流体力学复习要点(名词简答)

第一章绪论

物质的三种形态：固体、液体和气体。液体和气体统称为流体。流体的基本特征：具有流动性。

所谓流动性，即流体在静止时不能承受剪切力，只要剪切力存在，流体就会流动。流体无论静止或流动，都不能承受拉力。

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。

质点：是指大小同所有流动空间相比微不足道，又含有大量分子，具有一定质量的流体微元。

作用在流体上的力按其作用方式可分为：表面力和质量力。

表面力：通过直接接触，作用在所取流体表面上的力（压力、摩擦力），在某一点用应力表示。

质量力：作用于流体的每个质点上且与流体质量成正比的力（重力、惯性力、引力），用单位质量力表示流体的主要物理性质：惯性、粘性、压缩性和膨胀性。

惯性：物体保持原有运动状态的性质，其大小用质量表示。

密度：单位体积的质量，粘性：是流体的内摩擦特性，或者是流体阻抗剪切变形速度的特性。流体粘性大小用粘度度量，粘度包括动力粘度μ和运动粘度υ

无粘性流体：指无粘性，即μ=0的流体。不可压缩流体：指流体的每个质点在运动全过程中，密度不变化的流体。

压缩性：流体受压，分子间距减小，体积缩小的性质。膨胀性：流体受热，分子间距增大，体积膨胀的性质。

压缩系数：在一定的温度下，增加单位压强，液体体积的相对减小值，,体积模量

体膨胀系数：在一定的压强下，单位温升，液体体积的相对增加值，

(简答)简述气体和液体粘度随压强和温度的变化趋势及不同的原因。答：气体的粘度不受压强影响，液体的粘度受压强影响也很小；液体的粘度随温度升高而减小，气体的粘度却随温度升高而增大，其原因是：分子间的引力是液体粘性的主要因素，而分子热运动引起的动量交换是气体粘性的主要因素。

第二章流体静力学

绝对压强p abs：以没有气体分子存在的完全真空为基准起算的压强。

相对压强p：以当地大气压p a为基准起算的压强，各种压力表测得的压强为相对压强，相对压强又称为表压强或计示压强。

真空度p v：绝对压强小于当地大气压的数值。

测量压强做常用的仪器有：液柱式测压计和金属测压表。液柱式测压计包括测压管、U形管测压计、倾斜式微圧计和压差计。平面上静水总压力的计算方法有：图算法和解析法。潜体：全部浸入液体中的物体。浮体：部分浸入液体中的物体。

