流体力学讲义
流体力学讲义.
工程流体力学（水力学）第一章 绪论学习重点：流体的粘性及牛顿内摩擦定律。
尤其是牛顿内摩擦定律应熟练掌握。
了解工程的发展及在工程中的应用。
§1—1 工程流体力学简介1． 工程流体力学——是利用实验和理论分析的方法研究流体的平衡和运动规律及其在工程中的应用的一门学科。
2． 自然界中物质的存在形式有：（1）固体 ← 相应的研究学科有材料力学、弹性力学 等。
（2）液体（3）气体← 统称流体 。
相应的研究学科即流体力学。
3．流体与固体的比较：（1）从微观上说，流体分子之间的距离相对较大，分子运动丰富（振动、转动、移动）。
（2）从宏观上说，流体没有固定的形状，易流动、变形，静止的流体不能承受剪力及拉力。
4．发展史（随着生产的发展，继固体力学之后发展起来的一门学科）：论浮体 （建立在实验、直观基础上）古典水力学（纯理论分析、理论模型） 计算流体力学5．意义：流体力学已经发展成一门涉及多专业的基础性学科。
工程流体力学在工程中的应用也越来越广泛。
例如：给排水、农田灌溉、道路、桥涵、港口设计等等。
§1—2 连续介质假设 流体的主要物理性质 一． 连续介质假设1． 流体的组成：由大量不断运动的分子组成，分子之间有间隙，不连续。
2． 假设：假设将流体看作是由无数质点组成的连续的介质。
因为我们研究的是流体的宏观机械运动而不是微观运动，这样的假设可以满足工程需要。
3． 连续介质：假定流体在充满一个体积空间时，不留任何空隙，整个空间均被流体质点所占据。
4． 质点——宏观体积足够小（可以忽略线性尺寸），但又包含大量分子的集合体。
5． 注：流体的分子运动是客观存在的，在一般的工程计算中可以把流体看成连续的介质，但在特殊情况下还是应加以考虑的。
二． 流体的主要物理性质1．易流动性——是指流体在静止时不能承受切力及不能抵抗剪切变形的性质。
一般的，固体可承受一定的拉力、压力及剪力；而静止的流体只能承受一定的压力。
工程流体力学讲义
强制涡
r r0
ω
复合涡
自由涡
1.速度分布
前面已讨论过涡核内外的速度分布：
涡内：
与半径成正比如图
。由于
Hale Waihona Puke 这部分流体有旋。涡外：
与半径r成反比。
在时
当 不变 处 的 为常数
2、压力分布： 自由涡：由于是无旋流动，在自由涡中 任取一点与无穷远处写伯努利方程：
忽略位能
若
则
将
代入
在自由涡中 p与r 成平方关系,(抛物线）
3.点源的压力分布 在源上任取一点与无穷远处写能量方程
将 ， 代入
有
p
P与r成抛物线正比。r
p;r p
r r0
三、点涡
点涡：无限长的直 线涡束所形成的平 面流动。除涡线本 身有旋外涡线外的 流体绕涡线做等速 圆周运动且无旋。
这种流动也称纯环流。若设点涡的强度
为
则在半径r处由点涡所诱导的速
度为 而
例2：求有间断面的平行流的速度环量 Γ＝？
4
3
b
1L 2
u1 u2
例3：龙卷风的速度分布为 时
时
试根据 stokes law 来判断是否为有 旋流动。
如图，当
，流体以ω象刚体一样转
动，称风眼或强迫涡（涡核）。
在
区域，流体绕涡核转动，流体
质点的运动轨迹是圆但本身并没有旋转
称之为自由涡或势涡。
强制涡
y
d
c
vu
a
b
c’ d’
Δα
b’
a’ Δβ
定义：单位时间内ab、cd转过的平均角度
称角变形速度，用 θ表示。 由定义有：
流体力学讲义
流体⼒学讲义上篇流体⼒学课程讲义绪论⼀、“流体⼒学”名称简介1、概念：⼯程流体⼒学中的流体，就是指以这两种物体为代表的⽓体和液体。
⽓体和液体都具有流动性，统称为流体。
2、研究对象流体⼒学是⼒学的⼀个分⽀。
它专门研究流体在静⽌和运动时的受⼒与运动规律。
研究流体在静⽌和运动时压⼒的分布、流速变化、流量⼤⼩、能量损失以及与固体壁⾯之间的相互作⽤⼒等问题。
3、应⽤流体⼒学在⼯农业⽣产中有着⼴泛的应⽤，举例。
4、流体⼒学的分⽀流体⼒学的⼀个分⽀是液体⼒学或叫⽔⼒学。
它研究的是不可压缩流体的⼒学规律。
另⼀分⽀是空⽓动⼒学，研究以空⽓为代表的可压缩流体⼒学，它必须考虑流体的压缩性。
本书以不可压缩流体为主，最后讲解与专业相关的空⽓动⼒学部分的基础内容。
⼀般来说，流体⼒学所指的范围较为⼴泛，⽽我们所学习的内容仅以⼯程实际需要为限，所以叫“⼯程流体⼒学”。
⼆、学科的历史与研究⽅法简介1、学科历史流体⼒学是最古⽼的学科之⼀，它的发展经历了漫长的年代。
例：我国春秋战国时期，都江堰，⽤于防洪和灌溉。
秦朝时，为了发展南⽅经济，开凿了灵渠，隋朝时开凿了贯穿中国南北，北起涿郡(今北京)，南⾄余杭(今杭州)的⼤运河，全长1782km，对沟通南北交通发挥了很⼤作⽤，为当时经济的发展做出了贡献。
