流体力学物体绕流流动
自学考试流体力学名词解释汇总
流体力学名词解释1. 流动性：流体在静止时不能承受剪切力，或者说任何微小的剪切力作用，都使流体流动，只要剪切力存在，流动就持续进行。
2. 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. 质点：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。
4. 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。
5. 压缩性：流体受压，分子间距离减小，体积缩小的性质。
6. 膨胀性：流体受热，分子间距离增大，体积膨胀的性质。
7. 等压面：流体中压强相等的空间点构成的面（平面或曲面）。
8. 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。
9. 相对压强：以当地大气压为基准起算的压强。
10. 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。
11. 真空高度：当测点的绝对压强小于当地大气压，即处于真空状态时，hv=Pv/ ρg也是可以直接量测的高度。
12. 位置水头：z为某点在基准面以上的高度，可直接测量，称为位置高度或位置水头。
它的物理意义是单位重量液体具有的相对于基准面的重力势能，简称位能。
13. 压强水头：hp=p/ρg称为测压管高度或压强水头，物理意义是单位重量液体具有的压强势能，称为压能。
14. 测压管水头：z+ p/ρg称为测压管水头，是单位重量液体具有的总势能，物理意义是静止液体中各点单位重量液体具有的总势能相等。
15. 潜体：全部浸入液体中的物体。
16. 浮体：部分浸入液体中的物体。
17. 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。
18. 拉格朗日法：从整个流体运动是无数个质点运动的总和出发，以个别质点为观察对象来描述，再将每个质点的运动情况汇总起来，就描述了流体的整个流动。
19. 欧拉法：是以流动运动的空间点作为观察对象，观察不同时刻各空间点上流体质点的运动，再将每个时刻的情况汇总起来，就描述整个运动。
（完整word版）流体力学流动演示实验
（完整word版）流体⼒学流动演⽰实验流体⼒学流动演⽰实验流体⼒学演⽰实验包括流线流谱演⽰实验、流动演⽰实验两部分。
各实验具体内容如下：第1部分流线流谱演⽰实验1.1 实验⽬的1)了解电化学法流动显⽰原理。
2)观察流体运动的流线和迹线，了解各种简单势流的流谱。
3)观察流体流经不同固体边界时的流动现象和流线流谱特征。
1.2 实验装置实验装置见图1.1。
图1.1 流线流谱实验装置图说明：本实验装置包括3种型号的流谱仪，Ⅰ型演⽰机翼绕流流线分布，Ⅱ型演⽰圆柱绕流流线分布，Ⅲ型演⽰⽂丘⾥管、孔板、突缩、突扩、闸板等流段纵剖⾯上的流谱。
流谱仪由⽔泵、⼯作液体、流速调节阀、对⽐度调节旋钮与正负电极、夹缝流道显- 1 -⽰⾯、灯光、机翼、圆柱、⽂丘⾥管流道等组成。
1.3 实验原理流线流谱显⽰仪采⽤电化学法电极染⾊显⽰技术，以平板间夹缝式流道为流动显⽰平⾯，⼯作液体在⽔泵驱动下从显⽰⾯底部流出，⼯作液体是由酸碱度指⽰剂配制的⽔溶液，在直流电极作⽤下会发⽣⽔解电离，在阴极附近液体变为碱性，从⽽液体呈现紫红⾊。
在阳极附近液体变为酸性，从⽽液体呈现黄⾊。
其他液体仍为中性的橘黄⾊。
带有⼀定颜⾊的流体在流动过程中形成紫红⾊和黄⾊相间的流线或迹线。
流线或迹线的形状，反映了机翼绕流、圆柱绕流流动特性，反映了⽂丘⾥管、孔板、突缩、突扩、闸板等流道内流动特性。
流体⾃下⽽上流过夹缝流道显⽰⾯后经顶端的汇流孔流回⽔箱中，经⽔泵混合，中和消⾊，循环使⽤。
实验指导与分析如下：1)Ⅰ型演⽰仪。
演⽰机翼绕流的流线分布。
由流动显⽰图像可见，机翼右侧即向天侧流线较密，由连续⽅程和能量⽅程可知，流线密，表明流速⼤、压强低；⽽机翼左侧即向地侧流线较稀疏，表明速低、压强较⾼。
这表明机翼在实际飞⾏中受到⼀个向上的合⼒即升⼒。
本仪器通过机翼腰部孔道流体流动⽅向可以显⽰出升⼒⽅向。
此外，在流道出⼝端还可以观察到流线汇集后，并⽆交叉，从⽽验证流线不会重和的特性。
流体力学 第八章 绕流运动
