流体力学基本原理
流体力学的基本原理
流体力学的基本原理引言流体力学是研究流体运动规律和性质的学科。
它是物理学的一个重要分支，广泛应用于工程、天气预报、海洋科学等领域。
本文将介绍流体力学的基本原理，包括流体的性质、运动方程和流体力学的应用等内容。
流体的性质流体是一种特殊的物质状态，其主要特点是能够流动而不保持固定的形状。
流体包括液体和气体两种形态。
液体具有一定的体积，可被容器所约束；而气体则没有固定的体积，在给定的容器中可自由膨胀和收缩。
流体具有一些独特的性质，如压力、密度、粘性等，这些性质对于流体力学的研究至关重要。
压力压力是流体力学中一个重要的物理量，它定义为单位面积上的垂直力的大小。
在静止的流体中，压力是均匀分布的；而在运动的流体中，压力的分布则会随着速度的变化而改变。
压力可以用公式 $P = \\frac{F}{A}$ 来计算，其中P为压力，F为垂直力，A为垂直面积。
密度密度是流体的另一个重要性质，它定义为单位体积中的质量。
密度的大小与流体的分子结构和温度有关。
一般来说，液体的密度比气体的密度要大。
密度可以用公式 $\\rho = \\frac{m}{V}$ 来计算，其中 $\\rho$ 为密度，m为质量，V为体积。
粘性粘性是流体的一种特性，它决定了流体流动的阻力大小。
一般来说，液体的粘性比气体的粘性要大。
粘性的大小与流体的温度有关，温度越高，流体的粘性越小。
粘性可以用公式 $\\mu = \\frac{F}{A \\cdot v}$ 来计算，其中 $\\mu$ 为粘性，F为垂直力，A为垂直面积，v为速度。
流体运动方程流体运动方程描述了流体在运动中的行为。
它包括质量守恒方程、动量守恒方程和能量守恒方程。
质量守恒方程质量守恒方程是描述流体质量守恒的基本原理。
它表达了流体质量在空间和时间上的守恒。
在不考虑流体流动的交换作用时，质量守恒方程可以简化为以下形式：$$ \\frac{\\partial \\rho}{\\partial t} + \ abla \\cdot (\\rho \\mathbf{v}) = 0 $$其中 $\\rho$ 为密度，t为时间，$\\mathbf{v}$ 为速度矢量。
流体力学与液压传动
流体力学与液压传动流体力学是研究流体静力学和流体动力学的学科，涉及液体和气体在静止和流动状态下的力学行为。
而液压传动则是利用流体进行能量传递和控制的一种技术。
本文将介绍流体力学的基本原理、液压传动的应用及其在工程领域中的意义。
一、流体力学基本原理流体力学主要研究流体的运动规律和压力分布等基本性质。
在流体力学中，流体可以分为不可压缩流体和可压缩流体两类。
不可压缩流体通常指液体，如水、油等；可压缩流体则主要指气体。
在流体力学中，最基本的方程为连续性方程、动量方程和能量方程。
其中，连续性方程描述了流体在运动过程中质量守恒的关系；动量方程描述了流体受到外力作用时的运动规律；能量方程则研究了流体能量的变化。
二、液压传动的应用液压传动利用液体在封闭管路中传递能量，实现机械运动的控制和传递。
液压传动广泛应用于各种机械设备中，如农业机械、工程机械、船舶、飞机等。
液压传动具有传动效率高、可靠性强、运动平稳等优点。
液压传动系统由液压泵、液压阀、液压缸等组成。
通过液压泵将液压油压入系统，并由液压阀进行分配和控制，最终驱动液压缸进行工作。
液压传动通过调节液压阀的开启和关闭，以及控制液压泵的转速来实现对机械设备的精确控制。
三、液压传动在工程领域中的意义液压传动在工程领域中具有广泛的应用价值。
首先，液压传动能够实现大功率输出，满足重载工况下的需求。
其次，液压传动具有可靠性高的特点，适用于各种恶劣的工作环境。
此外，液压传动还具有灵活性强、动作平稳等优点，能够满足复杂工况下的控制要求。
在工程领域中，液压传动广泛应用于起重机械、挖掘机、注塑机、铁路设备等大型机械设备中。
液压传动不仅能够提高机械设备的工作效率，还能够降低设备的能耗和噪声，提升整体的操作性能。
总结：流体力学和液压传动是现代工程领域中重要的学科和技术。
流体力学研究了流体的运动规律和性质，为液压传动提供了理论基础。
液压传动利用流体进行能量传递和控制，应用广泛且具有重要意义。
流体力学课件 第3章流体运动的基本原理
u u (x, y,z, t )
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二、流场描述
1、迹线：某一质点在某一时段内的运动轨迹曲线。
例： 烟火、火箭、流星、子弹等轨迹线。。。。。
（1）拉格朗日法迹线方程
x x（a，b，c，t） y y（a，b，c，t）
z z（a，b，c，t）
消去参数t并给定（a，b，c）即得相应质点的迹线方 程。
说明：
*（a,b,c）=const, t为变数，可得某个指定质点在任意时刻
所处的位臵，上式即迹线方程； *（a,b,c）为变数,对应时刻 t可以得出某一瞬间不同质点 在空间的分布情况。
3、拉格朗日法的速度与加速度方程
（ 1） 流速方 程
x ux ； t y uy ； t z uz t 均为（a，b，c，t）的函数。
第三章 流体运动的基本原理
