1流体力学及应用讲解
流体力学知识点范文
流体力学知识点范文流体力学是研究流体静力学和流体动力学的一个学科，涉及到流体的运动、力学性质以及相关实验和数值模拟方法。
流体力学的应用广泛，包括气象学、海洋学、土木工程、航空航天工程等领域。
以下是流体力学的一些重要知识点。
1.流体的性质流体是一种能够自由流动的物质，包括气体和液体。
与固体不同，流体具有可塑性、可挤压性和物质变形后恢复自然形状的性质。
流体的密度、压力、体积、温度和粘度是流体性质的基本参数。
2.流体的运动描述流体的运动包括膨胀、收缩、旋转和流动等。
为了描述流体的运动，需要引入一些描述流体运动的物理量，如速度、流速、加速度和流量。
流体的速度矢量表示流体粒子的运动方向和速度大小。
3.流体静力学流体静力学研究的是在静压力的作用下，流体内各点之间的静力平衡关系。
流体的静力压力与深度成正比，由于流体的可塑性，静压力会均匀传输到容器中的各个部分。
流体静力学应用于液压系统、液态储存设备和液压机械等领域。
4.流体动力学流体动力学研究的是流体在外力作用下的运动行为。
流体动力学分为流体动力学和流体动量守恒两个方面。
流体动力学研究的是流体的速度和加速度，以及流体流动的力学性质。
流体动量守恒研究的是流体在内外力作用下动量的转移和守恒。
流体动力学应用于气象学、水力学、航空航天工程等领域。
5.流体的流动方程流体力学的基本方程是质量守恒方程、动量守恒方程和能量守恒方程。
质量守恒方程描述了流体的质量守恒原理，即质量在流体中是守恒的。
动量守恒方程描述了流体的动量守恒原理，即外力对流体的动量变化率等于流体的加速度乘以单位质量的流体体积。
能量守恒方程描述了流体的能量守恒原理，即流体在流动过程中能量的转化和传输。
6.流体力学问题的数值模拟由于流体力学问题具有复杂性和非线性性，很多问题难以通过解析方法得到解析解。
因此，数值模拟成为解决流体力学问题的一种重要方法。
数值模拟方法包括有限元法、有限差分法和有限体积法等。
这些方法通过将流体力学问题离散化为一组代数方程来进行数值求解。
阎超 计算流体力学方法及应用(一)
阎超计算流体力学方法及应用(一)阎超计算流体力学方法及什么是计算流体力学方法？计算流体力学方法是一种数值模拟技术，用于研究和解决流体力学问题。
它基于数学模型和计算方法，利用计算机对流体的流动进行数值模拟分析。
计算流体力学方法广泛应用于多个领域，包括航空航天、汽车工程、气象学等。
计算流体力学方法的应用领域计算流体力学方法广泛应用于以下领域：1. 航空航天工程计算流体力学方法在航空航天工程中的应用非常重要。
它可以用来模拟飞行器的气动力学特性，如升力、阻力和侧向力等。
通过模拟气动流场，可以对飞行器的设计进行优化，提高气动效能。
2. 汽车工程计算流体力学方法在汽车工程中的应用也非常广泛。
通过对汽车流场的模拟，可以研究汽车在行驶时的空气动力学特性，如气流阻力和湍流。
这对于改善汽车的燃油经济性和稳定性非常重要。
3. 气象学计算流体力学方法在气象学中的应用可以帮助科学家更好地理解大气环流和天气现象。
通过对大气流场的模拟，可以预测和研究气候变化、风暴和气象灾害等重要气候现象。
4. 医学工程计算流体力学方法在医学工程中的应用也日益重要。
它可以用来模拟人体内的血流动力学特性，对心脏瓣膜和血管的功能进行评估和优化。
这对于研究心脏病的发病机制和设计更好的治疗方法非常有帮助。
5. 土木工程计算流体力学方法在土木工程中的应用可以帮助工程师更好地设计和优化建筑物、桥梁和隧道等结构的气流和水流特性。
这对提高建筑物的抗风、排水和抗液压冲刷能力具有重要意义。
结论计算流体力学方法是一种重要的数值模拟技术，在多个领域都有广泛应用。
它可以帮助科学家和工程师更好地理解和优化流体力学问题。
随着计算机技术的进一步发展，计算流体力学方法将在更多领域中发挥更大作用。
流体力学课程内容思维导图设计及教学应用
流体力学课程内容思维导图设计及教学应用流体力学是研究流体运动规律的学科，是机械、航空、能源、水利等工程学科中的重要基础课程之一。