第八章绕流运动一、应用背景1、问题的广泛存在性：在自然界和工程实际中，存在着大量的流体绕物体的流动问题（绕流问题），如：飞机在空气中的飞行、河水流过桥墩、大型建筑物周围的空气流动、植物护岸（消浪，船行波），粉尘颗粒在空气中的飞扬和沉降，水处理中固体颗粒污染物在水中的运动。
（一种：流体运动；另外一种：物体运动），我们研究，将坐标系固结于物体上，将物体看成静止的，讨论流体相对于物体的运动。
2、问题的复杂性上一章的内容中可以看出，流体力学的问题可以归结为求解在一定边界条件和初始条件下偏微分方程组的求解。
但描述液体运动的方程式非常复杂的：一方面，是方程的非线性性质，造成方程求解的困难；另一方面，复杂的边界条件和初始条件都给求解流体力学造成了很多麻烦。
迄今为止，只有很少数的问题得到了解决。
平面泊萧叶流动，圆管coutte流动等等。
而我们所要解决的绕流问题正是有着非常复杂的边界条件。
3、问题的简化及其合理性流体力学对此的简化则是，简化原方程，建立研究理想液体的势流理论。
实际液体满足势流运动的条件：粘性不占主导地位，或者粘性还没有开始起作用。
正例：远离边界层的流体绕流运动、地下水运动、波浪运动、物体落入静止水体中，水的运动规律研究。
反例：研究阻力规律、能量损失、内能转换等等。
圆柱绕流（经典之一）半无限长平板绕流（经典之二）分成两个区域：一个区域是远离边界的地方，此区域剪切作用不明显，而且流体惯性力的影响远远大于粘性力的影响（理想液体）（引导n-s方程）；另一个是靠近边界的地方（附面层，粘性底层），此区域有很强烈的剪切作用，粘性力的影响超强，据现代流体力学的研究表明，此区域是产生湍流的重要区域，有强烈的剪切涡结构，但此区域只有非常薄的厚度。
此区域对绕流物体的阻力、能量耗损、扩散、传热传质都产生重要影响。
4、本章的主要研究内容（1） 外部：理想液体，（简化方法，求解方式）、（2） 内部：附面层理论，（简化方法，求解方式，求解内容，现象描述） （3） 两者的衔接。
流体力学第六章 势流理论
2 r2 2
r2
Q ln(1 x cos1 )
2
r2
是个小量，利用泰劳展开得:
Q x cos1 2 r2
当δx→０时，Ｑδx→Ｍ， θ1 →θ，r2→r
利用泰劳展开: ln(1 z) z z2 z3
23
令 z x cos1
r2
展开后并略去δx 二阶以上小量，可得：
Q x cos1 2 r2
极坐标下： M cos
2 r
（６-１0）
直角坐标下：
M
2
x x2 y2
（６-11）
对于流函数：
1
2
Q
2
(1
2)
Q
2
( )
这里：r2＝ x Sinθ1
所以
x sin 1
r2
代入上式得: Q x sin1
2 r2
当δx→0时，Ｑδx→Ｍ，ｒ2→ｒ，θ1→θ
等势线：圆心在ｘ轴上，与ｙ轴相切的一组圆。
这些圆与ψ＝const正交
注意：
偶极子的轴线和方向
轴线：源和汇所在的直线
方向：由汇指向源的方向
图6-8（b）
偶极子的方向
为ｘ轴负向
四、点涡（环流）
点涡：无界流场中坐标原点处一无穷长直线涡，
方向垂直于x0y平面，与xoy平面的交点 诱导速度沿点涡为中心的圆周切线方向，大小
第六章 势流理论
课堂提问：为什么上、下弧旋乒乓球的应对方法不同？
势流:理想流体绕物体的流动,或为无旋流动。 像波浪、机翼升力等问题用势流理论进行
研究可获得满意结果。
求解势流问题的思路如下： １.流体力学最终目的是求流体作用于物体上的
力和力矩； ２.为求力和力矩，须知物面上压力分布，即
自考流体力学名词解释
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，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。
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。
第三章流体动力学基础拉格朗日法：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。
流体力学之外部绕流
3.边界层旳概念Boundary Layer
①边界层，又称附面层。当粘性流体以 大雷诺数绕流静止物体时，在壁面附近 将出现一种流速由壁面上旳零值迅速增 至与来流速度相同数量级旳薄层，称为 边界层。
德国流体力学家普朗特（L.Prandtle）创建旳边 界层理论：
EXIT
u0
边界层(Boundary Layer) y