阿基米德原理：液体作用于潜体或浮体上的总压力，只有铅垂向上的浮力，大小等于所排开的液体重量，作用线通过潜体的几何中心。

(简答)试述静止流体中应力的特性。答：（1）应力的方向沿作用面的内法线方向；（2）静压强的大小与作用面的方位无关。

流体平衡微分方程及物理意义：，物理意义：在静止流体中，各点单位质量流体所受质量力与表面力相平衡。

等压面的概念、性质及连

通器内等压面的判断：流

体中压强相等的空间点构

成的平面或曲面称为等压

面。其性质是：等压面与

质量力正交。在连通器内

做水平面，若连通的一侧

只有同一种液体，该平面

就是等压面，否则不是等

压面。

由液体静力学基本方程得

到的结论（推论）：（1）静

压强的大小与液体的体积

无关；（2）两点的压强差

等于两点之间单位面积垂

直液柱的重量；（3）在平

衡状态下，液体内任一点

压强的变化等值地传递到

其他各点。

压力体的概念、界定方法

和分类：积分

?=

Az

V

hdAz表示

的几何体积称为压力体。

界定方法：设想取铅垂线

沿曲面边缘平行移动一

周，割出以自由液面或延

伸面为上底、曲面本身为

下底的柱体就是压力体。

分类：实压力体（Pz↓）、

虚压力体（Pz↑）和压力

体叠加。

第三章流体动力学基础

描述流体运动的两种方

法：拉格朗日法和欧拉法。

除个别质点的运动问题

外，都应用欧拉法。

拉格朗日法：是以个别质

点为研究对象，观察该质

点在空间的运动，然后将

每个质点的运动情况汇

总，得到整个流体的运动。

质点的运动参数是起始坐

标和时间变量t的连续函

数。

欧拉法：是以整个流动空

间为研究对象，观察不同

时刻各空间点上流体质点

的运动，然后将每个时刻

的情况汇总起来，描述整

个运动。空间点的物理量

是空间坐标）和时间变量t

的连续函数。

恒定流：各空间点上的运

动参数都不随时间变化的

流动。非恒定流：各空

间点上的运动参数随时间

变化的流动。

一（二、三）元流：流体

流动时各空间点上的运动

参数是一（二、三）个空

间坐标和时间变量的连续

函数。

均匀流：流线是平行直线

的流动。非均匀流：

流线不是平行直线的流

动。

流线：表示某时刻流动方

向的曲线，曲线上各质点

的速度矢量都与该曲线相

切。迹线：流体质点在一

段时间内的运动轨迹。

流管：某时刻，在流场内

任意做一封闭曲线，过曲

线上各点做流线，所构成

的管状曲面。流束：充满

流体的流管。

过流断面：与所有流线正

交的横断面。元流：过

流断面无限小的流束，断

面上各点的运动参数均相

同。

总流：过流断面为有限大

小的流束，断面上各点的

运动参数不相同。

流量：单位时间内通过某

一过流断面的流体量。以

体积计为体积流量，简称

流量；以质量计为质量流

量；以重量计为重量流量

非均匀渐变流：在非均匀

流中流线近似于平行直线

的流动。

水头线：总流或元流沿程

能量变化的几何图示。

水力坡度：单位流程内的

水头损失。

（简答）流线有哪些主要

性质？流线和迹线有无重

合的情况？答：流线性质：

（1）在恒定流中，流线的

形状和位置不随时间变

化；（2）在同一时刻，一

般情况下流线不能相交或

转折。在恒定流中流线与

迹线重合，非恒定流中一

般情况下两者不重合，但

当速度方向不随时间变化

只是速度大小随时间变化

时，两者仍重合。

试述流动分类：（1）根据

运动参数是否随时间变

化，分为恒定流和非恒定

流；（2）根据运动参数与

空间坐标的关系，分为一

元流、二元流和三元流；

（3）根据流线是否平行，

分为均匀流和非均匀流。

不可压缩流体的连续性微

分方程：不可压缩流体

运动必须满足该方程。

第四章流动阻力和水头

损失

流动阻力：粘性流体运动

时，流体内部流层之间存

在相互作用的摩擦力，在

边界变化处存在集中阻

力，这两类力做功使机械

能减少，这两类力称为流

动阻力。

沿程阻力：在边界无变化

的均匀流段上产生的流动

阻力。局部阻力：在边

界急剧变化处产生的流动

阻力。

水头损失：单位重量流体

平均的机械能损失。

沿程水头损失f

h：由沿

程阻力做功引起的水头损

失。局部水头损失j

h：

由局部阻力做功引起的水

头损失。

层流：流速较小时，水一

层套着一层呈层状流动，

各层质点互不混掺的流

态。

紊流（湍流）：流速较大时，

各层质点运动轨迹极不规

则，相互混掺的流态。

水力半径R：过流断面面积

与湿周的比值。

紊流脉动：紊流各层质点

相互掺混，无规则运动，

导致其物理量也随之无规

则变化的现象。

瞬时流速u：某一空间点的

实际流速，在紊流流态下

随时间脉动，

时均流速u：某一空间点

的瞬时流速在时段T内的