对于学习流体力学的学生来说，理解和掌握课程内容是非常重要的，思维导图设计可以帮助学生整合和理解知识点，提高学习效果，教学应用中可以运用思维导图来帮助教师进行知识讲解和学生讨论。
流体力学课程内容涵盖了以下几个主要方面：流体的性质和基本概念、流体静力学、流体动力学、流体力学基本方程和流体实验方法。
下面是一个简单的流体力学课程内容思维导图设计，帮助学生整体了解课程结构和各个部分之间的关系：1. 流体的性质和基本概念- 流体的基本性质- 流动性质- 流体的连续性方程和动量守恒方程2. 流体静力学- 静力学基本概念- 流体静压力- 流体静力平衡方程3. 流体动力学- 流体动力学基本概念- 流体的流动方式- 流体的速度分布- 流体的流量和流速分布5. 流体实验方法- 测量流体静压力的方法- 测量流体动压力的方法- 其他流体力学相关实验方法以上思维导图中的内容只是简单展示了流体力学课程的主要内容，实际课程还有更多细分的知识点和实例。
学生可以根据这个思维导图进行有针对性的学习和复习，辅助记忆和理解课程知识。
二、思维导图的教学应用1. 知识讲解：教师可以使用思维导图来进行知识讲解，将知识点有机地组织起来，使学生更容易理解和记忆。
通过思维导图的具体结构，学生可以清晰地看到各个知识点之间的联系和依赖关系。
2. 课堂讨论：教师可以在学生学习了一定的课程内容后，组织课堂讨论，引导学生利用思维导图进行思考和分析。
学生可以将自己的想法和解答写在思维导图的具体节点上，形成一个整体的知识网络，有助于深化学生的理解和思考能力。
3. 作业布置：教师可以根据课程内容设计思维导图作业，要求学生根据自己的学习情况和理解，完成思维导图的填写和完善。
通过作业的完成，教师可以及时了解学生对知识的把握情况，并针对性地进行辅导。
流体力学
第十一讲流体力学我们通常所说的流体包括了气体和液体。
流体具有形状和大小可以改变的特征，这一点和弹性体是类似的，然而，流体仅仅具备何种压缩弹性，例如，用力推动活塞可以压缩密闭气缸中的气体，在撤消外力后，气体将恢复原状，将活塞推出；但流体不具备抵抗形状改变的弹性，在力的作用下，流体因流动而发生形状的改变，，撤消外力后，流体并不恢复原来的形状，流体的这种性质称为流动性。
流体力学的任务在于研究流体流动的规律以及它与固体之间的相互作用。
一、理想流体无论是气体还是流体都是可以压缩的，只不过在通常的情况下，气体较容易被压缩，而液体难以被压缩。
但是，在一定的条件下，我们常常把流动着的流体看着是不可压缩的，这一点对于液体是比较好理解的，因为在对液体加压时，其何种的改变是极其微小的，是可以忽略的；我们之所以把流动着的气体也看作是不可压缩的，是因为气体的密度小，即使压力差不大，也能够迅速驱使密度较大处的气体流向密度较小的地方，使密度趋于均匀，这样使得流动的气体中各处的密度密度不随时间发生明显的变化，这样，气体的可压缩性便可以不必考虑。
不过，当气流的速度接近或超过声速时，因气体的运动造成的各处的密度不均匀的差别不及消失，这时气体的可压缩性会变得非常的明显，不能再看作是不可压缩的。
总之，在一定的问题中，若可不考虑气体的可压缩性，便可将它抽象为不可压缩的理想模型，反之，则需看作是可压缩的液体。
液体都的或多或少的粘性，在静止液体中，粘性无法表现，在流体流动时，，将明显地表现出粘性。
所谓粘性，就是当流体流动时，层与层之间有阻碍相对运动的内摩擦力，如河流中心的水流速度较快，由于粘性，靠近河岸的水几乎不动。
在研究流体时，若流体的流动性是主要的，粘性居于次要地位时，可认为流体完全没有粘性，这样的理想模型叫做非粘性流体，若粘性起着重要的作用，则需将流体看作粘性流体。
如果在流体的运动过程中，流体的可压缩性和粘性都处于极为次要的地位，就可以把流体看作是理想流体。
流体力学例题讲解
第1章 流体运动基本方程
1.8 运动方程
【例题】如图，水在双喷嘴中流动，试求水对喷嘴作用的合力大小及方向。两个
喷嘴的射流速度都是12m/s，导管轴线以及两个喷嘴的轴线都在一个水平面
内， d1 0.15m d2 0.10m d3 0.0，75不m计摩擦 1。000kg / m3
解：由连续方程得 A1V1 A2V2 A3V3