静止只是流体的一种特殊的存在形态，运动 或流动是流体更为普遍的存在形态，也更能反映 流体的本质特征。 本章主要讨论流体的运动特征（速度、加速 度等）和流体运动的描述方法，流体连续性方程、 动量守恒及能量守恒方程是研究流体运动的基础。
1
第一节、流体运动的描述方法
一、拉格朗日法（lj）
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（2）欧拉法迹线方程 若质点P在时间dt内从A点运
Z
A
B
动到B点，则质点移动速度为：
u dr dt
O
Y
得迹线方程:
dx dy dz dt ux uy uz
2、流线
表示某一瞬时流体各点流动 趋势的曲线，其上任一点的切线 方向与该点流速方向重合。即同 一时刻不同质点的速度方向线。
根据行列式的性质，有：
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流线微分方程
dx dy dz u x u y uz
流体力学的三大实验原理
流体力学的三大实验原理流体力学是研究流体运动和流体力学性质的学科，是物理学的一个重要分支。
在流体力学的研究中，实验是一种重要的方法，通过实验可以观察流体的行为，并验证理论模型的有效性。
以下将介绍流体力学的三大实验原理。
第一大实验原理是质量守恒定律，也称为连续性方程。
它表达了在流体中质量的守恒性质，即单位时间内通过某一截面的质量流量保持不变。
具体而言，对于稳定不可压缩流体，该方程可以表示为：∮ρv·dA = 0其中，∮表示对闭合曲面取积分，ρ是流体的密度，v是流体的速度，dA是曲面的面积元素。
该方程说明了流体在运动过程中质量的连续性，即入口处的质量流量等于出口处的质量流量。
通过实验可以验证这一原理，例如使用水流经过一个管道，在入口处和出口处分别测量流体的质量流量，验证质量守恒定律的成立。
第二大实验原理是动量守恒定律，也称为动量方程。
动量守恒定律表达了流体中动量的守恒性质，即单位时间内通过某一截面的动量流量保持不变。
对于稳定不可压缩流体，动量守恒定律可以表示为：∮(ρv⋅v)·dA = -∮pdA + ∮τ·dA + ∮ρg·dV其中，p是流体的压强，τ是流体的切应力，g是重力加速度，dV是体积元素。
该方程说明了流体在运动过程中动量的守恒性，即流体的动量增加或减少必然伴随着外力的作用或者压强的变化。
通过实验可以验证动量守恒定律，例如通过测量流体经过一个管道时的压强变化以及受到的外力，验证动量守恒定律的成立。
第三大实验原理是能量守恒定律，也称为能量方程。
能量守恒定律表达了流体中能量的守恒性质，即单位时间内通过某一截面的能量流量保持不变。
对于稳定不可压缩流体，能量守恒定律可以表示为：∮(ρv⋅v+pg)·dA = ∮(τ⋅v)·dA + ∮q·dA + ∮ρg·h·dA其中，q是流体的热流量，h是流体的高度。
该方程说明了流体在运动过程中能量的守恒性，即流体的能量增加或减少必然伴随着外界对流体的做功或者热量的输入。
流体力学分析
流体力学分析流体力学是研究流体运动规律和性质的学科。
它在工程学、物理学和地球科学等领域具有广泛的应用。
本文将通过对流体力学的分析，讨论其基本原理、应用领域以及未来发展方向。
一、基本原理流体力学的研究对象是流体，包括液体和气体。
它的研究方法主要基于质量守恒、动量守恒和能量守恒的原理。
其中，质量守恒原理指的是流体在流动过程中质量不会发生净变化；动量守恒原理是指流体在受力作用下动量守恒；能量守恒原理是指流体在流动过程中总能量守恒。
二、应用领域1. 工程领域：流体力学在工程学中具有广泛的应用，如水力学、空气动力学、船舶流体力学等。
在建筑工程中，流体力学的应用可以帮助工程师设计和优化建筑物的结构以及减小气流和液流的阻力，提高建筑物的性能和安全。
此外，流体力学还应用于石油工程、化工工程、环境工程等领域，用于解决与流体流动相关的问题。
2. 物理学领域：流体力学在物理学研究中也扮演着重要角色，尤其是在研究高速流动、湍流以及物质传输等方面。
通过对流体的力学性质进行研究，可以帮助物理学家深入理解流体流动的规律和特性。
3. 地球科学领域：地球科学研究中的一些现象和过程也与流体力学有关。
例如，大气环流、地球内部流体运动等都需要用到流体力学的原理来进行分析和解释。
流体力学在地球科学领域的应用有助于我们对自然界中流体运动的了解，并为预测和防灾减灾提供依据。
三、未来发展方向随着科学技术的不断进步，流体力学也在不断发展。
未来，我们可以预见以下几个发展方向：1. 高精度计算模拟：随着计算机性能的不断提升，我们可以使用更精确的计算模拟方法对流体力学问题进行求解。
这将有助于提高流体力学模型的准确性和可靠性，为实际工程问题的解决提供更好的支持。
2. 新材料与纳米尺度流体力学：随着纳米科技的迅速发展，纳米尺度流体力学作为一个新的研究领域逐渐崭露头角。
未来，研究人员将继续深入探索纳米尺度下流体的特性和行为，进一步挖掘纳米流体力学的应用潜力。
工程流体力学的基本原理与应用
工程流体力学的基本原理与应用工程流体力学是研究液体和气体在静力学和动力学条件下的行为的学科。
它主要涉及流体的力学性质、运动规律以及它们在工程领域中的应用。