在国外，公元前250年，古希腊学者阿基⽶德就发表了《论浮体》⼀⽂。
到了18世纪，瑞典科学家DanielBernoulli伯努利(1700—1782)的《⽔动⼒学或关于流体运动和阻⼒的备忘录》奠定了流体⼒学的基础。
2、研究⽅法⼀⽅⾯，以理论⽅程为主线，将流体及受⼒条件理想化，忽略次要影响因素，建⽴核⼼⽅程式。
在这⽅⾯最有代表性的就是伯努利于1738年建⽴的能量⽅程。
另⼀⽅⾯，采取实验先⾏的办法。
开始了实⽤⽔⼒学的研究，在⼀系列实验理论的指导下，对理论不⾜部分反复实验、总结规律，得到经验公式和半经验公式进⾏补充应⽤。
在这⽅⾯最有代表性的是尼古拉兹实验、莫迪图等。
流体力学课件(全)
Y 1 p 0 y
欧拉平衡方程
Z 1 p 0 z
p p( , T )
t
1 V V T p
1 V V p T
p p(V , T )
1 t T p
p
p
1 p T
V
p y = pn pz = pn
px = p y = pz = pn = p
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第二章
流体静力学
§1 静压强及其特性 §2 流体静力学平衡方程 §3 压力测量 §4 作用在平面上的静压力 §5 作用在曲面上的静压力 §6 物体在流体中的潜浮原理
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§2流体静力学平衡方程
通过分析静止流体中流体微团的受力，可以建立 起平衡微分方程式，然后通过积分便可得到各种不同 情况下流体静压力的分布规律。 why 因此，首先要建立起流体平衡微分方程式。 现在讨论在平衡状态下作用在流体上的力应满足 的关系，建立平衡条件下的流体平衡微分方程式。
《流体力学》
汪志明教授
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第一章 流体的流动性质
§1 流体力学的基本概念
§2 流体的连续介质假设 §3 状态方程 §4 传导系数 §5 表面张力与毛细现象
《流体力学》
汪志明教授
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§2 流体的连续介质假设
虽然流体的真实结构是由分子构成，分子间有一定的孔隙，但流 体力学研究的并不是个别分子微观的运动，而是研究大量分子组成的 宏观流体在外力的作用下所引起的机械运动。 因此在流体力学中引入连续介质假设：即认为流体质点是微观上 充分大，宏观上充分小的流体微团，它完全充满所占空间，没有孔隙 存在。这就摆脱了复杂的分子运动，而着眼于宏观机械运动。
流体力学讲义1
流体⼒学讲义11、教材推荐2、学习基础：线性代数、理论⼒学、材料⼒学、部分⽮量分析⽅⾯的知识3、学习⽅法：基本原则：抓住基本知识点，适当提⾼，注意理论联系实际（1）课前预习（2）课中认真听讲（3）课后复习积极认真理解基本概念，把握所讲例题和部分课后做作业题第⼀章绪论1.1.1流体的定义和特征物质三态：在⾃然界，物质的常见存在状态是固态、液态和⽓态、处在这三种形态下的物质分别成为固体、液体和⽓体。
⽽⼜把液体和⽓体合称为流体。
从⼒学⾓度上讲：固体：既能承受压⼒，也能承受拉⼒与抵抗拉伸变形的流体：只能承受压⼒，⼀般情形下是不能承受拉⼒与抵抗拉伸变形的液体和⽓体的区别A⽓体容易被压缩：⽽液体却难于压缩B 液体具有⼀定体积，因⽽存在⼀个⾃由液⾯；⽽⽓体能够充满任意形状的容器，即没有⼀定的体积，也就不存在⾃由液⾯。
液体和⽓体的共同点：⼆者均具有以流动性，在微⼩切应⼒作⽤下均会发⽣变形或流动，因此他们统称为流体。
1.1.2流体⼒学的任务（1）什么是流体⼒学？流体⼒学是⼀门宏观⼒学，研究由于外部原因引起的流体运动，⽽对于流体的分⼦运动是不考虑的。
即流体⼒学是⼀门研究流体宏观运动的科学。
（2）流体⼒学的基本任务？其基本任务为：认识流动现象的基本本质，并且找出其中的共性的基本规律，然后运⽤这些共性规律解决⼯程中的实际流动问题，最后还能对⼀些流动新现象加以预测和解释。
1.1.3流体⼒学的研究对象流体⼒学的研究对象就是流体（液体和⽓体两⼤类）以及在其中运动的物体1.1.4流体⼒学的研究⽅法⽬前常⽤的研究⽅法有：理论分析：a。
通过实验和观察对流体的物理特性和运动特性进⾏分析的研究，抓住主要因素，忽略次要因素，建⽴⽐较合理的理论模型。
b。