26.2
0.12m3
/
s
V2
Q A2
0.12 0.1002
15.29m / s
4
在2、3面间应用伯努利方程
p2
15.29 2
26 .2 2
3
06
1018 9.81 2 9.81
2 9.81
1.8 运动方程
p2 260 kPa
Fx p2 A2 p3 A3 cos200 Fx Q(V3 cos200 V2 )
g
p1 37.3kPa
p1 A1 0.659 kN
第1章 流体运动基本方程
Fx p1 A1 0 Fx Q2V2x Q3V3x Q1V1x
1.8 运动方程
V2x 12 cos150 11.59m / s V3x 12 cos 300 10.39m / s V1x 8.33m / s
1 (
2 x
u ) y
1 [ c(x2 y2 ) 2 (x2 y2)2
c(x2 y2 ) ] 0 (x2 y2)2
表明除在坐标原点，x、y=0， 未确z 定之外，其余流动的
旋转角速度均为零。
★ 流体微团是否作旋转运动？
第1章 流体运动基本方程
1.6 流体本构方程
【例题】已知粘性流动的速度场为 V 5x 2 yzi 3xy 2 zj 8xyz 2k
流体力学在机械工程中的重要性与应用
流体力学在机械工程中的重要性与应用流体力学是研究流体运动规律的学科，它在机械工程领域扮演着至关重要的角色。
机械工程是关于设计、制造和运用机械设备的学科，而流体力学则为机械工程提供了理论和实践基础，使得机械工程师能够更好地理解和应用流体力学原理。
本文将探讨流体力学在机械工程中的重要性及应用，并分析其对机械工程发展的推动作用。
一、流体力学的重要性流体力学为机械工程师提供了理论基础，能够解释和预测流体在机械设备中的行为。
在机械工程中，流体力学的研究对象包括液体和气体，这些流体在机械系统中的运动和相互作用对机械设备的性能和效果有直接影响。
通过研究流体的压力、速度、密度等性质，机械工程师可以预测流体在管道、泵、阀门等元件中的运动规律，并据此进行机械系统的设计和优化。
因此，流体力学在机械工程中的重要性不可忽视。
二、流体力学在机械工程中的应用1. 管道系统设计与优化管道是机械工程中常见的设备，广泛应用于输送流体、分配能源和传递动力。
流体力学的原理可用于管道的设计和优化，以确保流体在管道中的稳定运输。
通过流体力学的研究，机械工程师可以确定管道的直径、角度、弯曲半径等参数，以最大程度地降低流体的压力损失和阻力，提高管道系统的效率和可靠性。
2. 泵和阀门设计与性能评估泵和阀门是机械工程中常见的流体控制设备，用于调节和控制流体的流动。
流体力学的原理可用于泵和阀门的设计和性能评估。
机械工程师可以通过流体力学的分析，确定泵的工作状态和效率，选择合适的泵型和工作参数。
对于阀门，流体力学可以帮助机械工程师探究流体通过阀门时的速度、流量和压力分布，确保阀门的安全稳定运行。
3. 涡轮机械设计与优化涡轮机械是机械工程中利用流体动力进行能量转换的装置，如汽轮机、水轮机等。
流体力学的原理对于涡轮机械的设计和性能优化至关重要。
机械工程师可以利用流体力学的知识，研究流体通过涡轮叶片时的运动规律，优化叶片形状和角度，提高涡轮机械的转化效率，实现更高的能量转换效果。
流体力学基础讲解
液体的粘性：液体体微团间因相对运 动而产生内摩擦力的性质。
注意： 液体流动时才会出现粘性；静止液体
不呈现粘性。
重要的概念：粘度！是对液体粘性大小的 度量；是选择液压油的主要指标。
流体传动
牛顿内摩擦力定律
y
流体力学基础 u0
dy
u du
u
h
y
0
x
液体粘性示意图
流体传动
流体力学基础
结论：实验测定表明，当液体流动时，相
绝对湿度：每一立方米的湿空气中所含水 蒸气的质量；通常用 表示，即
ms
V
；单位：kg/m3。
另外，也可用下式表示绝对湿度。
流体传动
流体力学基础
式中：
s
ps RsT
ms — 水蒸气的质量，单位为kg；
V — 湿空气的体积，单位为m3； s — 水蒸气的密度，单位为kg/ m3 ；
流体传动
流体力学基础