本文将从基本原理和应用两个方面来探讨工程流体力学的相关内容。
一、基本原理1. 流体的基本特性流体力学研究的对象是流体，流体包括液体和气体。
与固体不同，流体具有自由流动的性质。
流体具有自由度高、形状可变、受力传递范围广的特点。
2. 流体静力学流体静力学研究的是液体和气体在静止状态下的力学性质。
根据帕斯卡定律，液体和气体在封闭的容器中均能均匀传递压力。
此外，液体的静力学基本性质还包括压力、密度、浮力等。
3. 流体流动的基本方程流体流动的基本方程包括连续方程、动量方程和能量方程。
连续方程描述了质量守恒原理，即单位时间内流入控制体的质量等于单位时间内流出控制体的质量。
动量方程描述了流体运动的动力学原理，以牛顿第二定律为基础。
能量方程则描述了能量在流体中的转化和传递过程。
4. 流体流动的特性流体流动的特性主要包括速度场、压力场和摩擦阻力。
速度场描述了流体各点的速度分布情况，压力场描述了流体各点的压力分布情况。
摩擦阻力是流体流动中由于黏性而产生的流体内部阻碍流动的力。
二、应用领域1. 管道工程工程流体力学在管道工程中的应用非常广泛。
通过对管道流体的运动状态和力学特性的分析，可以优化管道的设计和运行。
例如，可以通过流体力学计算来确定管道的直径、流速、压力以及阀门和泵的选型。
2. 水利工程在水利工程中，工程流体力学可用于分析水流对坝体、堤坝和其他水工结构的稳定性和抗冲刷性能。
利用流体力学原理，可以计算水流对结构的压力分布，从而进行结构的抗击冲和渗流的设计。
3. 船舶工程船舶行进在水中液体流动中，流体力学是一个重要的研究领域。
工程流体力学可以被用于分析舰船的水动力特性，如阻力、浮力和稳定性等，以提高船舶的设计和性能。
4. 风洞实验工程流体力学在风洞实验中的应用是为了研究空气流动对飞行器、建筑物和汽车等的影响。
流体力学的基本原理
流体力学的基本原理流体力学是研究流体运动和应力的物理学科，它对各种流体现象的研究和分析具有重要意义。
流体力学的基本原理包括连续性方程、纳维-斯托克斯方程和质量守恒定律等。
下面将详细介绍这些基本原理。
首先，连续性方程是流体力学的基本原理之一。
连续性方程表达了流体运动中质点的数密度随时间和空间的变化。
它描述了流体在运动过程中连续性的基本规律，即单位时间内通过表面单元的流体质量变化等于流体在该表面单元内积累的流体质量。
数学上，连续性方程可以表示为∂ρ/∂t + ∇•(ρv) = 0，其中ρ为流体的密度，t为时间，v为流体的速度，∇•为散度算子。
这个方程描述了流体的连续性及其在空间和时间上的变化规律。
其次，纳维-斯托克斯方程是流体力学的另一个基本原理。
它描述了流体运动中流体的速度场和压力场之间的关系。
纳维-斯托克斯方程可以表示为ρ(∂v/∂t +v •∇v) = -∇p + μ∇的v + f，在这个方程中，ρ为流体的密度，v为流体的速度，p为流体的压力，μ为流体的粘度，f为体积力。
这个方程描述了流体在外力作用下的运动规律，是研究流体运动的基本方程。
最后，质量守恒定律是流体力学的另一个重要原理。
质量守恒定律是指在一个封闭的系统中，质量是不会减少或增加的，即质量是守恒的。
在流体运动中，质量守恒定律表达了流体的质量在时间和空间上的守恒性。
数学上，质量守恒定律可以表示为∂ρ/∂t + ∇•(ρv) = 0。
这个方程描述了流体在运动过程中其质量是守恒的，在空间和时间上的变化规律。
除了这些基本原理外，流体力学还涉及到涡量、旋度、势流、流函数等概念，这些概念都是流体力学研究的基础。
涡量描述了流体运动中流线的旋转程度，它是刻画流体旋转运动特性的重要物理量。
旋度是矢量场的一个运算符，它描述了矢量场在空间中的旋转特性。
势流和流函数是描述流体运动的数学工具，它们可以简化纳维-斯托克斯方程的求解过程，是分析流体运动的常用方法。
流体力学原理
流体力学原理流体力学是研究流体运动行为及其相关现象的学科，它是应用数学、物理和工程学的交叉学科。
流体力学原理揭示了流体在不同条件下的运动规律，为工程设计和科学研究提供了重要的理论基础。
一、流体力学基本概念流体力学研究的对象是流体，流体是指可以流动的物质。
流体力学包括两个基本分支：流体静力学和流体动力学。
流体静力学是研究流体在静止状态下的力学性质，如压力分布和浮力等；而流体动力学则研究流体在运动状态下的力学性质，如速度分布、流量和阻力等。
二、连续性方程连续性方程是流体力学的基本方程之一，它描述了流体在运动过程中的质量守恒定律。
根据连续性方程，单位时间内通过截面的流体质量的净变化量等于该截面上流体质量的进出差。
三、动量方程动量方程是流体动力学中最重要的方程之一，它描述了流体在运动过程中的动量守恒定律。
动量方程可以分为欧拉动量方程和纳维-斯托克斯动量方程两种形式，前者用于描述非粘性流体，后者适用于粘性流体。
四、能量方程能量方程描述了流体在运动中的能量守恒定律，它将流体的动能、压力能和内能等能量形式统一起来。
能量方程考虑了流体的热力学性质和内能的变化，对于流体在不同条件下的温度和压力变化提供了理论依据。
五、伯努利方程伯努利方程是流体力学中的经典方程，它描述了理想流体在定常流动过程中沿流线的能量守恒。
