流体静力学流体动力学基础
流体动力学基础
流体动力学基础流体动力学是研究流体的运动规律和性质的科学，它是流体力学的分支之一，广泛应用于航空、航天、水力、能源等领域。
本文将介绍流体动力学的基础概念、基本方程以及常用方法。
一、流体动力学的基本概念1. 流体力学与流体静力学的区别流体力学研究流体在运动中的行为，包括流体的流动速度、压力、密度等参数的分布规律；而流体静力学则研究流体在静止状态下的平衡规律，主要关注流体的静压力和浮力等性质。
2. 流体的本构关系流体的本构关系描述了流体的应力与变形速率之间的关系。
常见的本构关系有牛顿黏性流体、非牛顿流体以及理想流体等。
3. 流体的运动描述流体的运动可以通过流体速度场来描述，流体速度场是空间中的矢量函数，它描述了流体的速度分布。
流体速度场的描述可以使用欧拉描述方法或者拉格朗日描述方法。
二、流体动力学的基本方程1. 连续性方程连续性方程描述了质量守恒的原理，即单位时间内通过某一截面的质量是恒定的。
对于稳定流动的不可压缩流体来说，连续性方程可表示为流体密度与速度之积在空间中的量级是恒定的。
2. 动量方程动量方程是描述质点运动定律的基本方程，对流体来说，动量方程体现了运动流体的动力学行为。
对于稳定流动的不可压缩流体来说，动量方程可表示为流体的密度乘以速度与压力梯度的叠加等于外力的结果。
3. 能量方程能量方程描述了热力学系统的能量守恒原则，对于流体来说，能量方程考虑了流体的流动对能量转移的影响，以及热源、做功所导致的能量变化。
三、流体动力学的常用方法1. 数值模拟方法数值模拟是流体动力学研究的重要工具，通过在计算机上建立流体动力学方程的数值解，可以模拟复杂流动现象，如湍流、多相流等。
2. 实验方法实验方法是流体动力学研究的另一重要手段，通过搭建实验平台，测量流体的压力、速度等参数，从而验证理论和数值模拟结果的准确性。
3. 理论分析方法理论分析方法是流体动力学研究中的基础，通过建立假设和推导数学表达式，可以得到流体动力学问题的解析解，为实验和数值模拟提供参考。
流体静力学和流体动力学的比较
流体静力学和流体动力学的比较流体静力学和流体动力学是研究流体行为的两个重要分支领域。
两者虽然都与流体有关，但在研究的对象、方法以及应用方面存在一些差异。
本文将对流体静力学和流体动力学进行比较，并探讨它们在不同领域中的应用。
一、流体静力学流体静力学是研究静止流体的力学性质和运动规律的学科。
它主要研究流体在静止状态下的压力、密度、体积和表面张力等特性，并运用压力定律和浮力原理等基本原理来解释流体的行为。
1. 定义：流体静力学是研究物质在静止状态下的压力和力的分布情况，即研究流体静力平衡的学科。
2. 基本原理：流体静力学基于压力定律和浮力原理。
根据压力定律，流体内部各点的压力相等；根据浮力原理，物体在液体中会受到向上的浮力，浮力的大小等于被液体排开的液体重量。
3. 应用：流体静力学在多个领域有着广泛的应用，如建筑工程中的水压力计算、水坝设计中的压力分析、气象学中的大气压强测量等。
二、流体动力学流体动力学是研究流体在运动状态下的力学性质和运动规律的学科。
它主要研究流体在受力作用下的流动、速度分布、压力变化等特性，并运用质量守恒定律、动量守恒定律和能量守恒定律等基本方程来描述和解释流体的行为。
1. 定义：流体动力学是研究流体力学问题中流体的粘性、压力、密度、流速、温度等物理量变化规律的学科。
2. 基本原理：流体动力学基于质量守恒定律、动量守恒定律和能量守恒定律。
质量守恒定律指出，流体以不可压缩或可压缩形式在闭合系统中质量保持不变；动量守恒定律表明，系统中受到的总力等于流体流出力和外力之和；能量守恒定律指出，流体在流动过程中能量的总和保持不变。
3. 应用：流体动力学在工程学、天文学、气象学等领域有广泛的应用。
例如，航空航天领域中的飞行器气动性能分析、地质学中的地下水流动模拟、化学工程中的流体混合与传热等。
流体静力学和流体动力学虽然在研究流体行为的过程中使用了不同的理论和方法，但二者之间也存在一定的联系和共性。
流体静力学与动力学基础知识
流体静力学与动力学基础知识流体静力学和动力学是物理学和工程学中的一个重要领域，广泛应用于海洋工程、水电工程、航空航天、生物医学等领域。
流体静力学研究流体在静止状态下的性质和分布规律，流体动力学研究流体在运动状态下的性质和规律，它们是密切相关的。
本文将介绍一些流体静力学和动力学的基础知识，以帮助读者更好地理解和应用这一领域的相关知识。
