流體力學(xué)教材.docVIP

流體力學(xué)基礎(chǔ)復(fù)習(xí)大綱第1章 緒論一、概念1、什么是流體？在任何微小剪切力持續(xù)作用下連續(xù)變形的物質(zhì)叫做流體（易流動(dòng)性是命名的由來(lái)）流體質(zhì)點(diǎn)的物理含義和尺寸限制？宏觀尺寸非常小，微觀尺寸非常大的任意一個(gè)物理實(shí)體宏觀體積極限為零，微觀體積大于流體分子尺寸的數(shù)量級(jí)什么是連續(xù)介質(zhì)模型？連續(xù)介質(zhì)模型的適用條件；假設(shè)組成流體的最小物質(zhì)是流體質(zhì)點(diǎn)，流體是由無(wú)限多個(gè)流體質(zhì)點(diǎn)連綿不斷組成，質(zhì)點(diǎn)之間不存在間隙。分子平均自由程遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于流動(dòng)問(wèn)題特征尺寸2、可壓縮性的定義；作用在一定量的流體上的壓強(qiáng)增加時(shí)，體積減小體積彈性模量的定義、與流體可壓縮性之間的關(guān)系及公式；Ev=-dp/(dV/V) 壓強(qiáng)的改變量和體積的相對(duì)改變量之比Ev=1/t 體積彈性模量越大，流體可壓縮性越小氣體等溫過(guò)程、等熵過(guò)程的體積彈性模量；等溫Ev=p等嫡Ev=kp k=Cp/Cv不可壓縮流體的定義及體積彈性模量；作用在一定量的流體上的壓強(qiáng)增加時(shí)，體積不變Ev=dp/(d/) （低速流動(dòng)氣體不可壓縮）3、流體粘性的定義；流體抵抗剪切變形的一種屬性動(dòng)力粘性系數(shù)、運(yùn)動(dòng)粘性系數(shù)的定義、公式；動(dòng)力粘度：，單位速度梯度下的切應(yīng)力 =/(dv/dy)運(yùn)動(dòng)粘度：，動(dòng)力粘度與密度之比，v=/理想流體的定義及數(shù)學(xué)表達(dá)；v=0的流體牛頓內(nèi)摩擦定律（兩個(gè)表達(dá)式及其物理意義）；=+-dv/dy（大于零）、=v/切應(yīng)力和速度梯度成正比粘性產(chǎn)生的機(jī)理，粘性、粘性系數(shù)同溫度的關(guān)系；液體：液體分子間的距離和分子間的吸引力，溫度升高粘性下降氣體：氣體分子熱運(yùn)動(dòng)所產(chǎn)生的動(dòng)量交換，溫度升高粘性增大牛頓流體的定義；符合牛頓內(nèi)摩擦定律的流體4、作用在流體上的兩種力。質(zhì)量力：與流體微團(tuán)質(zhì)量大小有關(guān)的并且集中在微團(tuán)質(zhì)量中心上的力表面力：大小與表面面積有關(guān)而且分布在流體表面上的力二、計(jì)算1、牛頓內(nèi)摩擦定律的應(yīng)用間隙很小的無(wú)限大平板或圓筒之間的流動(dòng)。第2章 流體靜力學(xué)一、概念1、流體靜壓強(qiáng)的特點(diǎn)；理想流體壓強(qiáng)的特點(diǎn)（無(wú)論運(yùn)動(dòng)還是靜止）；流體內(nèi)任意點(diǎn)的壓強(qiáng)大小都與都與其作用面的方位無(wú)關(guān)2、靜止流體平衡微分方程，物理意義及重力場(chǎng)下的簡(jiǎn)化微元平衡流體的質(zhì)量力和表面力無(wú)論在任何方向上都保持平衡歐拉方程 =0 流體平衡微分方程重力場(chǎng)下的簡(jiǎn)化：d=-dW=-gdz3、不可壓縮流體靜壓強(qiáng)分布（公式、物理意義），帕斯卡原理；不可壓縮流體靜壓強(qiáng)基本公式z+p/g=C不可壓縮流體靜壓強(qiáng)分布規(guī)律 