过
层
渡
流
段
0.99u0 势流区
附 u0
面
边界层旳形成层 δk
紊流附面层 粘性底层
附面层又称为边界层，是指紧靠物体表面x流速梯 度很大旳流xx动kk 薄层。
以平面绕流为例，若来流流速 u0是均匀分布旳， 方向与平板平行，平板固定不动。因为粘性作用 使紧靠平板表面旳流体质点流速为零，平板附近 旳流体质点因为内摩擦作用也不同程度地受到平 板旳阻滞作用，当Re数很大时，这种作用只反 应在平板附近旳附面层里。这么，在流场中就出 现了两个性质不同旳流动区域。
曲面附面层旳分离现象与卡门涡街
卡门涡街（Karman Vortex Street）
定常流绕过某些物体时，在一定条件下，物体
两侧周期性旳脱落出旋涡，使物体背面形成旋转 方向相反、有规则交错排列旳漩涡组合，称为卡 门涡街 。
例如圆柱绕流，在圆柱体后半部分，流动处于减 速增压区，附面层将要发生分离，圆柱体背面旳 流动图形取决于
6.2边界层分离SEPARATION
1.曲面边界层旳分离现象
是指流体从曲面某一位置开始脱离物面，并在下游 出现回流现象，这种现象又称为边界层脱体现象。
曲面边界层旳分离现象
当流体绕着一种曲面物体流动时，沿边界层外边界 上旳速度和压强都不是常数。如图所示，在曲面体 MM′断面此前，因为过流断面收缩，流速沿程增 长，压强沿程减小
流体运动中的绕流现象
流体运动中的绕流现象概述流体运动指的是液体或气体在外力驱动下发生的运动现象。
在流体运动中，经常会出现一些特殊的现象，例如绕流现象。
绕流现象指的是流体在遇到障碍物时，形成绕过障碍物的流动路径。
这种现象在自然界和工程实践中都非常常见，对于了解流体的运动规律以及优化流体的工程应用具有重要意义。
本文将从绕流现象的原理、影响因素及应用等方面进行探讨，通过分析相关实验研究和工程案例，深入了解绕流现象在流体运动中的重要性和发展现状。
绕流现象的原理绕流现象的产生主要是由于流体与障碍物之间的相互作用引起的。
当流体遇到障碍物时，会形成流体分层和速度分布的变化，从而导致流体绕过障碍物流动形成绕流。
绕流现象的原理可归纳为以下几个方面：1. 动量传递流体运动中的绕流现象是由于流体中质点的力相互作用引起的。
当流体流过障碍物时，由于障碍物表面与流体之间的摩擦力，会导致流体分子传递动量给障碍物表面。
这种动量传递会产生反作用力，使流体开始绕过障碍物流动。
这个过程中，障碍物表面的形状和材质对动量传递起着重要的影响。
2. 惯性效应在流体运动中，流体的惯性也是产生绕流现象的重要原因之一。
当流体流动的速度较大时，流体分子具有较大的惯性，因此在遇到障碍物时会产生绕流现象。
这种绕流现象在高速流动的情况下尤为显著，流体分子会在障碍物周围形成旋涡，并绕过障碍物流动。
3. 障碍物形状和大小障碍物的形状和大小也对绕流现象起着重要的影响。
当障碍物的形状和大小与流体流动的特性相匹配时，绕流现象会更加明显。
例如，当流体遇到一个圆柱体时，会形成一个稳定的绕流区域；而当流体遇到一个尖锐的障碍物时，会形成一个不稳定的绕流区域。
因此，通过调整障碍物的形状和大小，可以控制绕流现象的发生和发展。
绕流现象的影响因素绕流现象被广泛应用于工程实践中，因此了解绕流现象受到的影响因素对于合理设计和优化工程具有重要意义。
以下是常见的影响因素：1. 流体性质流体的性质对绕流现象的发生和发展具有重要影响。
流体的圆柱绕流和球体绕流
流体的圆柱绕流和球体绕流流体力学是一门研究流体运动规律的学科，其中圆柱绕流和球体绕流是其中两个重要的研究领域。
本文将对这两个问题进行探讨和分析。
一、圆柱绕流圆柱绕流是指流体绕过圆柱体的运动情况。
这个问题的研究对于建筑物、桥梁等结构的设计以及风力发电、水力发电等领域的应用具有重要意义。
圆柱绕流问题的研究可分为二维和三维两种情况。
二维情况下，流体运动在一个平面内进行，圆柱绕流主要表现为流体分离和脱落现象。
三维情况考虑了流体运动的立体特性，圆柱绕流的现象更加复杂，例如涡脱落、涡欧拉现象等。
对于圆柱绕流问题，研究者发现了一些重要的现象和特点。
例如，在二维情况下，当雷诺数（Reynolds number）小于约50时，流体边界层分离现象较为明显；而在Reynolds数大于约50时，主要以卡门漩涡（von Kármán vortex）为特征。
此外，三维情况下，流体流动情况更为复杂，存在多种多样的涡流结构。
圆柱绕流问题的研究方法有很多，例如实验方法和数值模拟方法。