时间平均值，. 脉动流速

u′：瞬时流速与时均流速

的波动值。

断面平均流速ν：过流断

面上各点流速的断面平均

值，

粘性底层：仅靠壁面存在

一个粘性剪应力起控制作

用的薄层。

紊流剪应力包括：粘性剪

应力和附加剪应力

紊流流速分布一般表达

式：，该公式适用于除粘性

底层以外的整个过流断

面。

当量粗糙：是以工业管道

紊流粗糙区实测的λ值

代入尼古拉兹粗糙圆管公

式反算得出的粗糙高度k s。

当量直径d e：把水力半径

相等的圆管直径定义为非

圆管的当量直径，

边界层：考虑粘性影响的

薄流层。

绕流阻力D：流体绕物体流

动，平行于来流方向上的

力，包括摩擦阻力和压差

阻力，

造成局部水头损失的原

因：主流脱离边壁，漩涡

区的形成。

边界层的特征：边界层内

流速梯度很大，考虑粘性

影响；以外流速梯度约为

0，相当于无粘性流体的运

动。，

第五章孔口、管嘴出流和

有压管流

孔口出流：在容器壁上开

孔，水经孔口流出的水力

现象。其水头损失只考虑

局部水头损失j

h。

薄壁孔口：孔口出流时，

水流与孔壁仅在一条周线

上接触，壁厚对水流无影

响的孔口。

自由出流：水由孔口流入

大气的水力现象。

淹没出流：水由孔口直接

流入另一部分水体的水力

现象。

管嘴出流：在孔口上对接

3-4倍孔径的短管，水通过

短管并在出口断面满管流

动的水力现象。

有压管流：流体沿管道满

管流动的水力现象。短

管：沿程水头损失和局部

水头损失所占比重相当，

两者都不能忽略的管道。

长管：以沿程水头损失为

主，局部水头损失和流速

水头所占比例很小，可以

忽略或按沿程水头损失的

某一百分比估算的管道。

简单管道：沿程直径和流

量都不变化的管道。

串联管道：由直径不同的

管段顺序连接起来的管

道。

并联管道：在两节点之间

并联两根或两根以上的管

道。

水击（水锤）：在有压管道

中，由于某种原因，使水

流速度突然发生变化，同

时引起压强大幅度波动的

现象。

直接水击：阀门关闭时间

小于一个相长，最早发出

的水击波的反射波回到阀

门之前，阀门已全关闭，

此时阀门处的水击压强与

瞬时关闭相同。

间接水击：阀门关闭时间

大于一个相长），最早发出

的水击波的反射波回到阀

门之时，阀门还未完全关

闭，此时阀门处正负水击

波相叠加，使阀门处的水

击压强小于直接水击压

强。

（简答）孔口、管嘴出流

和有压管流各自的水力特

点是：（1）孔口、管嘴出

流只有局部水头损失，不

计沿程水头损失，

j

w

h

h=

；（2）短管的局部

水头损失和沿程水头损失

都要计入，；（3）长管的局

部水头损失和流速水头的

总和同沿程水头损失相比

很小，按沿程水头损失的

某一百分数估算过忽略不

计。

管嘴出流收缩断面的真空

高度：，相当于把孔口的作

用水头增大75%，因此在

相同的作用水头下，同样

开口面积，管嘴的过流能

力是孔口过流能力的 1.32

倍。

第六章明渠流动

明渠流动：水流的部分周

界与大气接触，具有自由

表面的流动。又称为无压

流。

明渠流动的特点：重力作

用、底坡影响、水深可变。

底坡：底线沿流程单位长

度的降低值。底坡类型：

i>0，为正底坡或顺坡；i=0,

为平底坡；i<0，为反底坡

或逆坡。

渠道类型：棱柱形渠道和

非棱柱形渠道。

棱柱形渠道：断面形状、

尺寸沿程不变的长直渠

道。非棱柱形渠道：断面

形状、尺寸沿程有变化的

渠道。

明渠均匀流：流线为平行

直线的明渠水流，是具有

自由表面的等深、等速流。

正常水深h0：明渠均匀流

的水深。

水力最优断面：当i、n和

A一定，湿周最小而流量

最大的断面。

无压圆管：圆形断面不满

管流的长管道。

水力最优充满度：在满流

之前，输水能力达到最大

值时相应的充满度。（缓

流：对于底坡平缓的渠道

或河道，水流流动缓慢，

遇到障碍物，障碍物前水

面壅高，且壅高水位向上

游传播。

急流：对于底坡较陡的渠

道或河道，以及瀑布险滩，

水流流动较快，遇到障碍

物后，水面隆起越过，上

游水面不壅高，障碍物对

上游来流无影响。

弗劳德数：明渠流速与临

界流速的比值，。

断面单位能量：相对于通

过该断面最低点的基准面

的机械能，

临界水深h c：断面单位能

量最小时对应的水深。

临界底坡i c：正常水深正好

等于该流量下的临界水深

时相应的渠道底坡。（正底

坡或顺坡类型：i

坡；i=i c，为临界坡；i>i c，

为急坡或陡坡。

水跃：明渠水流从急流状

态过渡到缓流状态时水面

骤然跃起的急变流现象。

水跃区包括水滚区和主流

区。

水跃函数共轭

水深：使水跃函数值相等

的两个水深

)