一、流体的基本性质流体是指物质可以自由流动的物质，包括液体和气体。
与固体相比，流体的特点是没有固定的形状和体积，可以流动。
流体的主要性质包括质量、密度、体积、压力、粘度、流速等。
其中，密度是指流体单位体积内的质量，单位为千克/立方米；粘度是指流体内摩擦作用的强弱程度，描述了流体内不同层之间的沿着流线运动的阻力大小；流速是指流体在单位时间内流过固定横截面的体积，单位为立方米/秒。
二、流体静力学流体静力学研究流体在静止状态下的性质和分布规律，主要涉及压力、压力力学、浮力、稳定性、流量等内容。
1. 压力压力是指流体对物体单位面积的压力，单位为帕斯卡（Pa）。
在静态流体中，压力在各个方向上是均匀的，因为静态流体在不受外力的情况下处于力平衡状态。
2. 压力力学压力力学是研究流体对物体受力以及物体对流体受力的力学。
在流体静力学中，最常见的问题之一是物体在静态流体中受力。
例如，在水中浸泡的物体所受的浮力与其重量相等。
当流体静止时，其所受压力的方向与物体表面垂直，并且受力大小与物体表面积成正比。
3. 浮力浮力是指物体在液体中所受的向上的力，其大小等于物体排开的液体重量。
按照阿基米德定律，浸入流体中的物体受到的浮力与其排开的流体体积成正比。
因此，在浸入流体中的物体受重力的同时，受到的浮力也会影响物体的平衡状态。
4. 稳定性稳定性是流体静力学中的重要概念，指流体在静止状态下是否处于稳定状态。
稳定状态是指流体不受外部干扰时保持的平衡状态。
例如，在液面上漂浮的物体处于平衡状态，任何外力作用都会破坏这种平衡状态。
流体力学基础-第三章-一维流体动力学基础
1Q1dt 2Q2dt
1. 微小流束连续性方程
1Q1 2Q2 11dA1 22dA2
对不可压缩流体：
1 2 , Q1 Q2 1dA1 2dA2
1. 微小流束连续性方程 推而广之，在全部流动的各个断面上：
Q1 Q2 ~ Q
拉格朗日法(Lagrange method)—“跟踪”法
拉格朗日法是将流场中每一流体质点作为研究对象， 研究每一个流体质点在运动过程中的位置、速度、加 速度及密度、重度、压强等物理量随时间的变化规律。 然后将所有质点的这些资料综合起来，便得到了整 个流体的运动规律。即将整个流体的运动看作许多流 体质点运动的总和。
d 2 4A d 4R d x
非圆形截面管道的当量直径 x
D 4A 4R x
R
关于湿周和水力半径的概念在非圆截面管道的水力计算中常常用到。
五、一维流动模型
一维流动： 流动参数是一个坐标的函数； 二维流动： 流动参数是两个坐标的函数； 三维流动： 流动参数是三个坐标的函数。
二维流动→一维流动
（1）（a,b,c）=const ，t 为变数，可以 得出某个指定质点在任意时刻所处的位置。 （2）（a,b,c）为变数，t =const，可以得 出某一瞬间不同质点在空间的分布情况。
流体质点速度为： x a，b，c，t
流体质点加速度为：
v x x a，b，c，t a x t t 2 v y 2 y a，b，c，t a y 2 t t vz 2 z a，b，c，t a z t 2 t
动方向的横断面, 如图中的 1-1，2-2 断面。又称为有效 截面，在流束中与各流线相垂直，在每一个微元流束的过 水断面上，各点的速度可认为是相同的。
第二章：液体流体力学
Fx 2 dFx 2 plr cos d 2 plr pAx
2 2
第一节：流体静力学基础
67-9
第二节 液体动力学基础
本节主要讨论液体的流动状态、运动规律及能量转换
等问题，具体地说主要有连续性方程、伯努利方程和动
量方程三个基本方程。这些都是液体动力学的基础及液 压传动中分析问题和设计计算的理论依据。 一、基本概念： 二、连续性方程：
第三节：液体流动时的压力损失
39-32
第三节：液体流动时的压力损失
39-33
二、沿程压力损失
液体在等径直管中流动时因粘性摩擦而产生的压力损
失，称为沿程压力损失。液体的流动状态不同，所产生
的沿程压力损失也有所不同。
第三节：液体流动时的压力损失
39-34
二、沿程压力损失
1、层流时的沿程压力损失
在管道内液体的层流压力损失分析： 1）取微圆柱体 2）液体压力与液体摩擦力受力平衡 3) 求得速度表达式 4）求得流量表达式
层流：液体质点互不干扰，液 体的流动呈线性或层状，且平 行于管道轴线。 紊流：液体质点的运动杂乱无 章，在沿管道流动时，除平行 于管道轴线的运动外，还存在 着剧烈的横向运动，液体质点 在流动中互相干扰。
第三节：液体流动时的压力损失
