流體力學復習要點

1、第_章緒論物質(zhì)的三種形態(tài)：固體、液體和氣體。液體和氣體統(tǒng)稱為流體。流體的基本特征：具有流動性。所謂流動性，即流體在靜止時不能承受剪切力，只要剪切力存在，流體就會流動。流體無論靜止或流動，都不能承受拉力。 連續(xù)介質(zhì)假設：把流體當做是由密集質(zhì)點構成的、內(nèi)部無空隙的連續(xù)體。質(zhì)點：是指大小同所有流動空間相比微不足道，又含有大量分子，具有一定質(zhì)量的流體微元。作用在流體上的力按其作用方式可分為：表面力和質(zhì)量力。表面力：通過直接接觸，作用在所取流體表面上的力（壓力、摩擦力），在某一點用應力表示。質(zhì)量力：作用于流體的每個質(zhì)點上且與流體質(zhì)量成正比的力（重力、慣性力、引力），用單位質(zhì)量力表示流體的主要物理性質(zhì)：慣

2、性、粘性、壓縮性和膨脹性。慣性：物體保持原有運動狀態(tài)的性質(zhì)，其大小用質(zhì)量表示。密度：單位體積的質(zhì)量，粘性：是流體的內(nèi)摩擦特性，或者是流體阻抗剪切變形速度的特性。流體粘性大小用粘度度量，粘度包括動力粘度和運 動粘度U無粘性流體：指無粘性，即 =0的流體。不可壓縮流體：指流體的每個質(zhì)點在運動全過程中，密度不變化的流體。壓縮性：流體受壓，分子間距減小，體積縮小的性質(zhì)。膨脹性：流體受熱， 分壓縮系數(shù)：在一定的溫度下，增加單位壓強，液體體積的相對減小值，體積模量體膨脹系數(shù)：在一定的壓強下，單位溫升，液體體積的相對增加值，（簡答）簡述氣體和液體粘度隨壓強和溫度的變化趨勢及不同的原因。答：氣體的粘度不受壓強

3、影響，液體的粘度受壓強影 響也很?。灰后w的粘度隨溫度升高而減小，氣體的粘度卻隨溫度升高而增大，其原因是：分子間的引力是液體粘性的主要因 素，而分子熱運動引起的動量交換是氣體粘性的主要因素。第二章流體靜力學絕對壓強pabs：以沒有氣體分子存在的完全真空為基準起算的壓強。相對壓強p：以當?shù)卮髿鈮簆為基準起算的壓強，各種壓力表測得的壓強為相對壓強，相對壓強又稱為表壓強或計示壓強。 真空度pv：絕對壓強小于當?shù)卮髿鈮旱臄?shù)值。測量壓強做常用的儀器有：液柱式測壓計和金屬測壓表。液柱式測壓計包括測壓管、U形管測壓計、傾斜式微莊計和壓差計。平面上靜水總壓力的計算方法有：圖算法和解析法。潛體：全部浸入液體中的物

4、體。 浮體：部分浸入液體中的物體。阿基米德原理：液體作用于潛體或浮體上的總壓力，只有鉛垂向上的浮力，大小等于所排開的液體重量，作用線通過潛體的 幾何中心。（簡答）試述靜止流體中應力的特性。答：（1）應力的方向沿作用面的內(nèi)法線方向；（2）靜壓強的大小與作用面的方位無關。 流體平衡微分方程及物理意義：，物理意義：在靜止流體中，各點單位質(zhì)量流體所受質(zhì)量力與表面力相平衡。等壓面的概念、性質(zhì)及連通器內(nèi)等壓面的判斷：流體中壓強相等的空間點構成的平面或曲面稱為等壓面。其性質(zhì)是：等壓 面與質(zhì)量力正交。在連通器內(nèi)做水平面，若連通的一側(cè)只有同一種液體，該平面就是等壓面，否則不是等壓面。由液體靜力學基本方程得到的結

5、論（推論）：（1）靜壓強的大小與液體的體積無關；（2）兩點的壓強差等于兩點之間單位面積垂直液柱的重量；（3）在平衡狀態(tài)下，液體內(nèi)任一點壓強的變化等值地傳遞到其他各點。壓力體的概念、界定方法和分類：積分j hdAz = V表示的幾何體積稱為壓力體。界定方法：設想取鉛垂線沿曲面邊緣平行 Az移動一周，割出以自由液面或延伸面為上底、曲面本身為下底的柱體就是壓力體。分類：實壓力體（Pz I）、虛壓力體（Pzf）和壓力體疊加。第三章流體動力學基礎描述流體運動的兩種方法：拉格朗日法和歐拉法。除個別質(zhì)點的運動問題外，都應用歐拉法。拉格朗日法：是以個別質(zhì)點為研究對象，觀察該質(zhì)點在空間的運動，然后將每個質(zhì)點的運

6、動情況匯總，得到整個流體的運動。 質(zhì)點的運動參數(shù)是起始坐標和時間變量t的連續(xù)函數(shù)。歐拉法：是以整個流動空間為研究對象，觀察不同時刻各空間點上流體質(zhì)點的運動，然后將每個時刻的情況匯總起來，描述 整個運動?？臻g點的物理量是空間坐標）和時間變量t的連續(xù)函數(shù)。恒定流：各空間點上的運動參數(shù)都不隨時間變化的流動。非恒定流：各空間點上的運動參數(shù)隨時間變化的流動。一（二、三）元流：流體流動時各空間點上的運動參數(shù)是一（二、三）個空間坐標和時間變量的連續(xù)函數(shù)。均勻流：流線是平行直線的流動。非均勻流：流線不是平行直線的流動。流線：表示某時刻流動方向的曲線，曲線上各質(zhì)點的速度矢量都與該曲線相切。跡線：流體質(zhì)點在一段時