(

)

("

'h

J

h

J=。

水跌：明渠水流从缓流状

态过渡到急流状态时水面

急剧降落的急变流现象。

水跌特征：缓流以临界水

深通过跌坎断面或变为急

坡的断面过渡到急流。

明渠非均匀流：流线不是

平行直线的流动，是具有

自由表面的不等深、不等

速流，分为：非均匀渐变

流和非均匀急变流。

水面曲线：明渠非均匀流

水深沿程变化，水面线

)

(s

f

h=是和渠底不

平行的曲线，称为水面曲

线。

水面曲线分析总结：以

2

1Fr

J

i

ds

dh

-

-

=为依

据；正常水深h0线和临界

水深h c线将流动区域分为

12个区域，共存在12种水

面曲线，1、3区为壅水曲

线，2区为降水曲线，而且

每一区域内水面曲线也是

唯一的；除C1、C3型水面

线外，其他所有水面线在

h→h0时，都以N-N线为渐

近线，在h→h c时，与C-C

线正交，发生水跃或水跌。

（简答）明渠均匀流形成

的条件、特征及基本公式：

条件：位能沿程减少值等

于沿程水头损失，而水流

的动能保持不变。特征：

各项坡度皆相等，。（明渠

均匀流只能出现在顺坡长

直渠道中）

明渠均匀流正常水深的影

响因素：正常水深与流量

和渠道断面的形状、尺寸、

壁面粗糙及渠道底坡诸因

素有关，对于梯形断面渠

道。

明渠均匀流水力计算解决

的问题：验算渠道的输水

能力（），决定渠道底坡），

设计渠道断面。

注意:

C

V、r F、

C

h作为判别标准是等价

的，对均匀流和非均匀流

都适用，

C

i作为判别标准

只适用于明渠均匀流。

底坡类型(1)i>0,为顺坡

或正底坡，其中：i< i c，

为缓坡，i=i c，为临界坡，

i>i c，为急坡或陡坡；（2）

i=0，为平坡；（3）i<0，

为逆坡或反底坡。

第七章堰流

堰：在缓流中，为控制水

位和流量而设置的顶部溢

流的障壁。堰

流：水经堰顶溢流的水力

现象。

堰的分类：（1）

67

.0

H

<

δ,

为薄壁堰，主要用做测量

流量的设备；（2）

5.2

H

67

.0<

<

δ，为实用

堰，剖面有曲线型和折线

型；（3）

10

H

5.2<

<

δ，

为宽顶堰。（若

10

H

>

δ，

流动不属于堰流，而是明

渠渐变流。）

淹没溢流：下游水位较高，

顶托过堰水流，使得堰上

水深由小于临界水深转变

为大于临界水深，水流由

急流变为缓流，下游干扰

波能向上游传播。淹没影

响用淹没系数

s

σ表示，

侧收缩影响用收缩系数ε

表示。

宽顶堰淹没溢流的条件：

必要条件：下游水深高于

堰顶

'>

-

=p

h

h

s

；充分条件：

8.0

'H

p

h

h

s

>

-

=

宽顶堰各项系数的影响因

素：m—堰口形式和相对堰

高(P/H);

