气体的绝对压强（Pa）；
ρ —— 气体的密度（Kg/cm3）；
T —— 气体的热力学温度（K）；
R —— 气体常数；在标准状态下，
M为气体的分子量，空气的气体常数R=287J/Kg．K。

流体静力学
静止流体具有的特性
（1） 应力方向沿作用面的内发现方向。
（2） 静压强的大小与作用面的方位无关。

在静止流体中，各点单位质量流体所受表面力
和质量力相平衡。

欧拉方程全微分形式：

等压面：压强相等的空间点构成的面（平面或曲面）。
等压面的性质：平衡流体等压面上任一点的质量力恒正交于等压面。
便可根据质量力的方向来判断等压面的形状。质量力只有重力时，因
可知等压面是水平面。若重力之外还有其它质量力作用时，等压面是

dTddTdVVV11RTP)/(8314RKKgJM010101zpZypYxpX)ddd(dzZyYxXp0sdf
液体静力学基本方程



P—静止液体内部某点的压强
h—该点到液面的距离，称淹没深度
Z—该点在坐标平面以上的高度
P0—液体表面压强，对于液面通大气的开口容器，视为
大气 压强并以Pa表示
推论
（1）静压强的大小与液体的体积无关
（2)两点的的压强差 等于两点之间单位面积垂
直液柱的重量
（3）平衡状态下，液体内任意压强的变化，等值的
传递到其他各点。

⑴.位置水头z：任一点在基准面以上的位置高度，表示单位重量流体从某一基准面算起所

⑵.压强水头： 表示单位重量流体从压强为大气压算起所具有的压强势能，简称比压

⑶.测压管水头（ ）：单位重量流体的比势能，或单位势能或测压管水

压强的度量
以没有气体分子存在的完全真空为基准

起算的压强，以符号pabs表示。（大于0）
p表示。 （可正可负可为0）
则该点为真空，其相对压强必为负值。真
空值与相对压强大小相等，正负号相反（必小于0）




Pa N/m2
kPa kN/m2 mH2O mmHg at
98000 98 10 736 1

测量压强的仪器（金属测压表和液柱式测压计）。
1） 金属测压计测量的是相对压强 （弹簧式压力表、真空表）
2） 液柱式测压计是根据流体静力学基本原理、利用液柱高度来测量压强（差）的仪器。
CgpzghpzHgpp00)(PP1 P2 Z1 Z2 aabsppp)(P)(aabsaabsabsapppppppgpgpzhpg
0ghp
/(
AsLh A点相对压强 真空度 U形管测压计 上式的图形 倾斜微压计


gahgpB水水银1122ghghpM1122ghghppMLsAh1sin2LhsinsingLKLLAsgphggapB水银水pap0Ah )(21hhppppBBAAhhgpzgpz6.12)()()(
8：在管道M上装一复式U形水银测压计，已知测压计上各液面及A点的标高为：
2=0.6m3=2.0m4=1.0m，A=5=1.5m。试确定管中A


作用在平面上的静水总压力

1）压强分布图 根据基本方程式： 绘制静水压强大小；
2） 静水压强垂直于作用面且为压应力。
S，乘以受压面
b，即 P=bS 总压力的作用线通过压强分布图的形心，作用线与受压面的交点，
就是总压力的作用点
适用范围：规则平面上的静水总压力及其作用点的求解。
原理：静水总压力大小等于压强分布图的体积，其作用线通过压
强分布图的形心，该作用线与受压面的交点便是压心P。
一铅直矩形闸门，已知h1=1m，h2=2m，宽b=1.5m，求总压力及其作用点。
梯形形心坐标: a上底，b下底

总压力为压强分布图的体积：

作用线通过压强分布图的重心：

总压力 = 受压平面形心点的压强×受压平面面积

合力矩定理：合力对 任一轴的力矩等于各分力对同一轴力矩之和 kPa 6.274)15.16.02(8.91)126.08.1(8.96.13)()()()()()(4523432145432321ApghpApAghAygPcccsin
平行移轴定理
一铅直矩形闸门，已知h1=1m，h2=2m，宽b=1.5m，求总压力及其作用点。
作用在曲面上的静水压力

水平分力 作用在曲
面上的水平分力等于受压面形心处的相对压强PC与其在垂

直坐标面oyz的投影面积Ax的乘积。
铅垂分力

合力的方向
受压平面形心点的压强 p c× 受压曲面在 yoz 轴上的投影 AZ
液体的容重γ×压力体的体积 V
P的作用线必然通过Px和Pz的交点，但这个交点不一定在曲面上，该作用线与曲面


Pz的方向（压力体 ——压力体和液面在曲面AB的同侧，Pz方向向下
虚压力体 ——压力体和液面在曲面AB的异侧，Pz方向向上）
——对于水平投影重叠的曲面，分开界定压力体，然后相叠加，虚、实压力体


AyIICCx2AyIyyCCCDm17.26123212m1121,m2KN84.5832807.9m325.1m22/21432DccccybhIhyPAh解： xcxcApAghxPsinddPzAp压力体gV22xPzPPxzPPtan
流体动力学基础
基本概念：
（1） 流体质点(particle)：体积很小的流体微团，流体就是由这种流体微团连续组成的。
（2） 空间点: 空间点仅仅是表示空间位置的几何点，并非实际的流体微团。
（3） 流场：充满运动的连续流体的空间。在流场中，每个流体质点均有确定的运动要素。
（4） 当地加速度（时变加速度）：在某一空间位置上，流体质点的速度随时间的变化率。
迁移加速度（位变加速度）：某一瞬时由于流体质点所在的空间位置的变化而引起
的速度变化率。
（5） 恒定流与非恒定流：一时间为标准，各空间点上的运动参数都不随时间变化的流