针对上述理论模型，运⽤基本定律和⼀些实验公式，建⽴描述流体运动的封闭⽅程组及相应的初始条件和边界条件；c利⽤各种数学⼯具（偏微分⽅程、常微分⽅程、复变函数、近似计算等）准确或近似解出⽅程组d.对所得解进⾏分析判断，揭⽰由解所代表物理现象的变化规律，并给定解得使⽤范围和精度。
流体力学实验讲义
实验一 雷诺演示实验一、实验目的与要求（1）了解流体的流动类型，观察实际的流线形状，判断其流动类型。
（2）熟悉雷诺数的测定和计算方法。
（3）确立“层流和湍流与Re 之间有一定关系”的概念。
二、实验基本原理流体在流动过程中有3种不同的流动类型，即层流（或称滞流，Laminar flow ）、湍流（或称紊流，Turbulent flow ）和介于两者之间的过渡流。
当流体处于层流状态时，流体质点作平行于管轴的直线运动，在径向无脉动，流体分层流动与周围的流体没有宏观的混合；当流体处于湍流状态时，流体的质点呈紊乱的向各个方向做随机的脉动，流体总体上任然沿着管道流动。
1883年，雷诺（Reynolds ）在用实验的方法研究流体流动时，发现影响流体流动类型的因素除了流速u 以外，还有管径d 、流体的密度ρ以及黏度μ，由这四个物理量组成的无因次数群Re 称为雷诺数，并用此数来判断流体流动类型：μρdu =Re （1-1）式中：Re —雷诺准数，无因次； d —管子内径，m ；u —流体在管内的平均流速，m ／s ；ρ—流体密度，kg ／m 3；μ—流体粘度；Pa ·s 。
层流转变为湍流时的雷诺数称为临界雷诺数，用Rec 表示。
工程上一般认为，流体在直圆管内流动时，当Re ≤2000时为层流；当Re>4000时，圆管内已形成湍流；当Re 在2000至4000范围内，流动处于一种过渡状态，可能是层流，也可能是湍流，或者是二者交替出现，这要视外界干扰而定，一般称这一Re 数范围为过渡区。
式（1-1）表明，对于一定温度的流体，在特定的圆管内流动，雷诺准数仅与流体流速有关。
本实验即是通过改变流体在管内的速度，观察在不同雷诺准数下流体的流动型态。
三、实验装置及流程实验装置如图1-1所示。
主要由玻璃试验导管、流量计、流量调节阀、低位贮水槽、循环水泵、稳压溢流水槽等部分组成，演示主管路为220⨯φmm 硬质玻璃。
流体力学完整讲义
流体力学一、流体静力学基础 包括内容三部分：01流体主要物理特性与牛顿内摩擦定律 02流体静压强 03流体总压力01流体主要物理特性与牛顿内摩擦定律 水银的密度13.6g/cm 3重度γ（也成为容重，N/m3），单位体积流体所具有的能量。
=g γρ流体的压缩系数：1=pa d dV V dp dpρρβ-=-（单位:） ，β值越大，流体的压缩性也越大。
压缩系数的倒数成为流体的弹性模量，用表示，21()dpdV V β=-k=单位:pa=N/m流体的体膨胀系数a ：1=(:)d dVV a T dT dTρρ--=单位质量力：大小与流体的质量成正比（对于均质流体，质量与体积成正比，故又称为体积力）表面力：作用在流体表面的力，大小与面积成正比，它在隔离体表面呈连续分布，可分为垂直于作用面的压力和平行于作用面的切力。
流体的黏性：流体内部质点间或流层间因相对运动而产生内摩擦力以反抗相对运动的性质叫做黏性。
此内摩擦力成为黏制力。
du d T AA dy dtθμμ== 式中：T 流体的内摩擦力μ为流体的动力黏度，单位Pa s •。
A 为流体与管壁的接触面积dudy为速度梯度，表示速度沿垂直于速度y 轴方向的变化率 d dtθ为角变形速度 气体动力黏度随温度的升高而增加。
液体动力黏度随温度的升高而降低，例如：油。
运动黏度v （单位：2/m s ）（相对黏性系数）：v μρ=理想流体：假想的无黏性的流体，即理想流体流过任何管道均不会产生能量损失。
[推导过程]：tan()dudt d d dy θθ≈=，即：d dudt dyθ=。
02流体静压强流体净压强的特性：①流体静压强方向与作用面垂直；②各向等值性：静止或相对静止的流体中，任一点的静压强的大小与作用面方向无关，只于该点的位置有关。
帕斯卡定律：0P P gh ρ=+式中：P 为液体内某点的压强0P 为液面气体压强 h 为某点在液面下的深度等压面：流体中压强相等的点所组成的面成为等压面。
流体力学基础讲解PPT课件
05
流体流动的湍流与噪声
湍流的定义与特性
湍流定义
湍流是一种高度复杂的三维非稳态、带旋转的不规则流动。 在湍流中，流体的各种物理参数，如速度、压力、温度等都 随时间与空间发生随机的变化。
湍流特性
湍流具有随机性、不规则性、非线性和非稳定性等特性。在 湍流中，流体的速度、方向和压力等都随时间和空间发生变 化，形成复杂的涡旋结构。