s

σ-随淹没

深度（h s/H）的增大而减小；

ε—相对堰高（P/H）相对

堰宽（b/B）及墩头形式。

薄壁堰作为流量量测设备

的原理及注意事项：原理：

流量为堰上水头的连续函

数Q=f（H），实测堰上水

头H，便可以确定流量。注

意事项：薄壁堰不宜在淹

没条件下使用。

薄壁堰的堰口形状有：矩

形和三角形。

第八章渗流

渗流：流体在孔隙介质中

的流动。

水在土中的形态：气态水、

附着水、薄膜水、毛细水

和重力水。重力水是渗流

理论研究的对象。

渗流模型：渗流区域的边

界条件保持不变，略去全

部土颗粒，认为渗流区连

续充满流体，而流量与实

际渗流相同，压强和渗流

阻力也与实际渗流相同的

替代流场。（渗流速度<实

际速度）

渗流分类：（1）根据运动

参数是否随时间变化，分

为恒定流和非恒定流；（2）

根据运动参数与空间坐标

的关系，分为一元渗流、

二元渗流和三元渗流；（3）

根据流线是否平行，分为

均匀渗流和非均匀渗流；

(4)按有无自由水面，分为

无压渗流和有压渗流。

分析渗流的前提条件：微

小流速不计流速水头。

达西定律及适用范围：

kJ

u

V=

=,表明

均匀渗流中速度与水力坡

度的一次方成正比。适用

范围：

裘皮衣公式：

ds

dH

k

kJ

u

V-

=

=

=

，反映了渐变渗流中某一

过流断面上流速与水力坡

度的关系。

渗透系数的影响因素及确

定方法：影响因素：土颗

粒的大小、形状、分布情

况及地下水的物理化学性

质等等。确定方法：实验

室测定法、现场测定法和

经验方法。

普通井或潜水井：在地表

下面潜水含水层中开凿的

井。承压井或自流

井：承压含水层中开凿的

井。

完全井：井管贯穿整个含

水层，井底直达不透水层

的井。非完全井：井

底未达不透水层的井。

影响半径：在该半径以外

的区域，地下水位不受该

井抽水的影响。

第九章量纲分析和相似

原理

量纲：物理量的属性，也

称为因次。单位：人为

规定的量度标准。

基本量纲：无任何联系、

相互独立的量纲（不可压

缩流体，以M、L、T作为

基本量纲）。导出量纲：由

基本量纲导出的量纲。无

量纲量：不具量纲的量，

即各量纲指数为0.

量纲和谐原理：凡正确反

映客观规律的物理方程，

其各项的量纲必须是一致

的。

量纲分析方法：瑞利法和π

定理。量纲分析的依

据：量纲和谐原理。

瑞利法的步骤（怎样运用

瑞利法建立物理方程）：

（1）找出与所求量相关的

物理量；(2)写出指数关系

式；（3）写出量纲式：（4）

以基本量纲（M、L、T）表

示各物理量的量纲；（5）

根据量纲和谐原理求量纲

指数；（6）整理方程式，

确定所求量的表达式。

π定理的步骤（怎样运用

瑞利法建立物理方程）：

（1）找出与所求量相关的

物理量；（2）选择基本量

（不可压缩流体，选取v、

ρ、特征长度三个基本量）；

（3）组成π项；（4）满

足π为无量纲项，定出π

项基本量的指数；（5）整

理方程式。

模型：指与原型有同样的

运动规律，各运动参数存

在固定比例关系的缩小物。

流体力学相似的含义：几

何相似、运动相似、动力

相似、边界条件和初始条

件相似。

几何相似：指两个流动流

场的几何形状相似，即相

应的线段成比例，夹角相等。运动相似：指两个流

动相应点速度方向相同，

大小成比例。动力相似：

指两个流动相应点处质点

受同名力作用，力的方向

相同，大小成比例。

相似准则：要使两个流动

动力相似，则各项力比尺

必须符合一定的约束关系，这种约束关系称为相

似准则。包括：雷诺准则、弗劳德准则、欧拉准则。

雷诺准则：两流动相似的

雷诺数相等，粘滞力相似。雷诺数）表征惯性力与粘

滞力之比。

弗劳德准则：两流动相似

的弗劳德数相等，重力相似。弗劳德数）表征惯性

力与重力之比。

欧拉准则：两流动相似的欧拉数相等，压力相似。欧拉数(表征压力与惯性力之比。模型律的选择：保证对流

动起主要作用的力相似。如：有压流，粘滞力起主

要作用，应按雷诺准则设

计模型；在堰流、闸孔出流、明渠流动中，重力起

主要作用，应按弗劳德准

则设计模型。

自动模型区：当雷诺数Re超过某一数值后，摩

阻系数不随Re变化，此

时流动阻力的大小与Re无关，这个流动范围

称为自动模型区。