流体力学重点概念总结
流体力学知识点总结

流体力学知识点总结流体力学是一门研究流体(包括液体和气体)运动规律以及流体与固体之间相互作用的学科。
它在工程、物理、化学、生物等多个领域都有着广泛的应用。
以下是对流体力学一些重要知识点的总结。
一、流体的物理性质1、密度流体的密度是指单位体积流体的质量。
对于液体,其密度通常较为稳定;而气体的密度则会随着压力和温度的变化而显著改变。
2、黏性黏性是流体内部阻碍其相对流动的一种特性。
黏性的大小用黏度来衡量。
牛顿流体遵循牛顿黏性定律,其黏度为常数;非牛顿流体的黏度则随流动条件而变化。
3、压缩性压缩性表示流体在压力作用下体积缩小的性质。
液体的压缩性通常很小,在大多数情况下可以忽略不计;气体的压缩性则较为显著。
二、流体静力学1、压力压力是指流体作用于单位面积上的力。
在静止流体中,压力的大小只与深度和流体的密度有关,遵循静压力基本方程。
2、帕斯卡定律加在密闭液体任一部分的压强,必然按其原来的大小,由液体向各个方向传递。
3、浮力物体在流体中受到的浮力等于排开流体的重量。
三、流体运动学1、流线与迹线流线是在某一瞬时,流场中一系列假想的曲线,曲线上每一点的切线方向都与该点的流速方向相同。
迹线则是某一流体质点在一段时间内运动的轨迹。
2、流量与流速流量是单位时间内通过某一截面的流体体积,流速是流体在单位时间内通过的距离。
四、流体动力学1、连续性方程连续性方程表明,在定常流动中,通过流管各截面的质量流量相等。
2、伯努利方程伯努利方程描述了理想流体在沿流线运动时,压力、速度和高度之间的关系。
其表达式为:\\frac{p}{\rho} +\frac{1}{2}v^2 + gh =\text{常数}\其中,\(p\)为压力,\(\rho\)为流体密度,\(v\)为流速,\(g\)为重力加速度,\(h\)为高度。
3、动量方程动量方程用于研究流体与固体之间的相互作用力。
五、黏性流体的流动1、层流与湍流层流是一种流体质点作有规则、分层的流动;湍流则是流体质点的运动杂乱无章。
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流体力学重点概念总结(可直接打印版)第一章绪论表面力:又称面积力,是毗邻流体或其它物体,作用在隔离体表面上的直接施加的接触力。
它的大小与作用面积成比例。
剪力、拉力、压力质量力:是指作用于隔离体内每一流体质点上的力,它的大小与质量成正比。
重力、惯性力流体的平衡或机械运动取决于:1.流体本身的物理性质(内因)2.作用在流体上的力(外因)牛顿通过著名的平板实验,说明了流体的粘滞性,提出了牛顿内摩擦定律。
τ=μ(du/dy)τ只与流体的性质有关,与接触面上的压力无关。
动力粘度μ:反映流体粘滞性大小的系数,单位:N•s/m2运动粘度ν:ν=μ/ρ第二章流体静力学流体静压强具有特性1.流体静压强既然是一个压应力,它的方向必然总是沿着作用面的内法线方向,即垂直于作用面,并指向作用面。
2.静止流体中任一点上流体静压强的大小与其作用面的方位无关,即同一点上各方向的静压强大小均相等。
静力学基本方程: P=Po+pgh等压面:压强相等的空间点构成的面绝对压强:以无气体分子存在的完全真空为基准起算的压强 Pabs相对压强:以当地大气压为基准起算的压强 PP=Pabs—Pa(当地大气压)真空度:绝对压强不足当地大气压的差值,即相对压强的负值 PvPv=Pa-Pabs= -P测压管水头:是单位重量液体具有的总势能基本问题:1、求流体内某点的压强值:p = p0 +γh;2、求压强差:p – p0 = γh ;3、求液位高:h = (p - p0)/γ平面上的净水总压力:潜没于液体中的任意形状平面的总静水压力P,大小等于受压面面积A与其形心点的静压强pc之积。