环境流体流动与环境保护
要点一
环境流体流动
环境中的流体流动对环境保护具有重要影响。例如，大气 中的气流会影响污染物的扩散和迁移，水流会影响水体中 的污染物迁移和沉积等。
要点二
环境保护
通过对环境中的流体流动进行研究和模拟，可以更好地了 解污染物扩散和迁移规律，为环境保护提供科学依据。同 时，通过合理规划和设计流体流动系统，可以有效降低污 染物对环境的影响，保护生态环境。
04
流体流动的能量转换
能量的定义与分类
总结词
能量是物体做功的能力，可以分为机械能、热能、电能等。在流体力学中，主要关注的是机械能中的 动能和势能。
详细描述
能量是物体做功的能力，它有多种表现形式，如机械能、热能、电能等。在流体力学中，我们主要关 注的是机械能，它包括动能和势能两种形式。动能是流体运动所具有的能量，与流体的速度和质量有 关；势能则是由于流体所处位置而具有的能量。
流体流动噪声
流体流动过程中产生的噪声主要包括 机械噪声和流体动力噪声。机械噪声 主要由机械振动和摩擦引起，而流体 动力噪声主要由湍流和流体动力振动 引起。
噪声控制
为了减小流体流动产生的噪声，研究 者们提出了各种噪声控制方法，如改 变管道结构、添加消音器和改变流体 动力特性等。这些方法可以有效降低 流体流动产生的噪声。
流体力学(共64张PPT)
1) 柏努利方程式说明理想流体在管内做稳定流动，没有
外功参加时，任意截面上单位质量流体的总机械能即动能、
位能、静压能之和为一常数，用E表示。
即：1kg理想流体在各截面上的总机械能相等，但各种形式的机
械能却不一定相等，可以相互转换。
2) 对于实际流体，在管路内流动时，应满足：上游截面处的总机械能大于下游截面
p g 1z12 u 1 g 2W g ep g 2z22 u g 2 2g hf
JJ
kgm/s2
m N
流体输送机械对每牛顿流体所做的功
令
HeW ge,
Hf ghf
p g 1z12 u 1 g 2H ep g 2z22 ug 2 2 H f
静压头
位压头
动压头 泵的扬程（ 有效压头） 总压头
处的总机械能。
22
3)g式中z各、项 的2u 2物、理 意p 义处于g 某Z 个1 截u 2 1 面2上的p 1流 W 体e本 身g Z 所2具u 有2 22 的 能p 量2 ; hf
We和Σhf： 流体流动过程中所获得或消耗的能量〔能量损失〕;
We：输送设备对单位质量流体所做的有效功;
Ne：单位时间输送设备对流体所做的有效功，即有效功率;
u2 2
u22 2
u12 2
p v p 2 v 2 p 1 v 1
Ug Z 2 u2 pQ eW e
——稳定流动过程的总能量衡算式 18
UgZ 2 u2pQ eW e
2、流动系统的机械能衡算式——柏努利方程
1) 流动系统的机械能衡算式〔消去△U和Qe 〕
UQ'e vv12pdv热力学第一定律
26
五、柏努利方程应用
三种衡算基准
《流体力学基础知识》课件
流体抵抗剪切力的性质，粘性大小与流体的种类和温度有关。
流动模型
根据流体的粘性和流动特性，建立各种流动模型，如层流、湍流等。
06
流体力学在工程中的应用
流体输送与管道设计
总结词
流体输送与管道设计是流体力学在工程 中的重要应用之一，主要涉及流体在管 道中的流动规律和设计原则。
VS
详细描述
在工业生产和城市供水中，需要利用流体 力学的原理进行管道设计和流体输送，以 实现高效、低能耗的流体传输。管道设计 需要考虑流体的流速、压力、粘度等参数 ，以及管道的材质、直径、长度等因素， 以确保流体输送的稳定性和可靠性。
流体力学的发展历程
要点一
总结词
流体力学的发展历程及重要事件
要点二
详细描述
流体力学的发展历程可以追溯到古代，但直到17世纪才真 正开始形成独立的学科。在17世纪到20世纪期间，许多科 学家和工程师为流体力学的发展做出了重要贡献，如伯努 利、欧拉、斯托克斯等。随着科技的发展，流体力学在理 论和实践方面都取得了巨大的进步，为人类社会的进步和 发展做出了重要贡献。
3
流体流动的连续性原理
在流场中任取一元流管，流进和流出该元流的流 量相等。
流体流动的能量传递与转换
压力能传递
流体在流动过程中，压力能可以传递给其他流体 或转化为其他形式的能量。
动能转换
流体的动能可以转换为其他形式的能量，如压能 、热能等。
热能传递
流体在流动过程中，可以与周围介质进行热能交 换，实现热量的传递。
流体流动的阻力与损失
摩擦阻力
流体在管道中流动时，由于流体的粘性和管壁的粗糙度，会产生 摩擦阻力。
局部阻力
流体在通过管道中的阀门、弯头等局部构件时，会产生局部阻力。
第一章流体力学导论(讲义).