p=p0+gh平衡流體中各點(diǎn)的總勢(shì)能是一定的靜止流體中的某一面上的壓強(qiáng)變化會(huì)瞬間傳至靜止流體內(nèi)部各點(diǎn)4、絕對(duì)壓強(qiáng)、計(jì)示壓強(qiáng)（表壓）、真空壓強(qiáng)的定義及相互之間的關(guān)系；絕對(duì)壓強(qiáng)：以絕對(duì)真空為起點(diǎn)計(jì)算壓強(qiáng)大小記示壓強(qiáng)：比當(dāng)?shù)卮髿鈮捍蠖嗌俚膲簭?qiáng)真空壓強(qiáng)：比當(dāng)?shù)卮髿鈮盒《嗌俚膲簭?qiáng)絕對(duì)壓強(qiáng)=當(dāng)?shù)卮髿鈮?表壓表壓=絕對(duì)壓強(qiáng)-當(dāng)?shù)卮髿鈮赫婵諌簭?qiáng)=當(dāng)?shù)卮髿鈮?絕對(duì)壓強(qiáng)5、各種U型管測(cè)壓計(jì)的優(yōu)缺點(diǎn)；單管式：簡(jiǎn)單準(zhǔn)確；缺點(diǎn)：只能用來(lái)測(cè)量液體壓強(qiáng)，且容器內(nèi)壓強(qiáng)必須大于大氣壓強(qiáng)，同時(shí)被測(cè)壓強(qiáng)又要相對(duì)較小，保證玻璃管內(nèi)液柱不會(huì)太高U：可測(cè)液體壓強(qiáng)也可測(cè)氣體壓強(qiáng)；缺：復(fù)雜傾斜管：精度高；缺點(diǎn)：？6、作用在平面上靜壓力的大小（公式、物理意義）。F=p S+gsiny S當(dāng)p =大氣壓強(qiáng)，F(xiàn)=gsiny S壓力中心：二、計(jì)算1、U型管測(cè)壓計(jì)的計(jì)算；2、絕對(duì)壓強(qiáng)、計(jì)示壓強(qiáng)及真空壓強(qiáng)的換算；3、平壁面上靜壓力大小的計(jì)算。第3章 流體動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)一、概念1、描述流體運(yùn)動(dòng)的兩種方法（著眼點(diǎn)、數(shù)學(xué)描述、拉格朗日及歐拉變數(shù)）；拉格朗日法：（拉格朗日變數(shù)(a,b,c,t)）用質(zhì)點(diǎn)的初始坐標(biāo)和時(shí)間變量共同表達(dá)質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)規(guī)律描述每個(gè)流體質(zhì)點(diǎn)自始至終的運(yùn)動(dòng)規(guī)律、觀察連續(xù)變化的整個(gè)質(zhì)點(diǎn)系歐拉法：(歐拉變數(shù)（x,y,z,t）)以數(shù)學(xué)場(chǎng)論為基礎(chǔ)、著眼于任何時(shí)刻物理量在場(chǎng)上的分布規(guī)律的流體運(yùn)動(dòng)描述方法/描述空間某點(diǎn)流體運(yùn)動(dòng)物理量隨時(shí)間的變化規(guī)律及由一點(diǎn)轉(zhuǎn)向另一點(diǎn)時(shí)該量的變化不同瞬間物理量在空間上的分布系統(tǒng)和控制體的概念；系統(tǒng)：某一確定流體質(zhì)點(diǎn)集合的總體控制體：流場(chǎng)中某一確定的空間區(qū)域2、流場(chǎng)的概念，定常場(chǎng)、非定常場(chǎng)、均勻場(chǎng)、非均勻場(chǎng)的概念及數(shù)學(xué)描述；流場(chǎng)：流體流動(dòng)空間形成的物理量連續(xù)分布的場(chǎng)定常場(chǎng)：流場(chǎng)中的速度、壓強(qiáng)等物理量的分布與時(shí)間無(wú)關(guān)均勻場(chǎng)：流暢中的速度、壓強(qiáng)等物理量與空間坐標(biāo)無(wú)關(guān)3、一元、二元、三元流動(dòng)的概念；除時(shí)間坐標(biāo)外，流動(dòng)參數(shù)隨一個(gè)、兩個(gè)、三個(gè)空間坐標(biāo)變化4、物質(zhì)導(dǎo)數(shù)的概念及公式：物質(zhì)導(dǎo)數(shù)（質(zhì)點(diǎn)導(dǎo)數(shù)）：運(yùn)動(dòng)中的流體所具有的物理量對(duì)時(shí)間的變化率 