实验方法通常使用风洞试验或水洞试验，通过测量流场参数来获得流体运动规律。
数值模拟方法则通过计算流体的动力学方程，以及采用适当的网格划分和离散算法，模拟圆柱绕流的流体运动情况。
二、球体绕流球体绕流是指流体绕过球体的运动情况。
球体绕流问题的研究同样对于许多领域具有重要意义，如船舶设计、飞行器空气动力学、流体工程等。
和圆柱绕流相比，球体绕流的流动状态更加复杂。
在低雷诺数下，流体会产生分离现象，形成稳定的涡结构；而在高雷诺数下，流体的运动规律更加多样，可能出现流体脱离球体的现象。
球体绕流问题的研究同样采用实验方法和数值模拟方法。
实验方法中，可以通过在风洞中进行测量，如测量压力分布和速度分布，来获得流体运动的相关信息。
数值模拟方法则通过求解流体动力学方程，并应用适当的离散化算法计算球体绕流的流场。
综合来说，圆柱绕流和球体绕流是流体力学领域中的两个重要问题。
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x* ux*x,
L
,uxy**xu**yuxL*y*xuuu
y,
0
* y
u
* y
yp**
u
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y *
p0
u
2 0
p x
* *
无量纲的基本方程组：
1 R eL
2
u
* x
x *2
2
u
* x
y *2
u
* x
u
* y
x *
u
* y
u
* y
y *
p* y *
1 R eL
2u
* y
x*2
2
u
* x
y* y*2 x* x*2
的量级
由连续方程得
u*y y*
u
* x
x*
O1
积分得
u
* y
y*
u
* y
dy*
O
*
0 y*
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流体绕流流动
11
u
* y
x*
O*
2u
* y
x*2
O*
2u
* y
y *2
O
1
*
3. p* 及 p* 的量级
x*
y *
压力梯度是起调节作用的被动的力。它们的量级由方程中其它
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流体绕流流动
4
一、边界层特点10.1.2 边界层基本概念
1. 边界层很薄 普朗特理论：边界层内惯性力与粘性力量级相等。
u u ~ 2u
x y2
U 2 U l ~ 2
2
l2
~
Ul
~ 1
l Re
当Re 106 , l 0.001
2. 边界层厚度增长 2 (x) ~ x2 Ux
2
u
* y
y *2
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流体绕流流动
9
在大Re L 数情况下边界层内的流动有如下两个主要性质：
(1)边界层的厚度δ较物体的特征长度 L小得多,即 * L是一 个小量。 (2)在边界层内粘性力和惯性力同数量级。
对“量级”的两点说明： (1)估计量级必须有个标准。在边界层问题中,我们取δ*作 为估计量级的标准。并采用符号 Ο ,例如Ο（δ*）表示和δ* 同量级。 (2)所谓量级不是指该物理量或几何量的具体数值,而是指 该量在整个区域内相对于标准小参数(在边界层问题中,即 相对于δ*)而言的平均水平。所以允许Ο(1)的量(即与1同 量级的量)甚至比1大一个量级的量在个别点上或局部小区 域内取较小的数值,甚至等于零,重要的是它的平均水平是 与1同量级,或比1大一个量级就行了。
类型力中的最大量级所决定
p* O1
x*
p*
y*
O
*
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(x)~ x
U
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流体绕流流动
5
Байду номын сангаас
3. 边界层内流态
实验测量表明边界层内层流 态向湍流态转捩的雷诺数为
Rexcr 3.2105
二、边界层厚度
1名义厚度δ
定义为速度达到外流速度99%的厚度。
对平板层流边界层
5.0 x U
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流体绕流流动
6
2.排挤厚度（位移厚度）