等温压缩率物理意义：衡量流体可压缩性，表示 在一定温度下压强增加一个单位时流体密度的相对增 加率。 由于 v 1 ，所以等温压缩率还可以表示为：
1 v T v p T
等温压缩率另一种物理意义：在一定温度下，压 强增加一个单位时流体体积的相对缩小率。
3）、辐射机理
电磁波范围极广，通常把波长为0.4～40μm范围 的电磁波称为热射线。热射线产生于物质的原子内部， 而引起这种运动的基本原因是物体本身温度。
4）、产生辐射传热的条件 当两个物体温度都在绝对零度以上而且有温差时， 高温物体辐射给低温物体的能量大于低温物体辐射给高 温物体的能量。总的效果是高温物体辐射给低温物体能 量。实验证明：只有当物体的温度大于400℃时，因辐 射而传递的能量才比较显著。
20世纪以来，数学与计算机科学的发展，为 通过仿真研究传热学和流体力学奠定了基础。例如： 利用分析软件分析航天器热量分布，从而为航天器 的隔热设计奠定了理论基础。利用仿真软件分析潜 器形状与受到流体阻力的关系，指导潜器等水下平 台的设计。
第二节 传热学与流体力学的理论基础
一、传热学的理论基础
1、热量传递三种基本形式：
v
v
1
表1.2
4）、流体可压缩性与热膨胀性 （1）可压缩性 : 在外力作用下，体积或密度可以改变的性 质。 （2）热膨胀性：温度改变时流体体积或密度可以改变的性 质。 对于单一组分的流体，密度随压强、温度的改变：
d dp dT T dp dT p T 1 T — 等温压缩率 p T
•
传热学的主要研究内容
传热学是研究热量传递规律的科学
流体力学辅导讲义
流 体 力 学 课 程 辅 导 材 料（电气工程师考前辅导班用）§0. 引言一、物质常见状态：固体、液体和气体。
液体和气体通称为流体。
二、流体——能够流动的物体，即具有流动性的物体。
流动性——在微小剪切力作用下会发生连续变形的特性。
§1. 流体的主要物理性质一、流体惯性：密度ρ——单位体积流体所具有的质量（kg/m 3）。
二、流体压缩性：流体密度（或体积）随着压强、温度的变化而变化的性质。
完全气体状态方程： T R p ρ= 或： VR m Tp =（1-1） 式中：R ——气体常数（N m/ kgK ），p ——流体的绝对压强（Pa 或N/m 2），T ——流体温度（K ），m ——流体质量（kg ），V ——流体体积（m 3）。
三、流体粘性：流体内部各流体微团之间发生相对运动时产生切向阻力（即内摩擦力或粘性力）的性质。
牛顿内摩擦定律： dyduAF μ= 或： dy du μτ= （1-2）式中：F ——切向阻力（N ），μ——流体动力粘度（Pa s ），A ——接触面积（m 2），u ——流体流动速度（m/s ），dydu ——速度梯度（1/s ）。
两块平行平板之间： hUAF μ= 或： h U μτ= （1-3）式中：h ——两板之间距离（m ），U —两板之间相对速度（m/s ）。
流体运动粘度公式： ρμν=（1-4） 式中：ν——流体运动粘度（m 2/s ）。
§2. 流体静力学 一、流体静压强特性：1．流体静压强的方向总是沿着作用面的内法线方向；2．流体静压强的大小与作用点的坐标位置有关，与作用面方位无关。
二、静力学基本方程式： c gpz =+ρ（常数） （2-1） 式中：z ——某点位置的高度（m ），g ——重力加速度（m/s 2）。
另一形式： gh p p ρ+=0 （2-2）式中：0p ——自由面上压强（Pa ），h ——淹深（m ）。
流体力学完整版课件全套ppt教程最新
取一微元正交六面体。
左侧面压力： 右侧面压力：
( p 1 p dx)dydz 2 x
( p 1 p dx)dydz 2 x
y
p 1 p dx 2 x
z
p 1 p dx 2 x
x
再考虑 x 轴方向的质量力，可列出 x 轴方向的平衡方程：
(p
1 2
p x
dx)dydz ( p
1 2
p x
ν× 106/ m2/s
1.792 1.007 0.661 0.477 0.367 0.296
空气
μ × 106/ Pa·s
ν× 106/ m2/s
17.09 18.08 19.04 19.97 20.88 21.75
13.20 15.00 16.90 18.80 20.90 23.00
§1.3 流体的物理性质
➢ 牛顿流体与非牛顿流体
牛顿流体； 塑性体； 伪塑性体； 宾汉体。
du dy
(du)n dy
du dy
(du)n
dy
0
du dy
➢ 粘性流体与理想流体
实际流体都具有粘性。理想流体就是忽略流体的粘性。
§1.3 流体的物理性质
1.3.4 液体的表面张力
➢ 表面ห้องสมุดไป่ตู้力现象演示
肥皂薄膜对棉线作用一个拉力。
温度/ K
291 291 293
σ× 103/ N/m
73 490 472
§1.3 流体的物理性质
➢ 表面张力产生的压差
由表面张力引起的液体自由表面两边 的附加压力差为：
p ( 1 1 ) R1 R2
➢ 毛细现象
当液体与固体接触时，如果液体分子 间的吸引力（内聚力）大于液体分子 和固体分子间的引力（附着力），则 液体抱成团与固体不浸润；当液体分 子内聚力小于附着力时，则液体就能 浸润固体表面。
流体力学讲义
第四章、 流體運動學（Fluid Kinematics ）流體動力學（fluid dynamics ）- 利用基本運動原理， F =ma ，以及力與加速度之觀念，描述流體運動。