如前图所示，A 的表面上作用着 Fn 的 法向力和 Fτ 的切向力，则 A 上的平均
法向应力 pm 和切向应力 m 为：
pm
Fn A
;
m
Fτ A
当微小面积 A 趋于零，并对上述关系式 取极限时，则得到流体内某定点处的应力 为：
流体传动
流体力学基础
p lim Fn dFn ; A0 A dA
液体的含气量：液体中所含气体的体积百 分数。
注意：液体中的空气有混入和溶入两种。
问题：什么叫空气的混入和溶入？对液体 物理性质有什么影响？Βιβλιοθήκη 流体传动流体力学基础
当液体中混入了空气，则液体的动力粘度 可按式：B 0(1 0.015B) 计算。
流体力学基础讲解PPT课件
05
流体流动的湍流与噪声
湍流的定义与特性
湍流定义
湍流是一种高度复杂的三维非稳态、带旋转的不规则流动。 在湍流中，流体的各种物理参数，如速度、压力、温度等都 随时间与空间发生随机的变化。
湍流特性
湍流具有随机性、不规则性、非线性和非稳定性等特性。在 湍流中，流体的速度、方向和压力等都随时间和空间发生变 化，形成复杂的涡旋结构。
环境流体流动与环境保护
要点一
环境流体流动
环境中的流体流动对环境保护具有重要影响。例如，大气 中的气流会影响污染物的扩散和迁移，水流会影响水体中 的污染物迁移和沉积等。
要点二
环境保护
通过对环境中的流体流动进行研究和模拟，可以更好地了 解污染物扩散和迁移规律，为环境保护提供科学依据。同 时，通过合理规划和设计流体流动系统，可以有效降低污 染物对环境的影响，保护生态环境。
04
流体流动的能量转换
能量的定义与分类
总结词
能量是物体做功的能力，可以分为机械能、热能、电能等。在流体力学中，主要关注的是机械能中的 动能和势能。
详细描述
能量是物体做功的能力，它有多种表现形式，如机械能、热能、电能等。在流体力学中，我们主要关 注的是机械能，它包括动能和势能两种形式。动能是流体运动所具有的能量，与流体的速度和质量有 关；势能则是由于流体所处位置而具有的能量。
流体流动噪声
流体流动过程中产生的噪声主要包括 机械噪声和流体动力噪声。机械噪声 主要由机械振动和摩擦引起，而流体 动力噪声主要由湍流和流体动力振动 引起。
噪声控制
为了减小流体流动产生的噪声，研究 者们提出了各种噪声控制方法，如改 变管道结构、添加消音器和改变流体 动力特性等。这些方法可以有效降低 流体流动产生的噪声。
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1 压强的单位 SI 制中， N/m2 = Pa，称为帕斯卡
物理学（cgs制）中，绝对大气压（atm）；
毫米汞柱（mmHg）；米水柱（m水柱）等
工程单位制中， kgf/cm2,称为工程大气压（at）。
1 atm(标准大气压)=1.013×105 Pa
=760 mmHg
=10.33 mH2O
1at(工程大气压）=1 kgf/cm2 =735.6mmHg = 10mH2O =9.81 ×104 Pa 1kgf=9.81N
压差的大小只与被测流体及指示
剂的密度、读数R有关，而与U形 压差计放置的位置无关
1.2 管内流体流动的基本方程式
1.2.1 流量和流速
体积流量 流量 质量流量 摩尔流量 体积流速 流速 质量流速 摩尔流速 V ＝ t m qm ＝ t
qV
m3/s
kg/s mol/s qm ＝ qV qn ＝ qm/M
切向力 (剪力) 法向力 (压力)
质量力 ---- 重力 静止流体所受到的力 法向力 ---- 压力（剪力为零）
p0 p1
如图所示：容器中盛有密度为的静止液
体。现从液体内部任意划出一底面积为A的 垂直液柱。若以容器底部为基准水平面，液
柱的上、下底面与基准水平面的垂直距离分 G
别为z1和z2，以p1和p2分别表示高度为z1和z2处 的压强，液面上方的压强为p0。 p2
若液柱上表面取在液面上，令 z1- z2 = h，则上式可写为： p2 ＝ p0 ＋ g h
p2 p0 h g
上述式子均称为流体静力学方程。它反映了流体不受水平外力作用， 只在重力作用下流体内部压强的变化规律。