dN/dt局部導(dǎo)數(shù)（當(dāng)?shù)貙?dǎo)數(shù)）:質(zhì)點(diǎn)沒(méi)有空間變位時(shí)，物理量對(duì)時(shí)間的變化率，反應(yīng)流場(chǎng)的非定常性對(duì)流導(dǎo)數(shù)（遷移導(dǎo)數(shù)、對(duì)流導(dǎo)數(shù)）：質(zhì)點(diǎn)經(jīng)過(guò)dt時(shí)間處于不同位置時(shí)，物理量對(duì)時(shí)間的變化率，反應(yīng)流場(chǎng)的非均勻性流體質(zhì)點(diǎn)加速度、不可壓縮流體、均質(zhì)不可壓縮流體的數(shù)學(xué)描述；速度的質(zhì)點(diǎn)導(dǎo)數(shù)（dvx/dt,dvy/dt,dvz/dt三個(gè)公式）不可壓縮流體：d/dt=0均質(zhì)不可壓縮流體：=const5、流線、跡線的定義、特點(diǎn)和區(qū)別，跡線：流體質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)軌跡 特點(diǎn)：流場(chǎng)中實(shí)際存在的線、同一質(zhì)點(diǎn)不同時(shí)刻空間位置的連線、和時(shí)間過(guò)程有關(guān)的曲線隨時(shí)間增長(zhǎng)而延長(zhǎng)，拉格朗日方法下的概念流線：某瞬間流場(chǎng)中一條假設(shè)的曲線，該曲線上各點(diǎn)速度方向和曲線在該點(diǎn)切線方向重合 特點(diǎn)：是某瞬間假設(shè)的曲線、不同質(zhì)點(diǎn)同一時(shí)刻空間位置的連線描述線上各質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)方向、定常流動(dòng)流線形狀位置不隨時(shí)間改變、一般情況流線不相交或轉(zhuǎn)折、流線走向和疏密反應(yīng)某瞬時(shí)流場(chǎng)內(nèi)流體速度方向和大?。?，大）、歐拉方法下的概念什么時(shí)候兩線重合；定常流動(dòng)時(shí)流管的概念；在流場(chǎng)中做一封閉且不自相交的曲線C，某瞬間通過(guò)該曲線上的流線構(gòu)成的管狀表面總流、微小流束、質(zhì)量流量、體積流量、平均速度的概念；總流：流管內(nèi)所有流線的總和微小流束：微小流管內(nèi)所有流線的總和質(zhì)量流量：?jiǎn)挝粫r(shí)間通過(guò)流管過(guò)流斷面的流體質(zhì)量體積流量：?jiǎn)挝粫r(shí)間通過(guò)流管過(guò)流斷面的流體體積平均速度：假設(shè)過(guò)流斷面上各點(diǎn)速度相等，通過(guò)的流量與實(shí)際流量相等6、流量不變方程的物理意義、公式及適用條件；單位時(shí)間內(nèi)流入的和流出控制體的流體質(zhì)量相等1v1dA1=2v2dA27、微分形式連續(xù)方程的適用條件、物理意義、公式及各種簡(jiǎn)化形式；理想流體和粘性流體質(zhì)量守恒定律在流體力學(xué)中的具體表達(dá)式一元：v1A1=v2A2二元、三元： 定常： 不可壓縮流動(dòng)：8、粘性流體中一點(diǎn)的應(yīng)力狀態(tài)與理想流體有什么區(qū)別；應(yīng)力大小與作用面方位有關(guān)9、N-S方程的物理意義（不要求公式）；作用在流體上的力平衡關(guān)系式F-ma=0什么是本構(gòu)方程？