39-29
雷诺实验表明： 影响液体在圆形管道中的流动状态因素 管内的平均流速v； 管道的直径d； 液体的运动粘度ν 。 液体流动状态是由上述三个参数所确定雷诺 数Re，即：
理。
F p A
第一节：流体静力学基础
67-6
例：如图所示的两个相互连通的液压缸，已知大缸 内径D=100mm，小缸内径d=20mm，大活塞上放置的 物体所产生的重力为 F2 50000 N，试求在小活塞上 应施加多大的力 F1 才能使大活塞顶起重物。
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。
流体力学基础知识汇总
流体力学基础知识汇总流体力学是研究流体静力学和流体动力学的学科。
流体力学是物理学领域中的一个重要分支，广泛应用于工程学、地球科学、生物学等领域。
本文将从流体力学的基础知识出发，概述流体力学的相关内容。
一、流体静力学流体静力学研究的是静止的流体以及受力平衡的流体。
静止的流体不受外力作用时，其内部各点的压力相等。
根据帕斯卡定律，压强在静止的流体中均匀分布。
流体静力学的重要概念包括压强、压力、密度等。
压强是单位面积上受到的力的大小，而压力是单位面积上受到的力的大小和方向。
密度是单位体积内质量的多少，与流体的压力和温度有关。
二、流体动力学流体动力学研究的是流体在受力作用下的运动规律。
流体动力学的重要概念包括流速、流量、雷诺数等。
流速是单位时间内流体通过某一截面的体积。
流速与流量之间存在着直接的关系，流量等于流速乘以截面积。
雷诺数是描述流体流动状态的无量纲参数，用于判断流体流动的稳定性和不稳定性。
三、伯努利定律伯努利定律是流体力学中的一个重要定律，描述了流体在沿流线方向上的压力、速度和高度之间的关系。
根据伯努利定律，当流体在流动过程中速度增加时，压力会降低；当流体在流动过程中速度减小时，压力会增加。
伯努利定律在飞行、航海、液压等领域有着重要的应用。
四、黏性流体黏性流体是指在流动过程中会发生内部层滑动的流体。
黏性流体的流动过程受到黏性力的影响，黏性力会导致流体的内部发生剪切变形。
黏性流体的流动规律可以通过纳维-斯托克斯方程来描述。
黏性流体在润滑、液体运输、地质勘探等领域有着广泛的应用。
五、边界层边界层是指在流体与固体表面接触的区域，流体的速度在边界层内逐渐从0增加到与远离表面的流体速度相等。
边界层的存在会导致流体的阻力增加。
研究边界层的特性可以帮助理解流体与固体的相互作用，对于设计高效的流体系统具有重要意义。
流体力学是研究流体静力学和流体动力学的学科。
流体力学的基础知识包括流体静力学、流体动力学、伯努利定律、黏性流体和边界层等内容。
流体力学基础概念
流体力学基础概念流体力学是研究流体力学基本定律和原理的学科，其应用范围广泛，涉及到液体和气体在各种情况下的运动和相互作用。
本文将介绍流体力学的一些基本概念。
1. 流体的定义和性质流体是一种不具有固定形状且易于流动的物质。
流体可以分为液体和气体两种形态。
液体具有固定体积和无固定形状，而气体既没有固定体积也没有固定形状。
流体的运动方式可以通过流速和流动状态来描述，流速是指流体通过单位面积的流量，流动状态则可以是层流或湍流。
2. 流体静力学流体静力学研究的是静止的流体，并通过介质的密度和压强来描述流体的性质。
根据帕斯卡定律，压强在静止的液体或气体中传递，压强与深度成正比。
通过计算流体的压强分布，我们可以推导静止流体的性质和行为。
3. 流体动力学流体动力学关注的是流体的动力学行为，即研究流体在运动中的性质。
流体动力学是流体力学的核心内容，包括流体的速度分布、流体的质量和动量守恒定律以及能量守恒等。
4. 流体的速度分布流体在运动中速度不均匀分布，速度分布可以通过流速和流速剖面来描述。
流速是单位时间内流过某个截面的流体体积，而流速剖面则是垂直于流动方向的速度分布图。
根据流速剖面的形状，我们可以判断流体的流动状态，例如层流或湍流。
5. 流体的质量守恒定律质量守恒定律是流体力学的基本定律之一，它指出在闭合系统中，在单位时间内通过一个截面的流体质量保持不变。
这意味着流体在任何截面上的流入质量等于流出质量。
6. 流体的动量守恒定律动量守恒定律是另一个重要的流体力学定律，它描述了流体在流动中动量的守恒。
根据动量守恒定律，流体单位时间内通过截面的动量变化等于外力对流体单位时间内的作用力。
7. 流体的能量守恒定律能量守恒定律是流体力学中的关键定律，它涉及到流体内部和流体与外界的能量转换。