注意:只要平面面积与形心深度不变:1.面积上的总压力就与平面倾角θ无关;2.压心的位置与受压面倾角θ无直接关系,是通过yc表现的;3.压心总是在形心之下,在受压面位置为水平放置时,压心与形心重合。
作用在曲面壁上的总压力—水平分力作用于曲面上的静水总压力P的水平分力Px等于作用于该曲面的在铅直投影面上的的投影(矩形平面)上的静水总压力,方向水平指向受力面,作用线通过面积Az的压强分布图体积的形心。
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第一章绪论表面力:又称面积力,是毗邻流体或其它物体,作用在隔离体表面上的直接施加的接触力。
它的大小与作用面积成比例。
剪力、拉力、压力质量力:是指作用于隔离体内每一流体质点上的力,它的大小与质量成正比。
重力、惯性力流体的平衡或机械运动取决于:1.流体本身的物理性质(内因)2.作用在流体上的力(外因)流体的主要物理性质:密度:是指单位体积流体的质量。
单位:kg/m3 。
重度:指单位体积流体的重量。
单位: N/m3 。
流体的密度、重度均随压力和温度而变化。
流体的流动性:流体具有易流动性,不能维持自身的形状,即流体的形状就是容器的形状。
静止流体几乎不能抵抗任何微小的拉力和剪切力,仅能抵抗压力。
流体的粘滞性:即在运动的状态下,流体所产生的阻抗剪切变形的能力。
流体的流动性是受粘滞性制约的,流体的粘滞性越强,易流动性就越差。
任何一种流体都具有粘滞性。
牛顿通过著名的平板实验,说明了流体的粘滞性,提出了牛顿内摩擦定律。
τ=μ(du/dy)τ只与流体的性质有关,与接触面上的压力无关。
动力粘度μ:反映流体粘滞性大小的系数,单位:N•s/m2运动粘度ν:ν=μ/ρ第二章流体静力学流体静压强具有特性1.流体静压强既然是一个压应力,它的方向必然总是沿着作用面的内法线方向,即垂直于作用面,并指向作用面。
2.静止流体中任一点上流体静压强的大小与其作用面的方位无关,即同一点上各方向的静压强大小均相等。
静力学基本方程: P=Po+pgh等压面:压强相等的空间点构成的面绝对压强:以无气体分子存在的完全真空为基准起算的压强 Pabs相对压强:以当地大气压为基准起算的压强 PP=Pabs—Pa(当地大气压)真空度:绝对压强不足当地大气压的差值,即相对压强的负值 PvPv=Pa-Pabs= -P测压管水头:是单位重量液体具有的总势能基本问题:1、求流体内某点的压强值:p = p0 +γh;2、求压强差:p – p0 = γh ;3、求液位高:h = (p - p0)/γ平面上的净水总压力:潜没于液体中的任意形状平面的总静水压力P,大小等于受压面面积A与其形心点的静压强pc之积。
流体力学概念梳理

1.表面里:通过直接接触,作用在所取流体表面上的力。
2.质量力:作用在所取流体体积内每个质点上的力(因为与质量成比例故称为质量力)。
3.惯性:物体保持原有运动状态的性质,改变物体的运动状态,都必须克服惯性的作用。
4.粘性:流体固有的物理性质,是流体在运动过程中出现阻力,产生机械能损失的根源。
5.压缩性:流体受压,分子间距减小,体积缩小的性质。
6.膨胀性:是流体受热,分子间距增大,体积膨胀的性质。
1.等压面:流体中压强相等的空间点构成的面(平面或曲面)。
2.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。
P abs3.相对压强:是以当地大气压为基准算起的压强。
P4.真空度:指绝对压强不足当地大气压的差值,即相对压强的负值。
5.测压管水头:是单位重量液体具有的总势能。
