流体力学与流体机械复习资料全

《流体力学与流体机械》复习考试资料

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绪论：

1.流体力学是以研究流体（包括液体和气体）为研究对象，研究其平衡和运动基本规律的科学。主要研究流体在平衡和运动时的压力分布、速度分布、与固体之间的相互作用以及流动过程中的能量损失。

2.流体力学的主要研究方法：实验研究、理论分析、数值计算。第一章流体及其物理性质

1.流体：在任何微小剪切力下能产生连续变形的物质即为流体。

主要特征：流动性

2.连续介质假说：质点（而不是分子）是组成宏观流体的最小基元，质点与质点之间没有间隙其物理性质各向同性，且在空间和时间上具有连续性。

3.流体的粘性

（1）流体产生粘性的原因：流体的聚力；动量交换；流体分子和固体壁面之间的附着力。

（2）流层之间的摩擦力:带动力和阻力（一对大小相等、方向相反的作用力）

（3）流体摩擦切应力:τ=μ·（du/dy) (N/m2)

τ=F/A=μ·U/h (N/m2)

（4）相对运动的结果使流体产生剪切变形。流体的粘性就是阻止发生剪切变形的一种特性，而摩擦力则是粘性的动力表现。

（5）粘性的度量：动力粘度μ＝τ/（du/dy) (pa·s)

运动粘度ν＝μ/ρ (m2/s)

温度升高时，流体的粘性降低，气体的粘性增加。

4.课后习题答案

第二章流体静力学

1.作用在流体上的力

（1）表面力：作用在被研究流体的表面上，其大小与被作用的面积成正比，如法向压力和切向摩阻力。（平衡流体不存在表面切向力，只有表面法向力）

（2）质量力：作用在被研究流体的每个质点上，其大小与被研究流体的质量成正比，如重力和惯性力。质量力常用单位质量力表示，所谓单位质量力，是指作用在单位质量流体上的质量力。

2.流体静压力及其特性

流体处于平衡状态时，表面力只有压力，称其为静压力，单位面积上作用的静压力称为静压强。

静压力有两个重要特性：

①静压力垂直于作用面，并沿着作用面法线方向；

②平衡流体中任何一点的静压力大小与其作用面的方位无关，其值均相等。

3.流体平衡微分方程式（压力差公式）

dp=ρ(Xdx+Ydy+Zdz)

4.等压面：平衡流体中压力相等的点所组成的平面或曲面称为等压面。等压面的两个性质：（1）平衡流体中，任一点的等压面恒与质量力正交；（2）当两种互不相混的液体处于平衡时，它们的分界面必为等压面。

5.重力作用下流体静压力的分布规律

（1）静压强分布规律

p=p0+γ(z0-z)=p0+γh

几何意义：

z——位置水头；任一点在基准面 0-0 以上的位置高度，表示单位重量流体从某一基准面算起所具有的位能。

P/γ——测压管高度：表示单位重量流体从压强为大气压算起所具有的压力能（压力水头）。

Z+P/γ——测压管水头（静水头）：单位重量流体的总势能。

6.压力单位和压力测量方法

(1)1at =98066.5Pa =735.58mmHg =10mH20

1atm=760mmHg=1.013×105

P=γ1h1＝γ2h2

(2)

（2）绝对压力（p）、相对压力(p g)、真空度(p v)、大气压力（p a）绝对压力（p）:以绝对真空为零点算起的压力p=p a+p g

相对压力(p g):以大气压为零点算起的压力，又称表压力p g=p-p a

真空度(p v):负的相对压力的绝对值，p v=p a-p

上述三者之间相对关系如下图所示：

(3)静压力测量方法：液柱式、电测式、机械式

7.液体的相对平衡

（1）容器做等加速直线运动时液体的平衡

等压面方程aycosα﹢gz﹢azsinα＝c

流体静压力分布规律p＝p0﹣ρ（aycosα﹢gz﹢azsinα）（2）容器做等角速旋转运动时液体的平衡

等压面方程(ω2r2)/2-gz=c

流体静压力分布规律p=p0+((ω2r2)/2g -z)

8.静止液体对壁面的作用力

（1）作用在平面上的力

总压力 P=p0A+γh c A

压力中心y D=y c+J cx/y c A

（2）作用在曲面上的力P x=γh c A

P z=γV

9.课后习题答案

第三章流体运动学

1.研究流体运动的两种方法

（1）拉格朗日法（跟踪法）

（2）欧拉法（截迹法）

2.基本概念

（1）定常流动：流场中各点的流动参数与时间无关的流动（2）非定常流动：流场中各点的流动参数与时间有关的流动

（3）迹线：流体质点运动的轨迹称为迹线

（4）流线：同一时刻在流场中连续各点的速度方向线

特点：①非定常流时，流线形状随时间改变；定常流时

流体的形状不随时间变化，且与迹线完全重合。

②一般情况下，流线不能相交，且只能是一条光滑的曲线。

（5）流管：在流场中作一条不与同一流线重合的封闭曲线，则通过该曲线上所有点的流线组成的管状表面就称为流管

（6）流束：流管中的所有流体称为流束

（7）总流：流动边界所有流束的总和称为总流。分为有压流、无压流、射流

（8）过流断面：与总流或流束中的流线处处垂直的断面称为过流断面

（9）水力直径：总流过流断面上，流体与固体的接触长度称为湿周，总流过流断面的面积A与湿周χ之比称为水力半径，水力半径的4倍称为水力直径，用d i表示

d i=4×(A/χ)=4R

3.流体运动的连续性方程

流体运动的连续性方程是质量守恒定律在工程流体力学中的具体表现，属于运动学方程，不涉及任何作用力，对理想流体和实际流体均适用。要判断流体是否存在，只要看其是否满足连续性微分方程即可。