（6） 一元流动：运动参数只是一个空间坐标和时间变量的函数。
二元流动：运动参数只是两个空间坐标和时间变量的函数。
三元流动：以空间为标准，各空间点上的运动参数是三个空间坐标和时间的函数。
（7）流线：某时刻流动方向的曲线，曲线上各质点的速度矢量都与该曲线相切。
流线性质
（1）流线上各点的切线方向所表示的是在同一时刻流场中这些点上的速度方向，因

（2）流线一般不相交（特殊情况下亦相交：V=0、速度=）
（3）流线不转折，为光滑曲线。
（8）迹线：流体质点在一段时间内的运动轨迹。
迹线与流线
（1）恒定流中，流线与迹线几何一致。
异同
（2）非恒定流中，二者一般重合，个别情况（V=C）二者仍可重合。
（9）流管：某时刻，在流场内任意做一封闭曲线，过曲线上各点做流线，所构成的管状

流束：充满流体的流管。
（10）过流断面：在流束上作出的与所有的流线正交的横断面。过流断面有平面也有曲面。
（11）元流：过流断面无限小的流束，几何特征与流线相同。
总流：过流断面有限大

的流束，有无数的元流构成，断面上各点的运动参数不相同。
（12）体积流量：单位时间通过流束某一过流断面的流量以体积计量。
重量流量：单位时间通过流束某一过流断面的流量以重量计量。
质量流量：单位时间通过流束某一过流断面的流量以质量计量。
（13）断面平均流速：流经有效截面的体积流量除以有效截面积而得到的商。
（14）均匀流与非均匀流：流线是平行直线的流动是均匀流，否则是非均匀流。
均匀流的性质
1> 流体的迁移加速度为零；
2> 流线是平行的直线；
3> 各过流断面上流速分布沿程不变。
4> 动压强分布规律=静压强分布规律。
（15）非均匀渐变流和急变流：非均匀流中，流线曲率很小，流线近似与平行之线的流动

欧拉法（Euler method）
压力场


全加速度 ＝ 当地加速度 ＋ 迁移加速度
如图所示：（1）水从水箱流出，若水箱无来水
补充，水位H逐渐降低，管轴线上A质点速度随时间减小，当地加速
度为负值，同时管道收缩，指点速度随迁移增大，迁移加速度为正值，
故二者加速度都有。
（2）若水箱有来水补充，水位H保持不变，A质点出的
时间不随时间变化，当地加速度=0，此时只有迁移加速度。
流量、断面平均流速
流体连续性方程
物理意义：单位时间内，流体流经单位体积的
流出与流入之差与其内部质量变化
的代数和为零。


假设有一不可压缩流体三维流动，其速度分布规律为：U=3（x+y3)，V=4y+z2，
。试分析该流动是否存在。 uutua0zuyuxuzyxtzyxudtdxuxx,,,tzyxudtdyuyy,,,tzyxudtdzuzz,,,x,y,z,tppzuuyuuxuutuazzzyzxzzzuuyuuxuutuaxzxyxxxxzuuyuuxuutuayzyyyxyyA B QudAvAAAQAudAvA0zuyuxutzyx0tCt,00zuyuxuzyx


恒定总流连续性方程
或

，而流线疏展的地方流速小。

流体的运动微分方程
无粘性流体运动微分方程
或

N—S方程


元流的伯努利方程


1）适用条件 ①理想流体 ②恒定流动 ③质量力只受重力 ④不可压流体 ⑤沿流线或微

2）此公式就是无粘性流体的伯努利方程

1）物理意义
——比压能 ——比动能
2）几何意义 09zwyvxu2zw4yv3xudtduxpXx1dtduypYy1dtduzpZz1zuuyuu

xuutuxpYyzyyyxy11xxxxxyzuuuupXuuuxtxyzzuuyuuxuutuxpZzzzyzxz1gupzgupz2222222111cgupz22p
u22pgu22
——压强水头 ——流速水头


（1）实际液体具有粘滞性，由于内摩擦阻力的影响，液体流动时，其能量将沿程
H1＞H 2
（2）上式即恒定流、不可压缩实际液体动能量方程，又称实际液体元流伯努利方


（1）势能积分：
—— 比位能（位置水头）
—— 比压能（压强水头，测压管高度） （2）动能积分：
—— 比势能（测压管水头）
—— 总比能（总水头）
—— 比动能（流速水头） （3）损失积分：
—— 平均比能损失 （水头损失）,单位重流体克服
流动阻力所做的功。
动能修正系数
动量修正系数

——单位重量流体通过流体机械获得的机械能（水泵的扬程）
——单位重量流体给予流体机械的机械能（水轮机的作用水头）

'212222211122whgupzgupz2122222211112gV2gVwhpzpzgQgvgvAgvudAgugA222222gQhgdQhwQw,21Lw2121ddhdLdhLhiwwapvpzzgvp2)()(222212211所具有的位能：位压：单位体积气体离：沿浮力方向升高的距：有效浮力：全压动能所：动压：单位体积气体所具有的压能：静压：单位体积气体)()()()(2具有的2121222zzgzzgvpvpaawmhgvgpzHgvgpz222222221111212222211122whgvgpzgvgpz312333211122whgvgpzgvgpzAdAvu33dAv2u2A
水头线：总流沿程能量变化的几何表示。
水力坡降：单位长度上的水头损失
总流的动量方程
)()()(112211221122zzzyyyxxxvvQFvvQFvvQF)(1122vvQdtdKF1 1 2 2 3 3