流體運動學（fluid kinematics ）- 利用流體位置、速度、及加速度，描述流體運動，但不考慮力。
速度場（velocity field ）流體之位置、速度、加速度等，可以用流體粒子的運動表示之。
流體速度場：k t z y x w j t z y x v i t z y x u V),,,(),,,(),,,(++= （直角座標）z z r r e z r v e z r v e z r v V),,(),,(),,(θθθθθ++=（圓錐座標）dt r d V A A /=),,,(t z y x V V=∴， 2/1222)(w v u V V ++==加速度場： k t z y x a j t z y x a i t z y x a t z y x a a z y x),,,(),,,(),,,(),,,(++==壓力場： ),,,(t z y x P P = (此為純量)流體觀測法歐拉瑞恩（Eulerian ）及拉格蘭吉恩（Lagrangian ）流場描述法：歐拉瑞恩法 – 觀測者位於空間中固定一點，觀測流體之固定一點之運動與特性。
拉格蘭吉恩法 -觀測者置於流體粒子上，與流體一起流動，觀測流體之運動與特性。
例：如何描述下圖煙囪之煙？例：如何描述鳥類之遷移？加速度場（acceleration field ）問：不同觀測點（歐拉瑞恩（Eulerian ）及拉格蘭吉恩（Lagrangian ）流場描述法）觀測之加速度是否一樣？有何關係？歐拉瑞恩法觀測流場中固定一點，故其觀測之加速度只與時間有關，然拉格蘭吉恩法順著流體運動，故其觀測之加速度與時間、位置均有關，兩者觀測結果不同。
問：在穩定狀態（steady-state ）下，流體是否有加速度？ （例如水流過蓮蓬頭，在穩定狀態下，順流在水中之螞蟻感受到極大之加速度。
流体力学讲义-公共部分
流体力学基础要求：1、掌握流体的密度、相对密度、比容、压强、流量、流速、粘度的概念，表示方法；2、掌握绝对压力、相对压力、真空度的概念及相互关系；3、掌握流体静力学基本方程，稳定流动的连续性方程，伯努力方程，并能结合化工实际进行基本计算；4、了解阻力的概念与计算；5、了解流体流动类型及判断。
第一节基本概念一单位及单位换算1、国际单位：（1）基本单位长度（米）；时间（秒）；质量（千克）；温度（开尔文）；（2）辅助单位；（3）导出单位：力（牛顿）；压强（帕斯卡）；功、能、热（焦耳）；功率（瓦特）。
（4）构成十进倍数和分数单位的词头兆；千；分；厘；毫；微。
2、工程单位温度（摄氏度）；力（千克力）；能，热（千卡）。
3、单位换算20℃＝ K二、流体静力学基本概念1.密度：单位体积流体的质量称为流体的密度。
ρ＝ m / v 单位：kg/m3注意：⑴任何流体的密度都随温度和的压力的变化而变化。
液体的密度受压力的影响较小，可忽略。
温度升高，其密度下降。
气体的密度随温度和压力有很大的变化。
一般温度、压力下可按理想气体处理。
ρ＝ PM/RT⑵在选取密度数值时，一定要注意是哪个温度下的密度。
1．相对密度：流体在某温度ｔ下的密度与水在４℃时的密度之比，称为该流体在某温度ｔ下的相对密度。
d4t =ρt/ρ水4说明：相对密度无单位。
液体和气体的密度及相对密度一般随温度的升高而降低。
在同一温度下，流体的密度与相对密度在数值上的关系为：ρ＝ 1000d3.比容：流体单位质量的体积4．压力（压强）：垂直作用于单位流体面积上的力，称为流体的压力强度或流体静压力，简称压力或压强。
P = F / A单位： Pa＝ N/m21atm ＝ 101.3 kPa＝ 1.033 kgf/cm2＝ 760 mm Hg＝ 10.33 m H2O流体的压力除了可以用不同的单位来计量以外，还可以用不同的压力基准来表示（视基准而定）（1）绝压：以绝对零压作起点计算的压力，称为绝对压力，是流体的真实压力。
第一章 流体力学基础ppt课件(共105张PPT)
原
力〔垂直于作用面，记为 ii〕和两个切向 应力〔又称为剪应力，平行于作用面，记为
理
ij，i j），例如图中与z轴垂直的面上受
到的应力为 zz〔法向）、 zx和 zy〔切
电 向），它们的矢量和为：
子
课
件 τ zzix zjy zkz
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主题
西
1.1 概述
安
交 • 3 作用在流体上的力
大 化
子 课 件
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主题
西
1.2.3 静力学原理在压力和压力差测量上的应用
安
交
大 思索：若U形压差计安装在倾斜管路中，此时读数 R反
化 映了什么？
工 原
理 p1p2
p2
p1 z2
电 子
(0)gR(z2z1)g z1
课
R
件
A A’
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主题
西 1.2.3 静力学原理在压力和压力差测量上的应用
安
交 大
•
2．压差计
化 • （2〕双液柱压差计
p1
p2
工•
原•
理
电•
子•
课
件
又称微差压差计适用于压差较小的场合。
z1
1
z1
密度接近但不互溶的两种指示
液1和2 ， 1略小于 2 ；
R
扩p 大1 室p 内2 径与2 U 管1 内g 径之R 比应大于10 。 2
图 1-8 双 液 柱 压 差 计
