流体力学复习资料

第一章 绪论 1-2、连续介质的概念:流体占据空间的所有各点由连续分布的介质点组成。 流体质点具有以下四层含义:

1、流体质点的宏观尺寸很小很小。

2、流体质点的微观尺寸足够大。

3、流体质点就是包含有足够多分子在内的一个物理实体,因而在任何时刻都应该具有一定的宏观物理量。

4、流体质点的形状可以任意划定,因而质点与质点之间可以完全没有空隙。 1-

5、流动性:液体与固体不同之处在于各个质点之间的内聚力极小,易于流动,不能自由地保持固定的形状,只能随着容器形状而变化,这个特性叫做流动性。 惯性:物体反抗外力作用而维持其原有状态的性质。

黏性:指发生相对运动时流体内部呈现内摩擦力而阻止发生剪切变形的一种特性,就是流体的固有属性。

内摩擦力或黏滞力:由于流体变形(或不同层的相对运动),而引起的流体内质点间的反向作用力。

F:内摩擦力;=du F A dy μ±。 τ:单位面积上的内摩擦力或切应力(N/m 2);=

=F du A dy τμ±。 A:流体的接触面积(m 2)。

μ:与流体性质有关的比例系数,称为动力黏性系数,或称动力黏度。

du dy

:速度梯度,即速度在垂直于该方向上的变化率(1s -)。 黏度:分为动力黏度、运动黏度与相对粘度。

恩氏黏度:试验液体在某一温度下,在自重作用下从直径2、8mm 的测定管中流出200cm 3所需的时间T1与在20℃时流出相同体积蒸馏水所需时间T2之比。1t 2

T E T =。 牛顿流体:服从牛顿内摩擦定律的流体(水、大部分轻油、气体等)

温度、压力对黏性系数的影响？

温度升高时液体的黏度降低,流动性增加;气体则相反,温度升高时,它的黏度增加。这就是因为液体的黏度主要就是由分子间的内聚力造成的。压力不就是特别高时,压力对动力黏度的影响很小,并且与压力的变化基本就是线性关系,当压力急剧升高,黏性就急剧增加。对于可压缩流体来说,运动黏度与压力就是密切相关的。在考虑到压缩性时,更多的就是动力黏度而不用运动粘度。

压缩性:在温度不变的情况下,流体的体积随压强的增大而变小的性质。 压缩系数βp :在一定温度下,密度的变化率与压强的变化成正比。1p dV V dp

β=-

12V V V ?=-,V1、V1分别就是压强为P1、P2时流体的体积。

21p p p ?=-,p1、p2分别就是流体体积为V1、V2时的压力。

流体弹性力的大小用体积系数或体积弹性模数表示,体积弹性模数就是体积压缩系数的倒数。用1

=K ρβ来度量。 膨胀性:在压强不变的情况下,流体体积随温度升高而变化的性质。

膨胀系数βt:在一定压强下,体积的变化率与温度的变化成正比。/t dV V dT β= =210T T T ?-＞,温度升高量,单位为K 或℃。

=21V V V ?-＞0,体积增大量,单位为3m 。

表面张力σ:液体分子间有内聚力(吸引力),但在液体与气体交界的自由面上,各个方向上的内聚力不能达到平衡,从而产生了分子的内压力。在这个内压力的作用下,液体表面层中的分子有尽量挤入液体内部的趋势,因而液体要尽可能地缩小它的表面积。在宏观上,液体表面就好像就是拉紧的弹簧模,这就是由于沿着表面存在着使表面有收缩倾向的张力,这种力叫做液体的表面张力。

毛细现象:毛细现象就就是液体与固体相接触时,液体沿壁面上升或下降的现象。

第二章 流体静力学

2、1流体的静压强特性:

1)流体静压强的方向必然重合于受力面的内法线方向。

2)平衡流体中任意点的静压强值只能由该点的坐标决定,而与该压强的作用方向无关,即沿各个方向作用于同一点的压强就是等值的。

作用在流体微团上的力可分为两类:质量(体积)力与表面力。质量力m F ?r 包括重

力mg r 与流体加速运动时的惯性力ma r ,就是与流体微团质量大小成正比并且集

中作用在微团质量中心上的力。表面力就是相邻流体(或固体)作用于此流体微团各个表面上的力。其大小与表面面积有关,而且分布作用在流体表面上。 2、2欧拉平衡方程式:1f 01f 01f 0x y z p x

p y

p z ρρρ?-

=??-=??-=? W(x,y,z):就是描述质量力的标量函数,称为质量力的势函数。由势函数决定的力称为有势力,可以瞧到:在有势的质量力作用下,流体中任何一点上的流体静压强可以由坐标唯一地确定,这样流体才能保持平衡状态,因而结论就是:只有在有势的质量力作用下流体才能平衡。 等压面:流体中压强相等的点所组成的面。等压面与质量力垂直,且等压面也就就是等势面

2、3液体静力学基本方程式:C g p z =ρ+

由gh p p 0ρ+=得以下推论:1)静压强的大小与液体的体积无直接关系。相同的液体,压强只与深度h 有关;2)两点的压强差,等于两点间单位面积铅直液柱的重量;3)平衡状态下,液体内任意点压强的变化,等值地传递到其它点、帕斯卡定理: )z z (g p p 2112-ρ+=

流体静力学方程的几何意义与能量意义:

1) 几何意义

A z 、

B z 、

C z 、

D z ——位置水头。

'A p g ρ、'B p g ρ——测压管高度或称相对压强高度。

C p g ρ、

D p g

ρ——静压高度或绝对压强高度。 相对压强高度与绝对压强高度,均称为压强水

头。

位置高度与测压管高度之与如'A A p z g

ρ+,称为测压管水头。

位置高度与静压高度之与如图C C p z g

ρ+——静压水头。''A B A B p p z z g g ρρ+=+及C D C D p p z z g g

ρρ+=+ 上式说明:①静止液体中各点位置水头与测压管高度可以相互转换,但各点测压管水头却永远相等,即敞口测压管最高液面处于同一水平面——测压管水头面。②静止液体中各位置水头与静压高度亦可以相互转换,但各点静压水头永远相等,即闭口的玻璃管最高液面处在同一水平面——静压水头面。

2) 能量意义(物理意义)

z ——比位能,表示单位重量液体对基准面O —O 的位能;

p

g ρ——比压能,表示单位重量液体所具有的压力能;

p z g

ρ+——比势能,表示单位重量液体对基准面具有的势能。 能量意义:在同一静止液体中,各点处单位重量液体的比位能可以不相等,比压能也不相同,但其比位能与比压能可以相互转化,比势能总就是相等的,就是一个不变的常量。就是能量守恒定律在静止液体中的体现。

2、4