根据伯努利方程，流体在速度增加的地方压力会减小，而速度减小的地方压力会增加。
伯努利方程在流体力学中具有广泛的应用，特别是在液体流体力学和气体流体力学领域。
六、边界层理论边界层理论是流体力学中的重要理论之一，它研究了流体在固体物体表面附近的流动行为。
边界层可以分为层流边界层和湍流边界层，其中湍流边界层对于阻力和热传导的研究具有重要意义。
七、流体的控制方程流体力学的控制方程包括质量守恒方程、动量守恒方程和能量守恒方程。
这些方程可以应用于不同条件下的流体运动问题，如内部流动、外流、压缩流动和回流等。
八、应用领域流体力学的理论和方法广泛应用于许多领域，包括航空航天、化工、能源、环境工程、地球科学和生物医学工程等。
流体力学原理及应用
流体力学原理及应用流体力学是研究流体静力学、流体动力学和流体力学应用等方面的分支学科。
流体力学是最广泛应用的力学学科之一，涉及多个工程学科的研究，如船舶工程、车辆工程、建筑工程、机械工程、能源工程等，对人们的生产生活产生着深远的影响。
本文将从流体力学的基本概念、流体力学原理及应用等方面进行论述。
一、流体力学的基本概念1. 流体：流体是指在受外力作用下能够发生变形和流动的连续介质。
流体的分类如下：- 液体：具有一定的体积和形状，易受压缩性的影响。
- 气体：无一定的形状，容易受到外界的压缩。
- 纯流体：不可压缩的流体，如水和空气等。
2. 流动：流动是指流体在空间中运动的过程。
流动可以分为稳定流动和非稳定流动。
稳定流动是指流体各点的速度、压力、密度等物理量随时间保持不变的流动状态；非稳定流动是指这些物理量随时间、位置的变化而发生变化的流动状态。
3. 流体的物理量：流体的物理量有密度、体积、质量、速度和流量等。
其中，密度表示单位体积的流体所具有的质量；体积则是流体所占用的三维空间的大小；流量是单位时间内通过某一截面的体积。
二、流体力学原理1. 流体静力学：流体静力学研究流体在静止状态下的属性，如压力、密度、体积的分布规律等。
它是流体力学的基础，涉及流体的基本参数，如重力、静压力、表面张力等。
2. 流体动力学：流体动力学是研究流体在运动状态下的性质和特征，如流体的速度、加速度、压力、密度扰动等。
其基本思想是将流体看作是复杂的能量转化系统，在一定的边界条件和外力作用下，通过对质量、动量和能量方程的分析，揭示流体运动的基本规律。
3. 流体力学应用：流体力学应用是将理论和技术手段融合起来化为实际生产力的过程，是流体力学的重要领域，涉及到多个行业的研究，如注塑成型、化工及生物医药、航空航天、交通运输等。
流体力学的应用领域较广，其中最常见有以下三个领域：- 工程流体力学：研究工程流体中运动状态的变化规律，如流体力学模拟、液压传动系统、混沌与控制等。
流体力学的基本概念与原理
流体力学的基本概念与原理引言：流体力学是研究流体运动规律的学科，涉及广泛且应用领域广泛。
本文将介绍流体力学的基本概念与原理，包括流体、流体静力学、流体动力学以及相关应用等方面的内容。
一、流体的基本特性流体是指能够流动的物质，主要包括液态流体和气态流体。
相较于固体，流体具有以下基本特性：1. 流动性：流体能够在物体表面滑动或流动。
2. 不可压缩性：理想流体在正常条件下几乎不可压缩，而实际流体也只在极高压力下才会发生明显的压缩。
3. 连续性：流体不存在间断，可以填充空间。
4. 流体内部分子间力的相对较小：流体分子间的相互作用力相对较弱，以致于在外力作用下，流体分子会相对较快地改变位置。
二、流体静力学流体静力学研究的是处于静止状态的流体，主要涉及以下概念与原理：1. 压强：压强是流体对单位面积上的压力。
根据帕斯卡原理，流体中的压强在各个方向上都是相等的。
2. 大气压：大气压是指大气对物体单位面积上的压力，通常用标准大气压作为基准。
3. 浮力：根据阿基米德原理，浸在液体中的物体会受到一个向上的浮力，其大小等于物体排斥液体的重量。
4. 斯托克斯定律：斯托克斯定律描述了粘性流体中小球的受力情况，根据该定律，小球的阻力与小球半径、流体黏度以及小球速度有关。
三、流体动力学流体动力学研究的是流体在运动过程中的行为，主要涉及以下概念与原理：1. 流速与流量：流速是单位时间内通过某个截面的流体体积，流量是单位时间内通过某个截面的流体质量或体积。
2. 流体动能：流体动能是流体由于运动而具有的能量，与流体的质量和速度有关。
3. 费诺特定律：费诺特定律是描述粘性流体内摩擦力与流速梯度之间关系的定律，根据该定律，粘性流体内部存在着滑动摩擦和黏滞摩擦。
4. 贝努利定律：贝努利定律描述了在不可压缩、稳定流动的流体中，沿着流线速度增大的地方，压强会减小；反之，速度减小的地方，压强会增大。
四、流体力学的应用流体力学的研究内容和应用广泛，常见的应用领域包括但不限于：1. 水力学：研究水的流动、水耗等问题，广泛应用于水利工程、水电站等领域。
流体力学的原理和应用
流体力学的原理和应用1. 引言流体力学是研究液体和气体在静止和运动状态下的力学性质和行为的学科，广泛应用于各个领域，包括工程学、物理学、地球科学等。
本文将介绍流体力学的基本原理和其应用领域。
2. 流体力学的基本原理2.1 流体的特性•流体的定义：流体是指能够流动的物质，包括液体和气体。
