流体力学知识点总结38183

流体力学知识点总结 第一章 绪论1 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，流体在静止时不能承受剪应力。

2 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。

3 流体力学的研究方法：理论、数值、实验。

4 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法向应力切向应力（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：重力、惯性力、非惯性力、离心力）单位为5 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ΔFΔPΔTAΔAVτ法向应力周围流体作用的表面力切向应力A P p ∆∆=A T ∆∆=τAF A ∆∆=→∆lim 0δAPp A A ∆∆=→∆lim 0为A 点压应力，即A 点的压强 ATA ∆∆=→∆lim 0τ 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。

B F f m =u u vv 2m s 3/1000mkg =ρ3/2.1mkg =ρ牛顿内摩擦定律： 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。

即以应力表示τ—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） 粘度μ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，流体越粘，流动性越差。

运动粘度 单位：m2/s 同加速度的单位说明：1）气体的粘度不受压强影响，液体的粘度受压强影响也很小。

2）液体 T ↑ μ↓ 气体 T ↑ μ↑ 无黏性流体无粘性流体，是指无粘性即μ=0的液体。

无粘性液体实际上是不存在的，它只是一种对物性简化的力学模型。

（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 A 液体的压缩性和膨胀性液体的压缩性用压缩系数表示 压缩系数：在一定的温度下，压强增加单位P ，液体体积的相对减小值。

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。

к的单位是“1/Pa ”。

（平方米每牛）体积弹性模量K 是压缩系数的倒数，用K 表示，单位是“Pa ”液体的热膨胀系数：它表示在一定的压强下，温度增加1度，体积的相对增加率。

du T A dy μ=⋅dt dr dy du ⋅=⋅=μμτdu u dy h=ρμν=dPdV V dP V dV ⋅-=-=1/κρρκddP dV dP V K =-==1单位为“1/K ”或“1/℃”在一定压强下，体积的变化速度与温度成正比。

水的压缩系数和热膨胀系数都很小。

P 增大 水的压缩系数K 减小 T 升高 水的膨胀系数增大 B 气体的压缩性和膨胀性气体具有显着的可压缩性，一般情况下，常用气体（如空气、氮、氧、CO2等）的密度、压强和温度三者之间符合完全气体状态方程，即理想气体状态方程 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 。

适用范围：当气体在很高的压强，很低温度下，或接近于液态时，其不再适用。

第二章 流体静力学1 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。

流体平衡微分方程欧拉 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：2 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。

由等压面的这一性质，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，因重力的方向铅垂向下，可知等压面是水平面。

若重力之外还有其它质量力作用时，等压面是与质量力的合力正交的非水平面。

dTd dTdV VV ρρα⋅-=⋅=11RTP=ρ)/(8314R K Kg J M⋅=⎪⎪⎪⎭⎪⎪⎪⎬⎫=∂∂-=∂∂-=∂∂-010101z p Z y p Y x pX ρρρ)d d d (d z Z y Y x X p++=ρ0=⋅s d f ϖϖ3 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。

液体静力学方程三大意义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具有的位置势能，简称比位能，或单位位能或位置水头。

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，简称比压能或单位压能或压强水头。

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头。

4 压强的度量 绝对压强：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） 相对压强：以当地大气压为基准起算的压强，以符号p 表示。

（可正可负可为0）真空：当流体中某点的绝对压强小于大气压时， 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） 相对压强和绝对压强的关系绝对压强、相对压强、真空度之间的关系压强单位压强单位Pa N/m2 kPa kN/m2 mH2O mmHg at 换算关系98000 98 10 736 1 说明：计算时无特殊说明时液体均采用相对压强计算，气体一般选用绝对压强。

5 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。

测压管 C g p z =+ρghp z H g p p ρρ+=-+=00)(P0 P1P2 Z1Z2 a abs pp p -=)(P )(a abs a abs abs a p p p p p p p <-=--=-=νg ρp g ρp z +hp g ρ=00gh p ρ=)/(1A s L h =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压差计gah g p B 水水银ρρ-∆=1122gh gh p M ρρ--=1122ghgh p p M ρρν+=-=Ls A h =1θsin 2L h =θρθρsin sin gL KL L A s g p ≈=⎪⎭⎫⎝⎛+=hg ga p B ∆=+水银水ρρp ap 0Ah)(21h h p +=γpp p BB A A h h g p z g p z 6.12)()()(=-=+-+ρρρρρ例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：1∇1= 2∇=，3∇=，4∇=，A∇=5∇=。

试确定管中A点压强。

6 作用在平面上的静水总压力图算法（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。

图算法的步骤是：先绘出压强分布图，总压力的大小等于压强分布图的面积S，乘以受压面的宽度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。

经典例题一铅直矩形闸门，已知h1=1m，h2=2m，宽b=，求总压力及其作用点。

梯形形心坐标: a上底，b下底解：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：解析法总压力= 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平行移轴定理kPa6.274)15.16.02(8.91)126.08.1(8.96.13)()()()()()(4523432145432321=-+-⨯⨯--+-⨯⨯=∇-∇+∇-∇-∇-∇+∇-∇'=∇-∇-∇-∇'+∇-∇-∇-∇'=γγγγγγApghpρ=ApAghAygPccc==•=ραρsinAyIICCx2+=AyIyyCCCD+=经典例题 一铅直矩形闸门，已知h1=1m ，h2=2m ，宽b=，求总压力及其作用点。

7 作用在曲面上的静水压力二向曲面——具有平行母线的柱面 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。

铅垂分力合力的大小 合力的方向 PX = 受压平面形心点的压强 p c × 受压曲面在 yoz 轴上的投影 AZ PZ = 液体的容重γ×压力体的体积 V注明：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，该作用线与曲面的交点即为总压力的作用点压力体压力体分类：因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） 压力体叠加 ——对于水平投影重叠的曲面，分开界定压力体，然后相叠加，虚、实压力体重叠的部分相抵消。

潜体——全部浸入液体中的物体称为潜体，潜体表面是封闭曲曲。

浮体——部分浸入液体中的物体称为浮体。

第三章 流体动力学基础m17.26123212m 1121,m 2KN 84.5832807.9m 325.1m22/21432=+=⨯+======⨯⨯==⨯==+=D cc c c y bh I h y P A h 解： x c x c A p A gh •=•=ρx P αsind dP z A p =压力体gV ρ=22x P z P P +=xzP P =θtan1 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。