(完整版)流体力学

第1章绪论

一、概念

1、什么是流体？

在任何微小剪切力持续作用下连续变形的物质叫做流体（易流动性是命名的由来）

流体质点的物理含义和尺寸限制？

宏观尺寸非常小，微观尺寸非常大的任意一个物理实体

宏观体积极限为零，微观体积大于流体分子尺寸的数量级

什么是连续介质模型？连续介质模型的适用条件；

假设组成流体的最小物质是流体质点，流体是由无限多个流体质点连绵不断组成，质点之间不存在间隙。

分子平均自由程远远小于流动问题特征尺寸

2、可压缩性的定义；

作用在一定量的流体上的压强增加时，体积减小

体积弹性模量的定义、与流体可压缩性之间的关系及公式；

Ev=-dp/(dV/V) 压强的改变量和体积的相对改变量之比

Ev=1/Κt 体积弹性模量越大，流体可压缩性越小

气体等温过程、等熵过程的体积弹性模量；

等温Ev=p

等嫡Ev=kp k=Cp/Cv

不可压缩流体的定义及体积弹性模量；

作用在一定量的流体上的压强增加时，体积不变

Ev=dp/(dρ/ρ) （低速流动气体不可压缩）

3、流体粘性的定义；

流体抵抗剪切变形的一种属性

动力粘性系数、运动粘性系数的定义、公式；

动力粘度：μ，单位速度梯度下的切应力μ=τ/(dv/dy)

运动粘度：ν，动力粘度与密度之比，v=μ/ρ

理想流体的定义及数学表达；

v=μ=0的流体

牛顿内摩擦定律（两个表达式及其物理意义）；

τ=+-μdv/dy（τ大于零）、τ=μv/δ

切应力和速度梯度成正比

粘性产生的机理，粘性、粘性系数同温度的关系；

液体：液体分子间的距离和分子间的吸引力，温度升高粘性下降

气体：气体分子热运动所产生的动量交换，温度升高粘性增大

牛顿流体的定义；

符合牛顿内摩擦定律的流体

4、作用在流体上的两种力。

质量力：与流体微团质量大小有关的并且集中在微团质量中心上的力

表面力：大小与表面面积有关而且分布在流体表面上的力

二、计算

1、牛顿内摩擦定律的应用－间隙很小的无限大平板或圆筒之间的流动。

第2章流体静力学

一、概念

1、流体静压强的特点；理想流体压强的特点（无论运动还是静止）；

流体内任意点的压强大小都与都与其作用面的方位无关

2、静止流体平衡微分方程，物理意义及重力场下的简化

微元平衡流体的质量力和表面力无论在任何方向上都保持平衡

欧拉方程=0 流体平衡微分方程

重力场下的简化：dρ=-ρdW=-ρgdz

3、不可压缩流体静压强分布（公式、物理意义），帕斯卡原理；

不可压缩流体静压强基本公式z+p/ρg=C

不可压缩流体静压强分布规律p=p0+ρgh

平衡流体中各点的总势能是一定的

静止流体中的某一面上的压强变化会瞬间传至静止流体内部各点

4、绝对压强、计示压强（表压）、真空压强的定义及相互之间的关系；

绝对压强：以绝对真空为起点计算压强大小

记示压强：比当地大气压大多少的压强

真空压强：比当地大气压小多少的压强

绝对压强=当地大气压+表压

表压=绝对压强-当地大气压

真空压强=当地大气压-绝对压强

5、各种U型管测压计的优缺点；

单管式：简单准确；缺点：只能用来测量液体压强，且容器内压强必须大于大气压强，同时被测压强又要相对较小，保证玻璃管内液柱不会太高

U：可测液体压强也可测气体压强；缺：复杂

倾斜管：精度高；缺点：？？

6、作用在平面上静压力的大小（公式、物理意义）。

F=p S+ρg sinαy S

当p =大气压强，F=ρgsinαy S

压力中心：

二、计算

1、U型管测压计的计算；

2、绝对压强、计示压强及真空压强的换算；

3、平壁面上静压力大小的计算。

第3章流体动力学基础

一、概念

1、描述流体运动的两种方法（着眼点、数学描述、拉格朗日及欧拉变数）；拉格朗日法：（拉格朗日变数(a,b,c,t)）

用质点的初始坐标和时间变量共同表达质点的运动规律

描述每个流体质点自始至终的运动规律、观察连续变化的整个质点系

欧拉法：(欧拉变数（x,y,z,t）)

以数学场论为基础、着眼于任何时刻物理量在场上的分布规律的流体运动描述方法/描述空间某点流体运动物理量随时间的变化规律及由一点转向另一点时该量的变化

不同瞬间物理量在空间上的分布

系统和控制体的概念；

系统：某一确定流体质点集合的总体

控制体：流场中某一确定的空间区域

2、流场的概念，定常场、非定常场、均匀场、非均匀场的概念及数学描述；流场：流体流动空间形成的物理量连续分布的场

定常场：流场中的速度、压强等物理量的分布与时间无关

均匀场：流畅中的速度、压强等物理量与空间坐标无关

3、一元、二元、三元流动的概念；

除时间坐标外，流动参数随一个、两个、三个空间坐标变化

4、物质导数的概念及公式：

物质导数（质点导数）：运动中的流体所具有的物理量对时间的变化率dN/dt 局部导数（当地导数）:质点没有空间变位时，物理量对时间的变化率，反应流场的非定常性

对流导数（迁移导数、对流导数）：质点经过dt时间处于不同位置时，物理量对时间的变化率，反应流场的非均匀性

流体质点加速度、不可压缩流体、均质不可压缩流体的数学描述；

速度的质点导数（dv x/dt,dv y/dt,dv z/dt三个公式）

不可压缩流体：dρ/dt=0

均质不可压缩流体：ρ=const

5、流线、迹线的定义、特点和区别，

迹线：流体质点的运动轨迹

特点：流场中实际存在的线、同一质点不同时刻空间位置的连线、和时间过程有关的曲线随时间增长而延长，拉格朗日方法下的概念

流线：某瞬间流场中一条假设的曲线，该曲线上各点速度方向和曲线在该点切线方向重合

特点：是某瞬间假设的曲线、不同质点同一时刻空间位置的连线描述线上各质点的运动方向、定常流动流线形状位置不随时间改变、一般情况流线不相交或转折、流线走向和疏密反应某瞬时流场内流体速度方向和大小（密，大）、欧拉方法下的概念

什么时候两线重合；

定常流动时

流管的概念；