確定應(yīng)力與變形速度關(guān)系的方程式切應(yīng)力公式見(jiàn)第一章內(nèi)容10、沿流線的伯努利方程：公式、各項(xiàng)物理和幾何意義、總體物理和幾何意義z+p/g+v/2g=Cz 單位重力流體的位能，位置水頭，流體質(zhì)點(diǎn)相對(duì)于基準(zhǔn)面的高度p/g 單位重力流體的壓能，壓強(qiáng)水頭，產(chǎn)生壓強(qiáng)p所需的流體柱高度v/2g 單位重力流體的動(dòng)能，速度水頭，不考慮阻力時(shí)流體以速度v垂直上射的高度適用條件（注意單位重量流體和單位質(zhì)量流體伯努利方程的不同表達(dá)形式式）；理想不可壓流體、定常流動(dòng)、質(zhì)量力有勢(shì)且只有重力、沿同一條流線成立、無(wú)其他能量輸入輸出單位質(zhì)量流體：?jiǎn)挝恢亓浚?1、理想流體總流伯努利方程：公式、各項(xiàng)物理和幾何意義、總體物理和幾何意義、適用條件（注意方程表達(dá)形式及量綱）； 動(dòng)能修正系數(shù)一般為1理想不可壓流體、定常流動(dòng)、質(zhì)量力有勢(shì)且只有重力、兩過(guò)流斷面是緩變流過(guò)流斷面、兩過(guò)流斷面間無(wú)能量輸入輸出緩變流概念及數(shù)學(xué)描述；流線切線之間的夾角很?。骶€平行），流線曲率很小（流線近似于直線）動(dòng)能修正系數(shù)概念（層流和湍流狀態(tài)分別取什么值）；反應(yīng)過(guò)流斷面上速度分布的不均勻性h軸與功率的關(guān)系；P=gqvh軸 （泵和壓縮機(jī)為負(fù)，渦輪機(jī)為正）12、畢托管、文丘里流量計(jì)測(cè)量的參數(shù)及測(cè)量原理；（不要硬記公式）13、動(dòng)量方程適用條件、式中各項(xiàng)的物理意義、簡(jiǎn)化公式（求和形式的那個(gè)公式）、求解時(shí)需要注意的事項(xiàng)；二、計(jì)算1、積分形式的動(dòng)量方程、連續(xù)方程同伯努利方程的綜合應(yīng)用；（注意坐標(biāo)系、控制體的選取、受力分析時(shí)管道問(wèn)題尤其要注意表壓力是否存在）；2、伯努利方程的應(yīng)用；3、物質(zhì)導(dǎo)數(shù)的計(jì)算，如流體質(zhì)點(diǎn)加速度或流體質(zhì)點(diǎn)某物理量對(duì)時(shí)間的變化率；4、微分形式連續(xù)方程的應(yīng)用：判斷流動(dòng)是否存在，求某方向的流動(dòng)速度等。第5章 管中流動(dòng)一、概念0、準(zhǔn)則數(shù)的定義（哪兩種力的比）、數(shù)學(xué)描述；慣性力/粘性力 Re=vl/ (v特征速度，l特征長(zhǎng)度【圓管中此項(xiàng)為d】)1、 流動(dòng)的兩種狀態(tài)及判斷準(zhǔn)則數(shù)；層流、湍流Re2320 湍流Re2320 層流圓管流動(dòng)臨界雷諾數(shù)的值以及計(jì)算雷諾數(shù)時(shí)的特征長(zhǎng)度和特征速度是什么？2320特征長(zhǎng)度為管道直徑，特征速度為圓管過(guò)流斷面平均速度水力直徑、起始段和充分發(fā)展流動(dòng)的概念；S是流體與固體邊界接觸部分周長(zhǎng)起始段長(zhǎng)度L=0.03Re2、 圓管層流的速度分布及公式、切應(yīng)力分布及公式，最大速度與平均速度之間的關(guān)系； *一定要記??！