(g p z ρ+) 6.压力体:gV hdA g dP P Ax Z x Xρρ===⎰⎰中,积分V hdA Ax Z =⎰表示的几何体积。
1.恒定流:以时间为标准,若各空间点上的运动参数(速度、压强、密度等)都不随时间变 化,这样的流动是恒定流,反之为非恒定流。
2.三元流动:以空间为标准,若各空间点上的运动参数(主要是速度)是三个空间坐标和时间变量的函数u=u (x ,y ,z ,t )该流动是三元流动。
3.流线:是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。
4.迹线:流体质点在一段时间内的运动轨迹。
5.流管:某时刻在流场内任意作一封闭曲线,过曲线上各点做流线,所构成的管状曲线。
6.流束:充满流体的流管。
7.过流断面:在流束作出的与所有流线正交的横断面。
8.元流:是过流断面无限小的流束,其几何特征与流线相同。
9.总流:是过流断面为有限大小的流束,是由无数的元流构成,断面上各点的运动参数不相同。
10.流量:单位时间通过流束某一过流断面的流体量称为该断面的流量。
11.均匀流:凡流线是平行线是平行直线的流动为均匀流,否则为非均匀流。
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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 Ff m =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。
工程流体力学复习重点概念

三、简答题1、 稳定流动及不稳定流动。
---在流场中流体质点通过空间点时所有的运动要素都不随时间改变,这种流动称为稳定流;反之,通过空间点处得流体质点运动要素的全部或局部要素随时间改变,这种流动叫不稳定流。
2、 产生流动阻力的原因。
---外因:水力半径的大小;管路长度的大小;管壁粗糙度的大小。
内因:流体流动中永远存在质点的摩擦和撞击现象,质点摩擦所表现的粘性,以及质点发生撞击引起运动速度变化表现的惯性,才是流动阻力产生的根本原因。
3、 串联管路的水力特性。
---串联管路无中途分流和合流时,流量相等,阻力叠加。
串联管路总水头损失等于串联各管段的水头损失之和,后一管段的流量等于前一管段流量减去前管段末端泄出的流量。
4、 如何区分水力光滑管和水力粗糙管,两者是否固定不变?---不是固定不变的。
通过层流边层厚度及管壁粗糙度值的大小进展比拟。
水力粗糙管。
水力光滑管;∆<∆>δδ5、 静压强的两个特性。
---1.静压强的方向是垂直受压面,并指向受压面。
2.任一点静压强的大小和受压面方向无关,或者说任一点各方向的静压强均相等。
6、 连续介质假设的内容。
---即认为真实的流体和固体可以近似看作连续的,充满全空间的介质组成,物质的宏观性质依然受牛顿力学的支配。
这一假设忽略物质的具体微观构造,而用一组偏微分方程来表达宏观物理量〔如质量,数度,压力等〕。
这些方程包括描述介质性质的方程和根本的物理定律,如质量守恒定律,动量守恒定律等。
7、 实际流体总流的伯诺利方程表达式为〔22222212111122z g v a p h g v a p z +++=++-γγ〕,其适用条件是稳定流,不可压缩流体,作用于流体上的质量力只有重力,所取断面为缓变流动。
8、 因次分析方法的根本原理。
---就是因次和谐的原理,根据物理方程式中各个项的因次必须一样,将描述复杂物理现象的各个物理量组合而成无因次数群π,从而使变量减少。
流体力学概念重点

流体力学概念流体:在任何微小剪切力作用下连续变形的物质。