能量守恒定律可以用来推导流体在流动中的压力、速度和高度之间的关系。
研究流体力学的基本概念是理解流体行为和应用流体力学原理的基础。
通过深入研究流体力学基础概念，我们可以更好地理解和解释流体在各种工程和自然环境中的运动与相互作用。
流体动力学基础习题答案
流体动力学基础习题答案流体动力学基础习题答案一、流体静力学1. 压力是流体静力学中的重要概念。
它定义为单位面积上的力的大小，可以用公式P = F/A表示，其中P表示压力，F表示作用在面积A上的力。
2. 流体静力学中的另一个重要概念是压强。
压强定义为单位面积上的压力大小，可以用公式P = F/A表示，其中P表示压强，F表示作用在面积A上的力。
3. 流体静力学中的重要定理之一是帕斯卡定律。
帕斯卡定律指出，在静止的流体中，任何一个点的压力改变都会传递到整个流体中。
这意味着，如果在一个封闭容器中施加了压力，那么容器中的每一个点都会受到相同大小的压力。
4. 流体静力学中的另一个重要定理是阿基米德原理。
阿基米德原理指出，浸没在流体中的物体所受到的浮力等于物体排开的流体的重量。
这一原理解释了为什么物体在浸没在流体中时会浮起来。
二、流体动力学1. 流体动力学是研究流体在运动状态下的行为和性质的学科。
与流体静力学不同，流体动力学关注的是流体在运动中的力学特性。
2. 流体动力学中的重要概念之一是流速。
流速定义为流体通过某一点的体积流量除以通过该点的横截面积。
可以用公式v = Q/A表示，其中v表示流速，Q表示体积流量，A表示横截面积。
3. 流体动力学中的另一个重要概念是雷诺数。
雷诺数定义为流体的惯性力与黏性力的比值。
雷诺数越大，流体的惯性力相对于黏性力越大，流体的流动趋向于湍流；雷诺数越小，流体的惯性力相对于黏性力越小，流体的流动趋向于层流。
4. 流体动力学中的伯努利定理是一个重要的定理。
伯努利定理指出，在不可压缩、黏性、稳定的流体中，沿着流线的总能量保持不变。
这一定理解释了为什么飞机的机翼能够产生升力，以及水管中的水流速度和压力之间的关系。
三、流体力学习题答案1. 问题：一个直径为0.1米的管道中的水流速度为2米/秒，求水流的体积流量。
解答：体积流量可以用公式Q = Av表示，其中Q表示体积流量，A表示横截面积，v表示流速。
液体静力学、动力学基础
F1
π 2 π d p1 ( D 2 d 2 ) p2 4 4
2）压力p2向下作用在阀心平面上的面积为 πD2/4，则阀心受到的向下作用力为：
π 2 F2 D p2 4
high-technical institute of Shanghai Dian Ji University
上海电机学院高职学院
液压传动
第二章 液压传动基础
Part 2.2.4 静压力对固体壁面的作用力
静止液体和固体壁面相接触时，固体壁面将受到由液体静压所产 生的作用力 。 当固体壁面为一平面时，作用在该面上压力的方向是相互平行 的，故静压力作用在固体壁面上的总力F等于压力P与承压面积A的 乘积，且作用方向垂直于承压表面，即：
根据度量基准的不同，压力有两 种表示方法：以绝对零压力作为 基准所表示的压力，称为绝对压 力；以当地大气压力为基准所表 示的压力，称为相对压力。绝对 压力与相对压力之间的关系如图 2-5所示。绝大多数测压仪表因 其外部均受大气压力作用，所以 仪表指示的压力是相对压力。今 后，如不特别指明，液压传动中 所提到的压力均为相对压力。
真空度=大气压力－绝对压力
(2-24）
high-technical institute of Shanghai Dian Ji University
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液压传动
第二章 液压传动基础
例1-2 图2-6所示为一充满油液的容器，如作用在活塞上的力为 F=1000N，活塞面积A=1×10－3m2，忽略活塞的质量。试问活塞 下方深度为h=0.5m处的压力等于多少？油液的密度ρ=900kg/m3 。
流体力学流体动力学基础例题
5
2024/10/12
6
【例】 有一贮水装置如图所示，贮水池足够大，当阀 门关闭时，压强计读数为2.8个大气压强。而当将阀门全 开，水从管中流出时，压强计读数是0.6个大气压强，试 求当水管直径d=12cm时，通过出口的体积流量(不计流动 损失)。
【解】 当阀门全开时列1-l、2-2截面的伯努利方程
当阀门关闭时，根据压强计的读数，应用流体静力学基本
试求管中流量qv。