•流体的基本性质：流体具有无固定形状、自由流动的特性。
•流体的连续性：流体在空间中任意一点的速度和压力都是连续变化的，满足连续性方程。
2.2 流体的运动描述•欧拉方法：将流体视为无数质点的集合，通过描述流体质点的运动状态来表示流体的运动。
•拉格朗日方法：跟踪单个质点的位置和速度来描述流体的运动。
2.3 流体静力学•流体的静力学平衡：当流体处于静止状态时，各个部分之间的压力是相等的，满足帕斯卡定律。
•压强与深度的关系：在同一密度的流体中，压强随深度增加而增加。
•浮力与浸没物体的关系：当物体浸没在流体中时，流体对物体所施加的浮力等于物体排开的流体体积的重力。
2.4 流体动力学•流体的动力学平衡：当流体处于运动状态时，流体中各个部分所受到的压力、惯性力和重力之和为零，满足动量守恒定律。
•流体的流速场和流线：流速场描述了流体在空间中的运动情况，流线是流速场的切线。
•质量流率和体积流率：质量流率表示单位时间内流体通过某一截面的质量，体积流率表示单位时间内流体通过某一截面的体积。
•能量守恒和伯努利方程：能量守恒原理描述了流体的总能量在流动过程中是守恒的，伯努利方程表示了流体在不同位置的动能、压力和势能之间的关系。
3. 流体力学的应用领域3.1 工程学中的应用•水力学：研究涉及水的流动、压力和力学性质的工程问题，如水坝设计、水力发电等。
•空气动力学：研究涉及空气流动、气动力学和飞行器设计等工程问题，如飞机设计、汽车空气动力学等。
•管道流动：研究涉及液体或气体在管道内流动的问题，如管道系统的设计和优化。
•流体力学模拟：利用数值模拟方法对流体力学问题进行计算和分析，如数值模拟气候变化、海浪运动等。
流体力学基本原理
2、影响因素：温度和压力 （1）液体 —
认为不可压缩的流体，与压力无关，温度升 高，密度降低。
（3）混合物的密度
1）液体混合物的密度ρm
取1kg液体，令液体混合物中各组分的质量分率分别为 :
xwA、xwB、? 、xwn,
其中xwi
?
mi m总
当m总 ? 1 kg时，xwi ? mi
第一章
流体流动
概述
一．连续介质模型
把流体视为由无数个 流体微团（或流体
质点） 所组成，这些流体微团紧密接触，
u
彼此没有间隙。这就是连续介质模型。
流体微团（或流体质点）：
宏观上足够小，以致于可以将其看成一个几何上没有 维度的点；
同时微观上足够大，它里面包含着许许多多的分子， 其行为已经表现出大量分子的统计学性质。
二 、流体的特性 1、流动性,流体不能承受拉力； 2、没有固定形状，形状随容器而变； 3、流体流动—外力作用的结果； 4、连续性（除高度真空情况）。 5、压缩性
可压缩性流体—气体 不可压缩性流体—液体
三、流体所受到的力
流
体
所
受
的???表质力面量
力 力
如重力、离心力等，属 于非接触性的力。
?法向力 ??切向力
假设混合后总体积不变，
V总 ?
xwA
?1
?
xwB
?2
??
?
xwn
?n
?
m总
?m
?
1
?m
?
xwA
?1
?
xwB
?2
??
?
xwn
?n
——液体混合物密度计算式
2) 气体混合物的密度
流体力学的基本原理
流体力学的基本原理
流体力学的基本原理包括质量守恒、动量守恒和能量守恒。
质量守恒原理指的是在一个封闭系统中，流体的质量是不会增加也不会减少的。
这意味着进入系统的质量流量必须等于离开系统的质量流量。
动量守恒原理描述了流体在运动过程中动量的改变情况。
根据牛顿第二定律，流体受到的力会引起其运动状态的改变，流体的动量与作用力成正比。
因此，当流体受到外力作用时，其动量将发生改变。
能量守恒原理表明在流体运动过程中，能量的总量是保持不变的。
能量可以以不同的形式存在，例如压力能、动能和内能等。
在流体运动过程中，这些能量之间可以相互转化或转移，但其总和始终保持不变。
这些基本原理构成了流体力学的基础，通过应用这些原理可以解释和预测流体在各种条件下的行为，例如液流、气流以及流体与固体的相互作用等。
流体力学的研究对于科学、工程和技术等领域都具有重要的意义。
流体力学的基本原理与应用导论
流体力学的基本原理与应用导论一、引言流体力学是研究流体运动规律的科学，广泛应用于各个领域，如航空航天、能源、环境工程等。
本文将介绍流体力学的基本原理及其在实际应用中的导论。
二、流体力学的基本原理1. 流体的性质流体力学研究的对象是流体，流体包括液体和气体。
与固体不同，流体具有流动性和变形性。
流体的性质包括密度、粘度、压力等。
2. 流体运动的描述流体力学通过速度场和压力场来描述流体运动。
速度场描述了流体各点的速度分布情况，压力场则描述了流体各点的压力分布情况。
3. 流体运动的基本方程流体力学的基本方程包括质量守恒方程、动量守恒方程和能量守恒方程。
质量守恒方程描述了流体质量的守恒性，动量守恒方程描述了流体动量的守恒性，能量守恒方程描述了流体能量的守恒性。
4. 流体力学的数学模型为了研究流体力学问题，需要建立相应的数学模型。
常用的数学模型包括欧拉方程和纳维-斯托克斯方程。
欧拉方程适用于描述无粘流体的运动，纳维-斯托克斯方程适用于描述有粘流体的运动。