流体质点:微小特征体内含有足够多的分子数并具有确定的宏观统计特性的分子集合。
连续介质模型:流体力学中假定组成流体的最小物质实体是流体质点,流体是由无限多个流体质点连绵不断地组成,质点之间不存在间隙,这就是连续介质模型。
引入连续介质模型之后,流体的宏观物理量如速度、压强、密度等,都可以表示为空间坐标和时间的连续函数。
粘性:流体抵抗剪切变形的一种属性。
当流体相对运动或剪切变形时,流体内部就产生切应力以抵抗之,这就是流体粘性的表现。
动力粘性系数才是流体粘性大小的度量,运动粘性系数并不能真实反映物体的粘性。
同一种流体的动力粘性系数与温度有很大关系,受压强影响很小。
液体的粘性主要取决于分子之间的距离和吸引力,温度升高粘性降低。
气体的粘性取决于分子间由热运动产生的动量交换,温度升高粘性增大。
理想流体:粘性系数等于零的流体。
所有的物质都具有一定的可压缩性。
不可压缩流体:不考虑流体密度的变化,换言之不考虑其可压缩性的影响的流体。
其体积弹性模量为无穷大。
质量力:流体所处的外力场作用在取定流体全部质点上的力。
是一种非接触力,或称超距力如重力和非惯性参考系中的惯性力。
质量力的大小与外力场的强度,流体质量的分布有关,如果流体质量均匀分布,也可称为体积力。
表面力:流体外的流体或物质作用在取定流体封闭边界面上的力。
表面力大小与封闭边界的面积和表面应力分布有关。
空间任意点的流体静压强大小与其作用面的方位无关,只是作用点位臵的函数。
上述结论适用于所有无粘性或有粘性但没有相对运动(无切应力)的流体,不管是否是静止的。
巴斯噶原理:自由表面上的压强变化瞬时传至静止流体内各点。
绝对压强:以完全真空状态为零压强计量的压强。
计示压强(相对压强):以当地大气压强为基准计量的压强。
计示压强= 绝对压强- 大气压强计示压强为正称表压;为负称真空度。
运用完全气体状态方程时要用绝对压强。
拉格朗日法:着眼于流体质点,设法描述每一个流体质点至始至终的运动过程,即位臵随时间的变化规律。
流体力学知识点总结

流体力学知识点总结一、流体的物理性质流体区别于固体的主要特征是其具有流动性,即流体在静止时不能承受切向应力。
流体的物理性质包括密度、重度、比容、压缩性和膨胀性等。
密度是指单位体积流体所具有的质量,用符号ρ表示,单位为kg/m³。
重度则是单位体积流体所受的重力,用γ表示,单位为 N/m³,且γ =ρg(g 为重力加速度)。
比容是密度的倒数,它表示单位质量流体所占有的体积。
流体的压缩性是指在温度不变的情况下,流体的体积随压强的变化而变化的性质。
通常用体积压缩系数β来表示,其定义为单位压强变化所引起的体积相对变化率。
对于液体来说,其压缩性很小,在大多数情况下可以忽略不计;而气体的压缩性则较为明显。
膨胀性是指在压强不变的情况下,流体的体积随温度的变化而变化的性质。
用体积膨胀系数α来表示,它是单位温度变化所引起的体积相对变化率。
二、流体静力学流体静力学主要研究静止流体的力学规律。
静止流体中任一点的压强具有以下特性:1、静止流体中任一点的压强大小与作用面的方向无关,只与该点在流体中的位置有关。
2、静止流体中压强的大小沿垂直方向连续变化,即从液面到液体内部,压强逐渐增大。
流体静力学基本方程为 p = p₀+γh,其中 p 为某点的压强,p₀为液面压强,h 为该点在液面下的深度。
作用在平面上的静水总压力可以通过压力图法或解析法来计算。
对于矩形平面,采用压力图法较为简便;对于不规则平面,则通常使用解析法。
三、流体动力学流体动力学研究流体的运动规律。
连续性方程是流体动力学的基本方程之一,它基于质量守恒定律。
对于不可压缩流体,在定常流动中,通过流管各截面的质量流量相等。