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安
交 大
•
1．压力计
化 • （2〕U形压力计
pa
工 • 设U形管中指示液液面高度差为RA，1 指• 示液
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《流体力学》串讲课程介绍一、课程的设置、性质及特点《流体力学》课程是研究流体机械运动规律及其应用的科学，是力学的分支学科，是全国高等教育自学考试建筑工程专业必考的一门专业基础课。
本课程的学习目的在于使学生掌握流体运动的基本概念、基本理论和基本计算方法。
促使学生在掌握物理概念的基础上注重理论联系实际，具备对简单系统进行定性分析的能力，学以致用，为认识建筑工程与大气和水环境的关系，从事技术工作的适应能力和创新能力打下基础。
考试中的题型规范有序，试题难度降低，三大守恒定律贯穿考题，学员在学习的过程中要熟练掌握教材中典型的例题。
本课程的性质及特点：1．建筑工程专业的一门专业基础课，为后续专业课学习及实际应用打下了必要的基础；2．本课程的理论基础部分是前四章，分别是绪论、流体静力学、流体动力学基础、流动阻力和水头损失，其余各章是基础理论在各典型流动条件下的应用，分别是孔口、管嘴出流和有压管流、明渠流、堰流、渗流等，三大守恒定律贯穿整个教材。
二、教材的选用本课程所选用教材是全国高等教育自学考试指定教材，该书由刘鹤年教授主编，武汉大学出版社出版（2006版）。
三、章节体系1．本书可以从基础理论知识和各种典型流动条件的实际应用两方面来讲解：（1）基础理论知识介绍：第一章绪论（流体力学概述、作用在流体上的力及流体的主要物理性质）第二章流体静力学（静压强的特性、静压强的分布规律以及作用在平面上和作用曲面上的静水总压力的计算）第三章流体动力学基础（流体运动的描述、欧拉法的概念以及应用连续性方程、能量方程和动量方程分析计算总流运动）第四章流动阻力和水头损失（粘性流体的两种流态，及各自在管道或渠道内流动的阻力规律和水头损失的计算方法）（2）典型流动条件的实际应用：第五章孔口、管嘴出流和有压管流（孔口、管嘴出流和有压管流的水力特点，基本公式及水力计算，有压管流中的水击现象）第六章明渠流动（明渠流动的特点，明渠均匀流的水力计算和棱柱形渠道非均匀渐变流水面曲线分析）第七章堰流（堰流的水力特征，各种堰型的特点及水力计算）第八章渗流（渗流的基本概念及普通井和自流井的水力计算）最后一章是量纲分析和相似原理，要点是量纲和谐原理和量纲分析方法、相似准则及模型试验。
考情分析一、历年真题的分布情况（一）知识点分布从近几年真题试卷来看，考试内容覆盖了教材九章的全部内容。
单选题和填空题覆盖面最广，基本上每章都能涉及，主要依据知识点的可考性而定。
名词解释题主要是考查学生掌握基本概念的能力。
名词解释意在掌握教材中的典型概念。
简单应用题是对教材中简单的流动条件下的实际应用的计算和作图。
计算题每年出题的章节不一样，占有30%的分量，但主要是连续性方程、能量方程及动量方程解决典型流动条件下的实际应用。
从整体来看，教材9章内容知识点分布不均匀，重点章节也是考点最多的主要分布在第2章，第3章，第4章，第5章，第6章，第1章、第7章、第8章及第9章相对来说是知识点考查较少，计算大题不常见，但往年也涉及到。
结论：在全面阅读教材的基础上，掌握重点章节内容，着重掌握连续性方程、能量方程及动量方程解决典型流动条件下的实际应用。
（二）试题难度从试题难度来看，可以分为易、较易、较难和难四个等级。
试卷中不同难度试题的分数比例一般为2:3:3:2。
对于重点知识每年都会重复出现，只是以不同的形式，或者考查不同的内容。
虽然每年均有偏题出现，一般是属于课程涉及的较细的内容，但所占比例较低，属于正常情况。
总体而言，试题难度中等。
二、历年真题结构分析及答题技巧（一）单选题（10题×2分=20分）①基础理论知识（2011：1-4）例：4．输油管道直径为0.1m ，流动为层流状态，实测管轴流速0.8m/s ，通过的流量为（ ）A ．0.314L/sB ．0.628L/sC ．3.14L/sD ．6.28L/s【答案】C【解析】知道圆管中的层流运动，过流断面上流速呈抛物线分布，所以平均流速是最大流速的一半，公式A v Q ⋅=，答案是C 。
②典型流动条件的实际应用例：5．从水管末端突然关阀开始，水击波传播过程中，四个阶段的传播波依次是（ ） A ．增压、减压、减压、增压 B ．减压、增压、减压、增压 C ．增压、减压、增压、减压 D ．减压、增压、增压、减压 【答案】A【解析】有压管道中水击波的传播过程。
第一阶段，增压波从阀门向管道进口传播，处于增压状态； 第二阶段，减压波从管道进口向阀门传播，处于减压状态； 第三阶段，减压波从阀门向管道进口传播，处于减压状态； 第四阶段，增压波从管道进口向阀门传播，处于增压状态。
例：9．当堰上水头H =0.05～0.25m 时，顶角为90°的三角形薄壁堰的流量Q 与H 的关系是（ ） A.Q ∝ H 1.0 B.Q ∝ H 1.5 C.Q ∝ H 2.0 D.Q ∝ H 2.5【答案】D【解析】当用矩形薄壁堰量测流量时，为小流量时，堰上水头很小，不宜准确测量，需要采用三角形堰。
顶角︒=90θ，三角薄壁堰的流量可以按下式计算：当25.0~05.0=H 时，5.24.1HQ=当55.0~05.0=H 时，47.2343.1HQ =计算公式和宽顶堰一样。