【解】 首先计算1-1断面管路中心的压强。因为A-B为
等压面，列等压面方程得： Hg gh p1 gh1
p1 Hg gh gh1
则
p1
g
Hg
h h1
13.6 0.2 0.72 2
(mH2O)
列1-1和2-2断面的伯努利方程
z1
p1
g
V12 2g
z2
p2
g
V22 2g
H pa 0 0 pa 0.6 pa V22
g
g
2g
2024/10/12
1
方程求出Ｈ值
pa gH pa 2.8 pa则H 2.8 pa
g
2.8 98060 9806
28(mH 2O)
代入到上式
V2
2g
H
0.6 pa g
29.8062.8 0.698060 20.78（m/s）
9806
所以管内流量
qV
4
d
2V2
0.785 0.122 20.78 0.235（m3/s）
2024/10/12
2
2024/10/12
3
【例】 水流通过如图所示管路流入大气，已知：Ｕ形
测压管中水银柱高差Δh=0.2m，h1=0.72m H2O，管径
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。
流体力学基本知识
μ=
τ
du / dy 单位： PaS
•运动粘度 动力粘度与密度之比值，没 有明确的物理意义,但是工程实 际中常用的物理量。
ν=
μ
ρ
单位：m2/s, cSt 1 m 2 /s =10 6 cSt
对同一种介质，其运动粘度新旧牌号对比如下表所 示：
压力的概念
压力的分布 压力的表示 压力的传递 压力的计算
压力的概念
静止液体在单位面积上所受的法向力称为静 压力。 F p lim （ΔA→0） A 0 A 液体静压力的特性： 若在液体的面积A上所 液体静压力垂直 受的作用力F为均匀分布 于承压面，方向为该 时，静压力可表示为： 面内法线方向。 p=F/A 液体内任一点所 液体静压力在物理学上 受的静压力在各个方 称为压强，工程实际应用 向上都相等。 中习惯称为压力。
β1β2-动量修正系数，湍流=1，层流=4/3
例题：阀芯打开时受力分析
1.液体受力
Fx=ρq(β2v2cos90–β1v1cosθ)
取β1=1
则 Fx=–ρqβ1v1cosθ 2.阀芯受力
F'x=–Fx=ρqβ1v1cosθ
指向使阀芯关闭的方向
第四节 液体流动时的压力损失
由于流动液体具有粘性，以及流动时突然转弯或 通过阀口会产生撞击和旋涡，因此液体流动时必然 会产生阻力。为了克服阻力，流动液体会损耗一部 分能量，这种能量损失可用液体的压力损失来表示。 压力损失即是伯努利方程中的hw项。 压力损失由沿程压力损失和局部压力损失两部分 组成。液流在管道中流动时的压力损失和液流运动 状态有关。 流态、雷诺数 沿程压力损失 局部压力损失 总压力损失
1流体力学基本知识
（kg/m3）
密度： 单位体积的质量称为流体的密度
（N/m3）
容重： 单位体积的重量称为流体的密度
二、流体的流动性和粘滞性
流体在运动状态时，由于流体各层的流速不同，就会在流层 粘滞性： 间产生阻滞相对运动和剪切变形的内摩擦力，称为粘滞力也 称粘滞性。
u ν0 = y h
作业:
1、名词解释： 压缩性、膨胀性、密度、容重、黏滞性、流体静压力的基本特性、流量。 压缩性、膨胀性、密度、容重、黏滞性、流体静压力的基本特性、流量。 2、写出流体的柏努利方程，并解释各部分意义。 写出流体的柏努利方程，并解释各部分意义。 3、如图判断压力的大小 4、判断图 中，A—A（a、b、c 、d），B—B，E—E是否为等压面，并说 判断图2中 是否为等压面， 明理由。 明理由。 5、如图3，液体1和液体3的密度相等，ρ1g=ρ3g=8.14 kN/m3，液体2的 如图3 液体1和液体3的密度相等， 1g=ρ = =ρ3g kN/m3，液体2 2g=133.3kN/m3。已知：h1=16cm，h2=8cm，h3=12cm。（ 。（1 ρ2g=133.3kN/m3。已知：h1=16cm，h2=8cm，h3=12cm。（1）当 pB=68950Pa时，pA等于多少?（2）当pA=137900Pa时，且大气压力计 pB=68950Pa时 pA等于多少 等于多少? pA=137900Pa时 的读数为95976Pa时 点的表压力为多少? 的读数为95976Pa时，求B点的表压力为多少?
qv = ∫∫ v cos(v , x)dA
A
有效截面： 有效截面：
qv = ∫∫ vdA
A