伯努利方程则是基于能量守恒定律得出的,它表明在理想流体的定常流动中,单位体积流体的动能、势能和压力能之和保持不变。
其表达式为:p/ρ + 1/2 v²+ gh =常数其中 p 为压强,ρ 为流体密度,v 为流速,g 为重力加速度,h 为高度。
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第一章绪论表面力:又称面积力,是毗邻流体或其它物体,作用在隔离体表面上的直接施加的接触力。
它的大小与作用面积成比例。
剪力、拉力、压力质量力:是指作用于隔离体内每一流体质点上的力,它的大小与质量成正比。
重力、惯性力流体的平衡或机械运动取决于:1.流体本身的物理性质(内因)2.作用在流体上的力(外因)流体的主要物理性质:密度:是指单位体积流体的质量。
单位:kg/m3 。
重度:指单位体积流体的重量。
单位: N/m3 。
流体的密度、重度均随压力和温度而变化。
流体的流动性:流体具有易流动性,不能维持自身的形状,即流体的形状就是容器的形状。
静止流体几乎不能抵抗任何微小的拉力和剪切力,仅能抵抗压力。
流体的粘滞性:即在运动的状态下,流体所产生的阻抗剪切变形的能力。
流体的流动性是受粘滞性制约的,流体的粘滞性越强,易流动性就越差。
任何一种流体都具有粘滞性。
牛顿通过著名的平板实验,说明了流体的粘滞性,提出了牛顿内摩擦定律。
τ=μ(du/dy)τ只与流体的性质有关,与接触面上的压力无关。
动力粘度μ:反映流体粘滞性大小的系数,单位:N•s/m2运动粘度ν:ν=μ/ρ第二章流体静力学流体静压强具有特性1.流体静压强既然是一个压应力,它的方向必然总是沿着作用面的内法线方向,即垂直于作用面,并指向作用面。
2.静止流体中任一点上流体静压强的大小与其作用面的方位无关,即同一点上各方向的静压强大小均相等。
静力学基本方程: P=Po+pgh等压面:压强相等的空间点构成的面绝对压强:以无气体分子存在的完全真空为基准起算的压强 Pabs相对压强:以当地大气压为基准起算的压强 PP=Pabs—Pa(当地大气压)真空度:绝对压强不足当地大气压的差值,即相对压强的负值 PvPv=Pa-Pabs= -P测压管水头:是单位重量液体具有的总势能基本问题:1、求流体内某点的压强值:p = p0 +γh;2、求压强差:p – p0 = γh ;3、求液位高:h = (p - p0)/γ平面上的净水总压力:潜没于液体中的任意形状平面的总静水压力P,大小等于受压面面积A与其形心点的静压强pc之积。
注意:只要平面面积与形心深度不变:1.面积上的总压力就与平面倾角θ无关;2.压心的位置与受压面倾角θ无直接关系,是通过yc表现的;3.压心总是在形心之下,在受压面位置为水平放置时,压心与形心重合。
作用在曲面壁上的总压力—水平分力作用于曲面上的静水总压力P的水平分力Px等于作用于该曲面的在铅直投影面上的的投影(矩形平面)上的静水总压力,方向水平指向受力面,作用线通过面积Az的压强分布图体积的形心。
作用在曲面壁上的总压力—垂直分力作用于曲面上的静水总压力P的铅垂分力Pz等于该曲面上的压力体所包含的液体重,其作用线通过压力体的重心,方向铅垂指向受力面。
压力体压力体体积的组成:(1)受压曲面本身;(2)通过曲面周围边缘所作的铅垂面;(3)自由液面或自由液面的延伸。
压力体的种类:实压力体和虚压力体。
实压力体Pz方向向下;虚压力体Pz方向向上。
帕斯卡原理:静止不可压缩流体内任意一点的压强变化等值传递到流体内的其他各点;重力场中静止流体等压面的特点(1)静止、同一水平面;(2)质量力仅有重力;(3)连通;(4)连通的介质为同一均质流;第三章流体运动学拉格朗日方法:是以流场中每一流体质点作为描述对象的方法,它以流体个别质点随时间的运动为基础,通过综合足够多的质点(即质点系)运动来确定整个流体的流动。