三、流体力学的应用导论1. 空气动力学空气动力学是流体力学在航空航天领域的应用之一。
通过研究空气的流动规律，可以设计出更加优良的飞行器和航空器件。
空气动力学还可以应用于风洞实验和气动力学模拟。
2. 水力学水力学是流体力学在水利工程领域的应用之一。
通过研究水的流动规律，可以设计出更加高效的水利工程设施，如水电站、水闸等。
水力学还可以应用于水资源管理和水灾防治。
3. 石油工程石油工程是流体力学在能源领域的应用之一。
通过研究油气的流动规律，可以优化石油开采过程，提高石油采收率。
石油工程还可以应用于石油储运和油气田开发。
4. 环境工程环境工程是流体力学在环境保护领域的应用之一。
通过研究空气和水的流动规律，可以优化环境治理方案，减少污染物排放和扩散。
环境工程还可以应用于水污染防治和大气污染控制。
四、结论流体力学是一门重要的学科，它研究了流体运动的基本原理，并在各个领域得到广泛应用。
流体力学基本原理
流体力学基本原理流体力学是研究流体运动规律和流体力学特性的科学领域。
它涉及到众多的概念和原理，这些基本原理给我们提供了了解流体力学现象的基础，以及解决与流体有关的问题的工具。
在本文中，我们将简要介绍流体力学的基本原理。
1. 连续方程连续方程是描述流体运动过程中质量守恒的一个基本原理。
它表明在一个控制体内，流体通过的质量流率与质量的变化率成正比。
这个原理是由质量守恒定律导出的，可以用数学形式表示为：∂ρ/∂t + ∇·(ρv) = 0其中，ρ是流体的密度，∂ρ/∂t是密度的变化率，v是流体的速度矢量，∇·(ρv)是速度矢量的散度。
这个方程的解可以揭示流体的质量分布和运动规律。
2. 动量方程动量方程是描述流体运动过程中动量守恒的一个基本原理。
它表明控制体内的动量变化率等于作用在控制体上的合外力。
它可以用数学形式表示为：ρ(Dv/Dt) = ∇·σ + ρg其中，ρ是流体的密度，Dv/Dt是速度变化率，∇·σ是应力张量的散度，g是重力加速度。
这个方程的解可以揭示流体的速度分布和运动规律。
3. 能量方程能量方程是描述流体运动过程中能量守恒的一个基本原理。
它表明控制体内的能量变化率等于作用在控制体上的热力功和各种能量转化的总和。
它可以用数学形式表示为：ρ(De/Dt) = -∇·q + σ·∇v + ρv·g其中，ρ是流体的密度，De/Dt是能量变化率，∇·q是热通量的散度，σ是应力张量，v是速度矢量，g是重力加速度。
这个方程的解可以揭示流体的能量分布和能量转化规律。
4. 流体静力学流体静力学是研究静止流体的力学特性的分支领域。
它基于牛顿第二定律，通过平衡方程研究流体静态的力学平衡情况。
其中包括了静压力和浮力的计算。
流体静力学的基本原理是静力学定律和平衡方程。
5. 流体的流动类型在流体力学中，流体的流动可以分为层流和紊流两种类型。
流体力学的基本原理压力密度与流速
流体力学的基本原理压力密度与流速流体力学的基本原理——压力密度与流速压力密度和流速是流体力学中的两个重要概念，它们与流体的性质以及流体在运动中所处的状态密切相关。
本文将对压力密度和流速的基本原理进行探讨。
一、压力密度的定义和特性压力密度是指单位面积上受到的正压力的大小，通常用符号p表示，其单位为帕斯卡（Pa）。
在流体力学中，我们将流体视为由无数微小粒子组成，并假设每个微小粒子都受到了来自其他粒子的压力作用。
根据压力定义，压力可以表示为单位面积上垂直于该面的力的大小。
因此，压力密度p可以表示为：p = F / A其中，F为受到的压力力，A为单位面积。
根据流体力学的假设，我们可以将压力密度理解为单位体积内所受到的力的大小。
压力密度与流体的性质有关。
对于理想气体，根据理想气体状态方程，可以推导出：p = ρRT其中，ρ为气体的密度，R为气体常数，T为温度。
这个式子表明，压力密度与气体的密度、温度有关。
二、流速的定义和性质流速是指流体单元通过单位截面积所需时间的倒数，通常用符号v表示，其单位为米每秒（m/s）。
流速是描述流体运动快慢的重要指标，它与压力密度以及流体所处的状态密切相关。
根据流体力学的基本原理，我们可以假设在某一截面上，单位时间内进入该截面的流体物质质量等于单位时间内流出该截面的流体物质质量。
根据这个原理，我们可以推导出质量守恒方程：ρ1A1v1 = ρ2A2v2其中，ρ1和ρ2分别表示两个截面处的流体密度，A1和A2分别表示两个截面的面积，v1和v2分别表示两个截面上的流速。
这个方程可以帮助我们理解流速在不同截面上的变化规律。
流速的变化可能导致压力的变化。
根据伯努利方程，对于无粘性、不可压缩和定常的流体，可以得到以下关系：p + ρgh + 1/2ρv^2 = 常数其中，p为压力，ρ为密度，g为重力加速度，h为高度，v为流速。
这个方程表明，当流速增大时，压力相应减小，反之亦然。
这就是为什么水流速越大，压力越小的原因。
理论力学中的流体力学基本原理
理论力学中的流体力学基本原理流体力学是理论力学的重要分支之一，研究液体和气体在静力学和动力学条件下的行为和性质。
本文将介绍流体力学中的基本原理，包括流体静力学和流体动力学两个方面。
一、流体静力学基本原理流体静力学研究的是静止状态下的流体行为和性质。