(1). 当容器液面上方的压力p0 一定时，静止液体内任一点压力 的大小，与液体本身的密度 和该点距液面的深度 h 有关。因此， 在静止的、连通的同一种液体内，处于同一水平面上的各点的
管路上方安装一U形压差计，指示液为水银。已知压差计的读数R＝150mm，试
计算A-A′、B-B′截面的压力差。已知水与水银的密度分别为1000kg/m3和
13600 kg/m3。 解：图中，1-1′面与2-2′面间 为静止、连续的同种流体，且 处于同一水平面，因此为等压 面，即
p1 p1 ' p2 p2 '
R
p1 – pa = p1 (表) = g R
A 1
pa
(2)U形压力计
A
1 h R
p1 = pa + 0 gR – g h
指示液
2
3
0
2．压差计
（1）U型管压差计
指示液的密度为ρ0，被测流体的密度为ρ
p1
p2
pA p1 g (m R)
pA' p2 gm 0 gR
2. 相对密度
是指给定条件下某一物质的密度1与另一参考物质的密度2之比。
1 d 2
3. 比容
是指单
1.1.2 压强及其表示方法
流体的压强------流体垂直作用于单位面积上的力，称为流体的压强，
简称压强。用p表示，工程上习惯称之为压力。
第一章 流体流动
1.1 流体静力学
1.1.1 流体的密度、相对密度和比容
1．流体的密度 流体的密度—单位体积流体的质量。用表示，属于物 性,国际单位用kg/m3
获得方法：（1）查物性数据手册 液体混合物：
m V
（2）公式计算：
气体混合物：
pM m RT
----------理想气体状态方程
2 压强的基准 绝对压力 ---以绝对真空为基准 压强大小的两种表示方法 表压
---以当地大气压为基准
表压＝绝对压力－当地大气压 真空度＝当地大气压－绝对压
表 压
绝 对 压 力 大气压线 真空度
大 气 压
绝对压力
绝对零压线
1.1.3 流体静力学方程
如重力、离心力等，属 于非接触性的力。
质量力
流体所受到的力 表面力
A与A′面 为等压面，即
m
p A p A'
A A’
p1 g (m R) p2 gm 0 gR
R
p1 p2 ( 0 ) gR
(2) 微差压差计 在U形微差压计两侧臂的上端装有扩张室，其
直径与U形管直径之比大于10。压差计内装有密度
分别为1和2的两种指示剂（1略小于2）。存 在微压差p 时，尽管两扩大室液面高差很小以致可
p1
p2
z1
1
z1
忽略不计，但U型管内却可得到一个较大的 R 读数。
R
A、B为等压面：
A
B
p1 1g (z1 R) p2 1gz1 2 gR
2
p1 - p2 = ( 2 - 1) g R
读数放大
(3) 复式压差计 如附图所示，水在管道中流动。为测得A-A′、B-B′截面的压力差，在
又
p1 ' pA gm
pB g (m R) 0 gR
p1 p2 0 gR p2' 0 gR
所以
p A gm pB g (m R) 0 gR
p A pB ( 0 ) gR
整理得
由此可见， U形压差计所测
qn
n ＝ t
…… 平均速度
w ＝ qm A qn G ＝ A
qV u＝ m/s A kg/(m2s) w＝u mol/(m2s) q ＝w A ＝u A m
圆形管道：
qv 4qv u A d2
1.2.2 稳态流动（定态流动）和非稳态流动
1 态流动 （Flow of
Stationary State )。
压力都相等。此压力相等的面，称为等压面。
(2). 当p0 改变时，液体内部各点的压强也将发生同样大小的改 变— 巴斯葛原理。 (3). 压强或压强差的大小可用液柱高度来表示:
p p0 h g
适用场合：连续的不可压缩流体
(5)
1.1.4 流体静力学基本方程式的应用
1. 压力计
pa
(1)单管压力计
分析垂直方向上液柱的受力： 向上： 向下： p2A p1A G＝ mg= Vg= gA (z1- z2)
当液柱处于相对静止状态时，说明作用在此液柱上诸力的合力为零， 即： 化简得： p2A－ p1A － gA (z1- z2)＝0
p2 ＝ p1 ＋ g (z1- z2)
或：
p2 p1 z1 z2 g