----质点系法欧拉法:是以流体质点流经流场中各空间点的运动即以流场作为描述对象研究流动的方法——流场法。
流体质点的加速度(流速对时间求导)有两部分组成:1)时变加速度(当地加速度)——流动过程中流场由于速度随时间变化而引起的加速度;2)位变加速度(迁移加速度)——流动过程中流场中速度分布不均,因位置变化而引起的加速度。
流线流线的定义:是表示某一瞬时流体各点流动趋势的曲线,曲线上任一点的切线方向与该点的流速方向重合。
流线的性质:a、同一时刻的不同流线,不能相交。
b、流线不能是折线,而是一条光滑的曲线。
c、流线簇的疏密反映了速度的大小迹线迹线的定义:是指某一质点在某一时段内的运动轨迹线。
层流与紊流层流:亦称片流,是指流体质点不互相混杂,流体质点作有条不紊的有序的直线运动。
层流特点(1)有序性。
(2)水头损失与流速的一次方成正比 Hf=kv 。
(3)在流速较小且雷诺数Re较小时发生。
(4)层流遵循牛顿内摩擦定律,粘性抑制或约束质点作横向运动。
紊流:是指随流速增大,流层逐渐不稳定,质点相互混掺,流体质点沿很不规则无序的路径运动。
紊流特点:①无序性、随机性、有旋性、混合性。
②在圆管流中水头损失与流速的1.75~2次方成正比。
Hf=kv 1.75~2③在流速较大(雷诺数较大)时发生。
4 紊流发生是受粘性和紊动共同作用的结果有压流与无压流(1)有压流:流体充满整个流动空间,在压力作用下的流动。
(2)无压流:流体具有与大气相接触的自由表面(未充满整个流动空间),在重力作用下的流动。
(3)满流:流体充满整个流动空间。
(4)非满流:流体为充满整个流动空间。
有旋流和无旋流有旋流:亦称“涡流”。
流体质点(微团)在运动中不仅发生平动(或形变),而且绕着自身的瞬时轴线作旋转运动。
无旋流:亦称“势流”、“有势流”。
流体在运动中,它的微小单元只有平动或变形,但不发生旋转运动,即流体质点不绕其自身任意轴转动。
恒定流与非恒定流恒定流:是指流场中的流体流动,空间点上各水力运动要素均不随时间而变化。
严格的恒定流只可能发生在层流,在紊流中,由于流动的无序,其实流速或压强总有脉动,但若取时间平均流速(时均流速)非恒定流:是指流场中的流体流动,空间点上各水力运动要素均随时间的变化而变化。
在非恒定流情况下,流线的位置随时间而变;流线与迹线不重合。
在恒定流情况下,流线的位置不随时间而变,且与迹线重合。
均匀流与非均匀流均匀流——迁移加速度为0均匀流中各过水断面上的流速分布图沿程不变,过水断面是平面,沿程各过水断面的形状和大小都保持一样。
例:等直径直管中的液流或者断面形状和水深不变的长直渠道中的水流都是均匀流。
非均匀流——迁移加速度不等于0的流动非均匀流中流场中相应点的流速大小或方向或同时二者沿程改变,即沿流程方向速度分布不均。
(非均匀流又可分为急变流和渐变流)。
渐变流与急变流渐变流:沿程逐渐改变的流动。
特征:1)流线之间的夹角很小即流线几乎是平行的),同时流线的曲率半径又很大(即流线几乎是直线),其极限是均匀流;2)过水断面可看作是平面;3)渐变流的加速度很小,所以惯性力很小,可以忽略不计,质量力只考虑重力作用。
急变流:沿程急剧改变的流动。
特征:1)流线间夹角很大或曲率半径较小或二者兼而有之,流线是曲线。
2)急变流的加速度较大,因而惯性力不可忽略。
第四章流体动力学基础元流的伯努利方程元流伯努利方程的物理意义与几何意义z:是元流过流断面上单位重量流体从某一基准面算起所具有的位能,称单位位能。
p/ρg : 是元流过流断面上单位重量流体所具有的压能,称单位压能。