在此我们主要讨论流体压强和流体静力学定律两个方面。
1. 流体压强流体压强是流体静力学中的一个重要概念，它与液体的密度和高度有关。
当液体位于重力场中时，液体的某一点上受到的压强等于液体的重力与液面上方液体的压强之和。
这可以由流体的静力学平衡方程推导得出。
2. 流体静力学定律流体静力学定律是流体静力学的基本原理之一。
根据这一原理，当流体处于静止平衡状态时，压强在流体内任意两点之间的差等于液柱的重力。
二、流体动力学基本原理流体动力学研究的是流体在运动状态下的行为和性质。
在此我们主要讨论流体的运动方程和伯努利定律。
1. 流体的运动方程流体的运动方程描述了流体在运动过程中的变化规律。
它包括质量守恒方程、动量守恒方程和能量守恒方程三个方面。
这些方程可以用偏微分方程的形式表示，并可以根据不同的具体情况进行简化。
2. 伯努利定律伯努利定律是流体动力学中的一条重要定律，描述了在定常流动条件下，沿着流线的速度、压强和位能密度之间的关系。
根据伯努利定律，当流体在一条流线上加速时，其压强将降低，而当流体在一条流线上减速时，其压强将增加。
三、应用和研究领域流体力学的基本原理在实际应用和科学研究中具有广泛的应用和重要意义。
它被广泛应用于航空航天、能源工程、水利工程、地质工程等领域。
在航空航天领域，流体力学理论可用于飞行器的设计和性能计算；在能源工程领域，流体力学理论可用于流体输油管道的设计和优化；在水利工程领域，流体力学理论可用于水流的流动和水坝的设计等。
总结起来，理论力学中的流体力学基本原理涵盖了流体静力学和流体动力学两个方面。
流体力学的研究和应用对于实际工程和科学研究具有重要意义，有助于我们深入理解流体的行为和性质，并为工程设计和优化提供基础。
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2、压强的表示方法
1）绝对压强（绝压）： 流体体系的真实压强称为绝对压强。 2）表压 强（表压）： 压力上读取的压强值称为表压。 3）真空度： 真空表的读数
绝对压强、真空度、表压强的关系为 实测压力 表压
大气压
绝对压 真空度
实测压力
绝压（余压） 绝对零压
表压＝绝对压-大气压 真空度＝大气压 - 绝对压
液封的作用： 若设备内要求气体的压力不超过某种限度时，液封的作 用 就是： 当气体压力超过这个限度时，气体冲破液封流出，又称 为安全性液封。 若设备内为负压操作，其作用是： 液封需有一定的液位，其高度的确定就是根据流体静力 学基本方程式。
液封 p
气
水
R 真空表 p 气体 气
R R
第二节
流体在管内的流动
三、文丘里流量计
1、结构和原理 收缩段锥角通常取1525， 扩大段锥角要取得小些，一般为57
V u0 A0 C 0 A0
当Re 4000 时，流体的流动类型属于湍流；
可能是滞流，也可能是湍流，与外 2000 ＜Re ＜4000 时，
界条件有关。——过渡区
圆管内滞流与湍流的比较
滞流 本质区别 速度分布 分层流动
r u umax 1 R 2
2
湍流 质点的脉动
r u umax 1 (n 7) R
微差压差计
P1 P2
—
放大读数 特点： （1）内装两种密度相 近且不互溶的指示 剂； （2）U型管两臂各装 扩大室（水库）。 P1-P2=（a- b）Rg
a
R
b
倾斜液柱压差计
R1
R= R1 sin
(2) 液位的测定
液位计的原理 —— 遵循静止液体内部压强变化的规律 , 是静力学基本方程的一种应用。 液柱压差计测量液位的方法： 由压差计指示液的读数R可以计算 出容器内液面的高度。
2 gR 0
孔流系数
V u0 A0 C 0 A0
2 gR 0
0.84
孔板一定时：
0.82 0.80 0.7 0.78 0.76
A0 C0 f Re1 , A 1
当Re1超过某界限值时，C0不
C0
0.74 0.72 0.70 0.68 0.66 0.64 0.62 0.60
（3）混合物的密度
1）液体混合物的密度ρm 取1kg液体，令液体混合物中各组分的质量分率分别为:
xwA、xwB、 、xwn ,
假设混合后总体积不变，
当m总 1 kg时，xwi mi
mi 其中xwi m总
V总
xwA
1
xwB
2
xwn
n
m总
m
1
m
xwA
1
xwB
hA
u2 2g
pA g
u A
p
B点测得为静压头
hB pB g
R
冲压头与静压头之差
p A pB u2 hA hB g 2g
压差计的指示数R代表A，B两处的压强之差。
若所测流体的密度为ρ，U型管压差计内充有密度为ρ’的 指示液，读数为R。
u R ' g 2g g
2 p1 p 2
A1 u1 A2 u2 A0 u0 (孔口 )
用 A0 代替 A2， 再考虑到机械能损失
u0
1 A0 A1
CD
2 p1 p 2
2
孔流系数：取决于 截面比 A0/A1, 管内雷 诺数 Re1, 孔口的形状 及加工精度等。
C0
C0
2 p1 p 2
0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0.05 3 104 105 106
A0 A1
再随Re1而变C0=const，此时