3.平均流速： 3.平均流速：流经有效截 平均流速 面的体积流量除以有效截 面积而得到的商
第三讲 流体动力学基础
流体静压力矢量： F= -∫ApdAn
三、 流体静压力的两个重要特性。 1、流体静压力的方向总是沿受作用面法线方向。
2、平衡流体内任一点处的静压强的数值与其作用 面的方向无关，它只是该点空间坐标的函数。
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§2-2 流体的平衡微分方程（欧拉平衡微分方程）
1 p f z
1、流量 单位时间内通过某一过流断面的流体量。体积流量qv或Q表示，质量流量 qm 。 qv vdA v A 体积流量（m3/s）： A
质量流量（kg/s）：
qm ρ vdA ρv A
A
2、净通量 在流场中取整个封闭曲面作为控制面，封闭曲面内的空间称为控制体。 流过全部封闭控制面A的流量称为净流量，或净通量。
动量修正系数是无量纲数，它的大小取决于总流过水断面的流速分布， 分布越均匀，β 值越小，越接近于1.0。
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层流流速分布
湍流流速分布
断面流速分布 圆管层流 圆管紊流 旋转抛物面 对数规律
动能修正系数
动量修正系数 β =4/3 β =1.02~1.05
=2.0 =1.05~1.1
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§3-3 连续方程式（一元流动）
绝对真空 p=0
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第三章
流体动力学基础
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3-1描述流体运动的两种方法
流体运动实际上就是大量流体质点运动的总和。
描述流体的运动参数在流场中各个不同空间位置上随时 间 连续变化的规律。
拉格朗日法（Lagrange）：流体质点 着眼点不同
跟踪追迹法
欧拉法（ Euler）：空间 设立观察站法
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一、 拉格朗日法与质点系
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流线的性质：
1. 在某一时刻，过某一空间点只有一条流线。流线不能 相交，不能突然转折。三种例外： 驻点 相切点
1.2 流体静力学
∂p − − ρg = 0 ∂z
∂p ∂p − =0 ∂x ∂p − =0 ∂y
（1） ）
同理，在x，y轴上的表面力（无重力）分别为
x轴 轴 y轴 轴 2） （ 2） （3） ）
将式（1）（2）及（3）分别乘以dz、dx和dy并相加得
∂p ∂p ∂p dx + dy + dz = −ρgdz ∂x ∂y ∂z
21:00:02
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常用的量度单位有哪些？
国际标准单位：直接按压强的定义表示，N/m Pa， 国际标准单位：直接按压强的定义表示，N/m2，Pa， 工程上也用其他计量单位kgf/cm bar为压强单位。 工程上也用其他计量单位kgf/cm2、bar为压强单位。 换算关系：见P11 换算关系：见P11 表1.6 1kgf/cm2＝9.8×104Pa 9.8× 1bar＝ 1bar＝105Pa 间接地以某种流体柱高度h 间接地以某种流体柱高度h表示压强 注意：用液柱高度表示压力时，必须指明流体的 种类， 如600mmHg，10mH2O等。 600mmHg， 以大气压作为计量单位 atm（标准大气压） atm（标准大气压） at（工程大气压） at（工程大气压）
PA和PA’又分别可用流体 静力学方程表示 设大气压为P 设大气压为 a
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P = P + ρ油gh1 + ρ水gh2 A a
P = ρ水gh + P a
' A
∵P = P A A
'
∴P + ρ 油gh + ρ水gh2 = P + ρ水gh a 1 a
800×0.7+1000×0.6 =1000h
液柱式测压计分析解决方法
流体性质和流体静力学基础
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。