z+p/ρg: 是元流过流断面上单位重量流体从某一基准面算起所具有势能,称单位势能。
u 2/ 2g: 是元流过流断面上单位重量流体所具有的动能(kinetic energy),称单位动能。
(1)物理意义:1)元流各过流断面上单位重量流体所具有的机械能(位能、压能、动能之和)沿流程保持不变;2)也表示了元流在不同过流断面上单位重量流体所具有的位能、压能、动能之间可以相互转化的关系。
z 是位置水头;p/ρg 是压强水头;z+p/ρg 是测压管水头;u 2/ 2g是速度水头(velocity head)(2)几何意义:1)元流各过流断面上总水头H(位置水头、压强水头、速度水头之和)沿流程保持不变。
2)也表示了元流在不同过流断面上位置水头、压强水头、速度水头之间可以相互转化的关系。
皮托管测流速常见的皮托管是由装有一半圆球探头的双层套管组成,并在两管末端联接上压差计。
探头端点A处开一小孔与内套管相连,直通压差计的一肢;外套管侧表面沿圆周均匀地开一排与外管壁相垂直的小孔(静压孔),直通压差计的另一肢。
测速时,将皮托管放置在欲测速度的恒定流中某点A,探头对着来流,使管轴与流体运动的方向相一致。
流体的速度接近探头时逐渐减低,流至探头端点处速度为零。
恒定总流的伯努利方程(1)物理意义位(置势)能 Z:表示过流断面上单位重量流体所具有的重力势能;压(力势)能 p/ρg:表示过流断面上单位重量的流体所具有的压力势能;动能αv2/2g:表示过流断面上单位重量的流体所具有的平均动能;(2)几何意义z:称为断面位置水头;p/ρg:称为断面压强水头;αv2/2g:称为断面速度水头;z+p/ρg:称为断面测压管水头;z+p/ρg+u2/2g=H :称为断面总水头。
这些量都具有长度的量纲[L],将这些具有水位高度的量称为水头。
总水头线:沿流管各总水头值的连线,是流管坐标的函数。
水头线:沿流管各测压管水头值的连线,是流管坐标的函数。
水力坡度:单位长度上的水头损失。
测压管水头线坡度:单位长度上测压管水头的降低或升高。
对均匀流动,则总水头线与测压管水头线平行,即J = JP能量方程(伯努力方程)适用条件1)恒定流动;2)流体不可压缩;3)质量力只有重力作用;4)两过水断面处为均匀流或渐变流;5)流量沿程不变;6)两过水断面间无能量输入输出。
第六章流动阻力和水头损失产生流动阻力和能量损失的根源:流体的粘性和紊动。
hw:单位重量流体的平均能量损失称为水头损失。
沿程阻力和沿程水头损失:沿程阻力:当限制流动的固体边界使流体作均匀流动时,流动阻力只有沿程不变的切应力形成的阻力。
沿程水头损失:由沿程阻力作功而引起的水头损失。
沿程水头损失hf:主要由于“摩擦阻力”所引起的,随流程的增加而增加。
局部阻力和局部水头损失局部阻力:液流因固体边界急剧改变而引起速度分布的变化,从而产生的阻力称为局部阻力。
局部水头损失:由局部阻力作功而引起的水头损失称为局部水头损失。
局部阻力水头损失hj :主要是因为固体边界形状突然改变,从而引起水流内部结构遭受破坏,产生漩涡,以及在局部阻力之后,水流还要重新调整结构以适应新的均匀流条件所造成的。
水头线图的绘制方法:1、绘制总水头线。
总水头线总是沿程下降。
在有局部水头损失的地段,有较集中的下降;在有沿程水头损失的地段,则逐渐的下降。
在有外加能量的地点,则有一个集中的上升。
2、绘制测压管水头线。
测压管水头线比总水头线处处低一个流速水头值。
测压管水头线可能沿程下降,也可能会升高。
3、利用已知边界条件作为水头线的起点和终点。
注意:1、理想流动流体的总水头线为水平线;2、实际流动流体的总水头线恒为下降曲线;3、测压管水头线可升、可降、可水平。