流量就与压差计读数的平方 根成正比，因此，在孔板的
设计和使用中，希望Re1大于
界限值。
C0 值多在 0.6 至 0.7 之间
Re1
孔流系数 C0 与 Re1 及 A0/A1 的关系
第一章
流体流动
概述
一．连续介质模型 把流体视为由无数个流体微团（或流体 质点）所组成，这些流体微团紧密接触， 彼此没有间隙。这就是连续介质模型。 流体微团（或流体质点）： 宏观上足够小，以致于可以将其看成一个几何上没 有维度的点； 同时微观上足够大，它里面包含着许许多多的分子 ，其行为已经表现出大量分子的统计学性质。
m总 1x1 2 x2 ....... n xn mV总
当V总=1m3时,
m 1x1 2 x2 ...... n xn
——气体混合物密度计算式 ——理想气体混合物密度计算式
PM m m RT
3.与密度相关的几个物理量
1）比容：单位质量的流体所具有的体积，用υ表示， 单位为m3/kg。 在数值上:
2
u
2 gR( )
2 gR( )
——测速管测定管内流体的基本原理和换算公式 实际使用时
uc
c=0.98~1.00
2、使用皮托管的注意事项
1）测速管所测的速度是管路内某一点的线速度，它可以用于测定流 道截面的速度分布。 2）一般使用测速管测定管中心的速度，然后可根据截面上速度分布 规律换算平均速度。 3）测速管应放置于流体均匀流段，且其管口截面严格垂直于流动方
二、孔板流量计
孔板 流量计 .swf
p1 p2
1、结构和原理 两种取压方式： (1) 角接法
取压口在法兰上；
(2) 径接法 上游取压口在距孔板1倍 管径处，下游取压口在距 孔板1/2倍管径处。
1 2
R
孔板流量计
测量原理： 影响两测压点间的压力差的因 素：孔板结构、流速。 暂不计摩擦损失，1、2之间有：
换算关系为：
1atm 1.033kgf / cm2 760m m Hg 10.33m H2O 1.0133 bar 1.0133105 Pa
1工程大气压 1kgf / cm2 735.6m m Hg 10m H2O 0.9807bar 9.807104 Pa
一、流量与流速
质量流量，用 m 表示， kg s 流量 3 V m s 表示， 体积流量，用
m V
质量流速 又称质量通量，单位为 kg/m2s G A vdA V ，单位：m/s u A 流速 体积流速 ----- 平 均 流 速 A A 点速度 v，单位m/s
u
二 、流体的特性 1、流动性,流体不能承受拉力； 2、没有固定形状，形状随容器而变； 3、流体流动—外力作用的结果； 4、连续性（除高度真空情况）。 5、压缩性 可压缩性流体—气体
不可压缩性流体—液体
三、流体所受到的力
如重力、离心力等，属 于非接触性的力。
质量力 流体所受的力 表面力
法向力 切向力
1
2
1’
m1 = m2
m =V = uA
2’
u1 A1 1= u2 A2 2=常数 对于不可压缩性流体,密度可视为不变 u1 A1= u2 A2 圆形管道 ： u1 /u2 = (d2/d1)2
------连续性方程
二、流动类型与雷诺准数
1、雷诺实验 2、雷诺数Re
Re
雷诺数的因次 ：
1
2）比重(相对密度)：某物质的密度与4℃下的水的密度的比 值，用 d 表示。
d
4 C水
,
4C水 1000 kg / m 3
二、流体的静压强
1、压强的定义 流体的单位表面积上所受的压力，称为流体的静压强， 简称压强。
P p A
或
SI制单位：N/m2，即Pa。
其它常用单位有： atm（标准大气压）、工程大气压 kgf/cm2、bar；流体柱 高度（mmH2O，mmHg 等）。
1 n
平均速度
1 um umax 2
du dy
um 0.82umax (n 7)
剪应力
du dy
一、测速管：又称皮托（Pitot）管 1、测速管的结构和原理
对于某水平管路，测速管的内管 A点测得的 是管口所在位置的局部流体动压头与静压头之和
，称为冲压头 。
（2）气体 —
为可压缩性的流体，通常（压力不太 高，温度不太低）时可按理想气体处理， 否则按真实气体状态方程处理。
MP RT
0T0 P
TP0
第一节 流体静力学基本方程式
研究外力作用下的平衡规律 一、密度 1.定义：单位体积流体所具有的质量。 ρ= m / V [ kg / m3] 流体中某点密度： 2、影响因素：温度和压力 （1）液体 — 认为不可压缩的流体，与压力无关，温度升 高，密度降低。
p1 p2
p1
2 2 u1 p 2 u2 2 2
1 0 R
2
p1 p2
2 u2
2 u1
2
A 2 2 1 2 A1
2 u2
孔板流量计
u2
1 A 1 2 A 1
2
使用注意事项： 安装时应在其上、下游各有一段直管段作为稳定段， 上游长度至少应为10d1，下游为5d1 优点：构造简单，制造和安装都很方便
缺点：机械能损失（称之为永久损失）大。
2 h f C0 Rg '
孔板的缩口愈小，孔口速度愈大，读数就愈大，阻力损失愈 大。所以，选择孔板流量计 A0/A1 的值，往往是设计该流量计的核 心问题。 当d0/d1=0.2时，永久损失约为测得压差的90%，常用的 d0/d1=0.5情形下，永久损失也有75%。