解题步骤：
① 选择正确的等压面。选择等压面是解决问题的关键， 根据等压面的条件，选择包含已知条件和未知量的符合 条件的水平面为等压面，一般选在两种液体的分界面或 气液分界面上。 ② 根据具体情况，列出每个等压面的压力表达式，从而 把等压面压力与已知点压力、未知点压力联系起来。 ③ 令等压面压力相等，得到求解未知点压力的方程式。 ④ 解此方程计算未知压力。注意单位的换算。
U形管压差计
（3）倾斜式微压计
在测定较小压力（或压差）时，为了提高测量精度， 可以采用斜式微压计，如图8-14所示。微压计一般用于测 量气体压力，测量时容器A要与被测点处相连，测压管B 与水平方向夹角为。 改变倾角或测量介质密度，可以提高测量精度
例8-5 对于压力较高的密封容器，为了增加量程，可以采用复式水银压差计，如图8-15所示。已知测压管中各液面的相对高度为h121.3m，h340.8m，h541.7m。压差计内的指示液为水银，其密度为13600kg/m3。试求容器水面上的表压力。水的密度为1000 kg/m3。
流体性质和流体静力学基础
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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。
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有明确记载的最早的流体力学原理是在公元前250年， 希腊数学家及力学家阿基米德（Archimedes）发表
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了一篇“论浮体”的论文，提出了浮体定律，这是流体力 学的第一部著作。由于奴隶制、神权和宗教观念的束缚， 直到15世纪文艺复兴时期，尚未形成系统的理论。16世纪 以后，在欧洲由于封建制度的崩溃，资本主义开始萌芽， 生产力有了发展。在城市建设、航海和机械工业发展需要 的推动下，逐步形成近代的自然科学，流体力学也随之得 到发展。意大利的达·芬奇(Vinci，L. da)是文艺复兴时期 出类拔萃的美术家、科学家兼工程师，他倡导用实验方法 了解水流性态，并通过实验描绘和讨论了许多水力现象， 如自由射流、旋涡形成原理等等。1612年伽利略（Galilei） 提出了潜体的沉浮原理；1643年托里拆利(Torricelli，E．) 给出了孔口泄流的公式；1650年帕斯卡(Pascal，B．)提
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液体或气体界面处，不仅研究相互之间的作用力，而且还 需要研究它们之间的传热、传质规律。
工程流体力学是研究流体（液体、气体）处于平衡状 态和流动状态时的运动规律及其在工程技术领域中的应用。
流体力学的基础理论由三部分组成。一是流体处于平 衡状态时，各种作用在流体上的力之间关系的理论，称为 流体静力学；二是流体处于流动状态时，作用在流体上的 力和流动之间关系的理论，称为流体动力学；三是气体处 于高速流动状态时，气体的运动规律的理论，称为气体动 力学。工程流体力学的研究范畴是将流体流动作为宏观机 械运动进行研究，而不是研究流体的微观分子运动，因而
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流体力学作为一门独立的学科，同其他自然科学一样 是人类为了满足自身生活和生产的需要，在认识与改造自 然的斗争中，随着实践经验的不断积累，技术与知识水平 的不断提高才形成和发展起来的，有着漫长的发展历程。 其发展既依赖于科学实验和生产实践，又受到许多社会因 素的影响。我国是世界上三大文明古国之一，有着悠久的 历史和灿烂的文化，由于生产发展的需要，远在两三千年
以前，古代劳动人民就利用孔口出流的原理发明了刻漏、
铜壶滴漏（西汉时期的计时工具）。同时又发明了水磨、 水碾等。在唐代以前，我国就出现了水轮翻车，宋元时代 出现的水轮大纺车比英国早四五百年(英国在1796年发明)。 北宋时期，在运河上修建的真州复闸，与14世纪末在荷兰 出现的同类船闸相比约早300多年。清朝雍正年
• 东北电力学院流体力学教研室的张玲、李岩、孙斌 也审阅了书稿，提出了修改意见，在此一并表示感 谢！
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目 录