将由于不滑移条件造成的质量亏 损折算成无粘性流体的流量相应 的厚度δd 。又称为 质量流量亏损厚度
uo
uo
uy
d
d
0
1
u uo
dy
3. 动量损失厚度δm
将由于不滑移条件造成的动量流 量亏损折算成无粘性流体的动量 流量相应的厚度δm 。
• 动量损失厚度<排挤厚度
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流体绕流流动
m
0
u u0
1
u uo
dy
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10.2 平板边界层流动
10.2.1 普郎特边界层方程
ux u y 0 x y
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流体绕流流动
2
如图，平板前方均匀来流的速度v∞，从平板前缘开始 形成边界层，其厚度沿流增加。在边界层外缘附近流 速渐近于当地外流速度。认为边界层厚度是沿表面法
线方向从到的一段距离。 边界层定义：绕流物体表面上一层厚度很小且其中的
流动具有很大法向速度梯度的流动区域。
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流体绕流流动
1
用N-S方程可以得到小雷诺数流动条件下的近似解， 工程上涉及到大雷诺数流动，要寻求新的近似方法。 若采用欧拉方程,同时在固体壁面上采用滑移条件(而不是无滑 移粘附条件),这就是理想流体的模型。在理想流体模型的范围 内,算出的物体表面的压力分布,在流动不分离或在接近尾缘处 有小分离区的情况下与实测结果比较符合。但无法解决阻力 问题。 在实际流体绕流固体时，固体边界上的流速为0，在 固体边界的外法线方向上的流体速度从0迅速增大，在边 界附近的流区存在相当大的速度梯度，在这个流区内粘 性作用不能忽略，边界附近的流区称为边界层（或附面 层），边界层外流区，粘性作用可以忽略，当作理想流 体来处理。
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流体绕流流动
10
1. u*x及其各阶导数
u*x O1
u
* x
O1
x*
u
* x
y*
,
2
u
* x
y *2
,
u
* x
x*
,
2u
* x
x*2
u
* x
y*
O
1
*
2u *x x*2
O1
的量级
2u
* x
y *2
O
1
*2
u 2.
* y
及其各阶导数
u
* y
,
2
u
* y
,
u
* y
,
流体绕流流动
3
整个流场可以明显地分成性质很不相同的两个区域：
(1)紧贴物面非常薄的一层区域称为边界层。在该区域内,速度
分量注量级意u。x沿：即物面ux 的y 甚法向大变。化虽非然常在迅大速,R它e 比数沿情切况向,的变化很高小一, 但个数因
很1大. ,对故于粘平性板应绕力流 ， 边u界x 层y 外缘仍，然对可于以弯达曲到固很壁高，的边数界值层。 2)边界外层缘外。的整个流动区域称为外部流动区域。在该区域内 , 很力2小小. ,得因边多此界,粘可层性以的应将外力粘边性界力线全与ux部流略y线去不,重在因合大而，把Re外流数流体情区近况域似下中地的的看确流成比是惯理性 想的。体对质于点均可匀以来连流续绕地过穿物过体边的界流层动的而外言缘,在进整入个边外界部层流内动。区域 中不仅可把流体视为理想的,而且可视为运动是无旋的。
例1：空气运动粘度 1.4105 m2 s 设汽车h 1.5m , V 80 km h 22 m s
Re
Vh
22 1.5 1.4 105
2.4 106
例2：水运动粘度 1106 m2 s
设船 l 10m , V 10 km h 2.8 m s
Re
Vl
2.810 1106
2.8 107
大Re数流动是常见现象.
ux
u x x
uy
u x y
1
p x
v
2u x x 2
2u x y 2
ux
u y x
uy
u y y
1
p y
v
2u y x 2
2u y y 2
10 5
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流体绕流流动
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今以来流速度u0 为特征速度,平板长度 L 为特征长度。引进如
下无量纲量
u* x
ux u0