最大速度r=0 最大速度=2平均速度 （)哈根-伯蕭葉定律*記住！=2，=4/33、 湍流瞬時(shí)物理量、時(shí)均物理量和脈動(dòng)物理量的概念及相互關(guān)系脈動(dòng)物理量的時(shí)均值S=0湍流切應(yīng)力的構(gòu)成；湍流切應(yīng)力+雷諾應(yīng)力（）圓管湍流的結(jié)構(gòu)（湍流核心區(qū)、層流底層、過(guò)渡區(qū)）；水力光滑管的定義；管道凹凸不平部分完全被粘性底層覆蓋，粗糙度對(duì)湍流核心幾乎不產(chǎn)生影響圓管湍流總切應(yīng)力分布（定性），分子粘性應(yīng)力及湍流附加應(yīng)力（雷諾應(yīng)力）沿圓管不同徑向位置有什么樣的分布規(guī)律粘性底層主要是粘性切應(yīng)力 湍流核心主要是脈動(dòng)切應(yīng)力 軸心處速度梯度為零切應(yīng)力為零湍流速度分布（層流底層與湍流核心區(qū)的定性速度分布），層流底層厚度Re與圓管湍流速度分布的關(guān)系（定性）；（P.53圖）4、粘性流體總流伯努利方程：公式、各項(xiàng)物理和幾何意義、總體物理和幾何意義、適用條件（注意方程表達(dá)形式及量綱）；緩變流概念及數(shù)學(xué)描述；動(dòng)能修正系數(shù)概念（層流和湍流狀態(tài)分別取什么值）；h軸與功率的關(guān)系；5、水力損失的概念；沿程損失的物理意義及公式；在等徑管路中，由于流體與管壁以及流體自身的內(nèi)部摩擦，是流體能量沿流動(dòng)方向逐漸降低叫做沿程損失1、 壓強(qiáng)損失p 按照哈根伯蕭葉公式可推,或圓管層流速度公式用平均速度表示2、 水頭損失 也是沿程損失公式=A/Re3、功率損失P=pqv層流沿程損失系數(shù)的計(jì)算、公式；=A/Re A常取75湍流沿程損失系數(shù)的計(jì)算、顯示公式；莫地圖或顯示公式莫迪圖中不同區(qū)域的特點(diǎn)（層流、水力光滑管、完全粗糙區(qū)等）；局部損失的物理意義及公式；流體相互碰撞和形成漩渦等突然縮小的局部損失系數(shù)淹沒(méi)進(jìn)口和淹沒(méi)出口的局部損失系數(shù)；淹沒(méi)進(jìn)口6、串聯(lián)管道和并聯(lián)管道的特點(diǎn)（流量、水力損失）。二、計(jì)算1、管道計(jì)算連續(xù)方程、總流伯努利方程、水力損失方程單管、串聯(lián)管道、并聯(lián)管道的處理；緩變流過(guò)流斷面的選取，總流伯努利方程的量綱，h軸與功率的關(guān)系等）；沿程損失：2、水力直徑的計(jì)算；第8章 氣體的一元流動(dòng)一、概念1、當(dāng)?shù)芈曀俚母拍睢⒏鞣N形式的公式及物理意義；馬赫數(shù)公式；流體場(chǎng)中當(dāng)?shù)貭顟B(tài)參數(shù)不同，聲速不同，叫當(dāng)?shù)芈曀?p=RgT 則：馬赫數(shù)：Ma=v/c可壓縮流動(dòng)的決定性準(zhǔn)則高超音速：大于5超音速：大于1音速：1亞音速：小于1 3、 微弱擾動(dòng)波傳播的熱力過(guò)程及區(qū)域；擾動(dòng)區(qū)、擾動(dòng)波面、未擾動(dòng)區(qū)3、一元流動(dòng)密度變化與速度變化的關(guān)系；氣流參數(shù)與通道面積的關(guān)系；定常一元等熵流動(dòng)控制方程組公式（連續(xù)方程、能量方程的各種形式、過(guò)程方程、狀態(tài)方程）；兩種參考狀態(tài)：等熵滯止?fàn)顟B(tài)、臨界狀態(tài)的概念