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第一章 导 论 第二章 流体静力学 第三章 流体动力学基础
第四章 不可压缩流体的有旋流动和二维无旋流动
第五章 不可压缩流体二维边界层概述 第六章 黏性流体的一维定常流动 第七章 气体一维高速流动
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第一–1 流体力学的任务及发展状况 §1–2 流体的特征和连续介质假设
§1–3 流体主要的物理性质 §1–4 作用在流体上的
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第一节 流体力学的任务及发展概况
流体力学是一门基础性很强和应用性很广的学科，是力 学的一个重要分支。它的研究对象随着生产的需要与科学 的发展在不断地更新、深化和扩大。60年代以前，它主要 围绕航空、航天、大气、海洋、航运、水利和各种管路系 统等方面，研究流体运动中的动量传递问题，即局限于研 究流体的运动规律，和它与固体、液体或大气界面之间的 相互作用力问题。60年代以后，能源、环境保护、化工和 石油等领域中的流体力学问题逐渐受到重视，这类问题的 特征是：尺寸小、速度低，并在流体运动过程中存在传热、 传质现象。这样，流体力学除了研究流体的运动规律以外， 还要研究它的传热、传质规律。同样，在固体、液
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在流体动力学部分主要研究流体的质量守恒、动量守恒和 能量守恒及转换等基本规律。
流体力学在工程技术中有着广泛的应用。在能源、化 工、环保、机械、建筑（给排水、暖通）等工程技术领域 的设计、施工和运行等方面都涉及到流体力学问题。不同
工程技术领域的流体力学问题有各自不同的特点，概括起 来主要有三种不同流动形式：一是有压管流，如流体在管 道中的流动；二是绕流，如流体在流体机械中绕过翼型的 流动；三是射流，如流体从孔口或管嘴喷出的流动。流体 力学就是要具体地研究流体流动形式中的速度分布、压力 分布、能量损失，以及流体同固体之间的相互作用，同时 也要研究流体平衡的条件。
前言
• 工程流体力学是一门重要的专业基础课程，该课程 的目的是为了学习专业课以及从事技术工作提供必 要的基础理论和实践技能．
• 本教材由东北电力学院博士生导师周云龙教授和洪 文鹏副教授合编．导论，第一、四、六章和第七章 中的第一、二、三节以及流体力学词汇英汉对照由 周云龙编写．
前言
• 第二、三、五章和第七章中的第四、五节由洪文鹏 编写．全书最后由周云龙教授统稿．华北电力大学 博士生导师王松岭教授任主审．王松 岭教授对书 稿逐字逐句进行了认真的审阅，提出了许多宝贵的 意见和建议，使本教材的质量得以提高，在此表示 衷心感谢！
内容简介
• 全书共分七章，内容包括导论、流体静力学、流体 动力学基础、不可压缩流体的有旋流动和二维无旋 流动、不可压缩流体二维边界层概述、黏性流体的 一维定常流动和气体一维高速流动．各章均附有一 定数量的例题、复习思考题、习题和英文习题．附 录中列出了流体力学词汇（部分）英汉对照．
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适用范围
• 本书为高等学校自动化专业以及相近专业的工程流 体力学课程的教材，也可做为热能与动力工程，建 筑环境与设备工程，土木工程，环境工程，轻化工 程等专业的少学时工程流体力学课程教材．同时可 作为高等函授热能与动力类专业的教材及工厂和设 计部门中有关工程技术人员的参考书．
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间，何梦瑶在《算迪》一书中提出了流量为过水断面上平 均流速乘以过水断面面积的计算方法。我国在防止水患、 兴修水利方面也有着悠久的历史。相传4000多年前的大禹 治水，就表明我国古代进行过大规模的防洪工作。在公元 前256年至前210年间修建的都江堰、郑国渠和灵渠三大 水利工程，两千多年来效益卓著。以上都说明了我国劳动 人民的聪明智慧，当时对流体流动规律的认识已达到相当 高的水平。14世纪以前，我国的科学技术在世界上是处于 领先地位的。但是，近几百年来由于闭关锁国使我国的科 学得不到应有的发展，以致在流体力学方面由古代的领先