单选题的解题技巧：要求考生能够对教材中的重要知识点诸如定义、基本概念、性质、主要公式、重要结论等有清晰准确的认识，并能做出正确的选择来解决此部分考题的问题。
（二）填空题（10题×2分=20分）更多的是性质、主要公式、重要结论的分析和简单计算的考核。
14．流体由直管流入断面很大的容器时，其局部水头损失系数ζ=___________。
【答案】1【解析】突然扩大管的局部水头损失系数：)1(211A A -=ξ或)1(122-=A Aξ，流体由管道流入很大的容器时，作为突然扩大管的特例，1=ξ17．水力最优梯形断面的水力半径R h 与水深h 的比值为____________。
【答案】1/2【解析】明渠均匀流中，在任何边坡系数m 的情况下，水力最优梯形断面的水力半径R h 为水深h 的一半。
填空题的解题技巧：结论，答题能否正确，关键还是对课程内容和基本概念的把握程度。
对教材中基本知识点把握，将教师提示的易考点掌握即可解决此难点。
（三）名词解释（5题，计15分）分布于大纲中需要领会、识记、简单应用和综合应用的内容； 24.简单管道【答案】沿程直径不变、流量也不变的管道称为简单管道。
【解析】P128,不仅要知道长管的定义，还要知道长管的水力计算，知道哪种现象属于长管。
（四）简答题（3题，计15分）简答题：更多的是来自于大纲第3章、第7章、第8章、第9章中的领会、识记、简单计算求流量和流速的题。
26．如图所示输水管经三通管分流。
已知管径分别为d 1=200mm 、d 2=100mm 和d 3=150mm,断面平均流速分别是v 1=2m/s 和v 2=1.5m/s ，试求断面平均流速v 3. 【答案】926m/s 【解析】该题考查的是流量的概念和连续性方程。
利用连续性方程A v Q ⋅=，又知并联管路中，321Q Q Q +=，即332211A v A v A v +=，圆管的面积42d π=A ，把已知条件带入上式得出926v 3=m/s 。
简单题的解题技巧：不要止步于听明白的阶段，还要善于理解情况下的归纳。
（五）计算题（3题×10分=30分）30.图示为压力输水管道的渐变段。
已知管道直径分别为d 1=1.5m ，d 2=1.0m ，压力表读数p M =300kPa ，流量Q =2.5m 3/s ，若不计水头损失，试求渐变段支座受到的轴向力。
解：根据已知条件，应用连续性方程，A v Q ⋅=，可以得出两个断面的流速为42.111≈=A Q v m/s ，2.322≈=A Q v m/s 。
取1-1，2-2断面列伯努利方程为：gv g p z g v g p z 222222221111αραρ++=++（其中021==z z ，121==αα）得到a kp p 89.2952=应用动量方程： 解出kN R x 15.293计算题的解题技巧：熟练掌握连续性方程、能量方程及动量方程。
每年的试卷都有此类计算大题，而且三大守恒方程贯穿整个教材和大纲，要明确透彻而且会分析应用。
要求多练习。
三、学习方法1.对这门课程学习之前要对教材浏览一遍，了解学习的大致内容及结构，以便在今后的学习工程中相互联系。
在学习时要做好笔记来加强记忆，还要积极思考，同时结合相关辅导书的练习题，做完题要注意分析总结，巩固所学的知识，考生一定要以考试大纲和教材作为学习的依据，掌握教材的知识点，从历年命题特点看，抓住教材是根本。
2. 合理安排复习时间，“趁热打铁”，当天学习的功课当天必须复习，要巩固复习，一定要克服不看书复习就做作业，把书当成工具书查阅的不良习惯。
广泛采用综合复习方法，即通过找出知识的左右关系和纵横之间的内在联系。
综合复习具体可分“三步走”：首先是统观全局，浏览全部内容，通过唤起回忆，初步形成完整的知识体系印象，其次是加深理解，对所学内容进行综合分析，最后是整理巩固。
3.最后把课本从头到尾精读三遍，遍布教材的每一个角落，甚至是认为不太重要的细节问题都是考点，进行识记，然后把重要的知识点在脑海中过滤一遍，争取做到“张口就来”，达到把书学薄，在学厚的境界。
内容串讲第一部分 理论基础知识（Ch1～4）第一章 绪论常见考点1.流体的基本特征2.流体的连续介质假设3.作用在流体上的力4.流体的主要物理性质第一节 流体力学及其任务1.流体的基本特性具有流动性，是流体区别固体的特征。
2.连续介质假设（考点1）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，这里所说的质点是指大小同所有流动空间的相比微不足道，又含有大量分子，具有一定质量的流体微元。
【例题·填空题】连续介质假设是（ ）【答案】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。
【解析】按照连续介质假设，流体中的物理量都可以视为空间坐标和时间变量的函数。
第二节 作用在流体上的力1.作用在流体上的力（考点2）： （1）表面力，分别是剪应力和压应力（2）质量力，重力是常见的质量力，惯性力也归为质量力。
单位质量力：mF f BB =如作用在流体上的质量力只有重力，此时单位质量力为g ，方向向下。
【例题·单选题】下列属于质量力的是（ ）A.剪切力B.压力C.重力D.表面张力【答案】C【解析】该题考查质量力包含的内容。
质量力，重力是常见的质量力，惯性力也归为质量力。
如作用在流体上的质量力只有重力，此时单位质量力为g ，方向向下。
第三节 流体的主要物理性质流体的主要物理性质包括：惯性，粘性及压缩性和膨胀性。