7、間內(nèi)的運動軌跡。 流管：某時刻，在流場內(nèi)任意做一封閉曲線，過曲線上各點做流線，所構成的管狀曲面。流束：充滿流體的流管。過流斷面：與所有流線正交的橫斷面。 元流：過流斷面無限小的流束，斷面上各點的運動參數(shù)均相同?？偭鳎哼^流斷面為有限大小的流束，斷面上各點的運動參數(shù)不相同。流量：單位時間內(nèi)通過某一過流斷面的流體量。以體積計為體積流量，簡稱流量；以質(zhì)量計為質(zhì)量流量；以重量計為重量流 量非均勻漸變流：在非均勻流中流線近似于平行直線的流動。水頭線：總流或元流沿程能量變化的幾何圖示。水力坡度：單位流程內(nèi)的水頭損失。（簡答）流線有哪些主要性質(zhì)？流線和跡線有無重合的情況？答：流線性質(zhì)：（1）在恒定流中，流線的

8、形狀和位置不隨時 間變化；（2）在同一時刻，一般情況下流線不能相交或轉(zhuǎn)折。在恒定流中流線與跡線重合，非恒定流中一般情況下兩者不重 合，但當速度方向不隨時間變化只是速度大小隨時間變化時，兩者仍重合。試述流動分類：（1）根據(jù)運動參數(shù)是否隨時間變化，分為恒定流和非恒定流；（2）根據(jù)運動參數(shù)與空間坐標的關系，分為一 元流、二元流和三元流；（3）根據(jù)流線是否平行，分為均勻流和非均勻流。不可壓縮流體的連續(xù)性微分方程：不可壓縮流體運動必須滿足該方程。第四章流動阻力和水頭損失流動阻力：粘性流體運動時，流體內(nèi)部流層之間存在相互作用的摩擦力，在邊界變化處存在集中阻力，這兩類力做功使機械 能減少，這兩類力稱為流動阻

9、力。沿程阻力：在邊界無變化的均勻流段上產(chǎn)生的流動阻力。 局部阻力：在邊界急劇變化處產(chǎn)生的流動阻力。水頭損失：單位重量流體平均的機械能損失。沿程水頭損失hf :由沿程阻力做功引起的水頭損失。 局部水頭損失h.:由局部阻力做功引起的水頭損失。層流：流速較小時，水一層套著一層呈層狀流動，各層質(zhì)點互不混摻的流態(tài)。紊流（湍流）：流速較大時，各層質(zhì)點運動軌跡極不規(guī)則，相互混摻的流態(tài)。水力半徑R :過流斷面面積與濕周的比值。紊流脈動：紊流各層質(zhì)點相互摻混，無規(guī)則運動，導致其物理量也隨之無規(guī)則變化的現(xiàn)象。瞬時流速u :某一空間點的實際流速，在紊流流態(tài)下隨時間脈動，時均流速U :某一空間點的瞬時流速在時段T內(nèi)的

10、時間平均值，.脈動流速u，：瞬時流速與時均流速的波動值。斷面平均流速v :過流斷面上各點流速的斷面平均值，粘性底層：僅靠壁面存在一個粘性剪應力起控制作用的薄層。紊流剪應力包括：粘性剪應力和附加剪應力紊流流速分布一般表達式：，該公式適用于除粘性底層以外的整個過流斷面。當量粗糙：是以工業(yè)管道紊流粗糙區(qū)實測的人值代入尼古拉茲粗糙圓管公式反算得出的粗糙高度ks。當量直徑d把水力半徑相等的圓管直徑定義為非圓管的當量直徑，邊界層：考慮粘性影響的薄流層。繞流阻力D：流體繞物體流動，平行于來流方向上的力，包括摩擦阻力和壓差阻力，造成局部水頭損失的原因：主流脫離邊壁，漩渦區(qū)的形成。邊界層的特征：邊界層內(nèi)流速梯度

11、很大，考慮粘性影響；以外流速梯度約為0,相當于無粘性流體的運動。，第五章 孔口、管嘴出流和有壓管流孔口出流：在容器壁上開孔，水經(jīng)孔口流出的水力現(xiàn)象。其水頭損失只考慮局部水頭損失h.。薄壁孔口：孔口出流時，水流與孔壁僅在一條周線上接觸，壁厚對水流無影響的孔口。自由出流：水由孔口流入大氣的水力現(xiàn)象。淹沒出流：水由孔口直接流入另一部分水體的水力現(xiàn)象。管嘴出流：在孔口上對接3-4倍孔徑的短管，水通過短管并在出口斷面滿管流動的水力現(xiàn)象。有壓管流：流體沿管道滿管流動的水力現(xiàn)象。短管：沿程水頭損失和局部水頭損失所占比重相當，兩者都不能忽略的管道。 長管：以沿程水頭損失為主，局部水頭損失和流速水頭所占比例很小

12、，可以忽略或按沿程水頭損失的某一百分比估算的管道。 簡單管道：沿程直徑和流量都不變化的管道。串聯(lián)管道：由直徑不同的管段順序連接起來的管道。并聯(lián)管道：在兩節(jié)點之間并聯(lián)兩根或兩根以上的管道。水擊（水錘）：在有壓管道中，由于某種原因，使水流速度突然發(fā)生變化，同時引起壓強大幅度波動的現(xiàn)象。直接水擊：閥門關閉時間小于一個相長，最早發(fā)出的水擊波的反射波回到閥門之前，閥門已全關閉，此時閥門處的水擊壓強 與瞬時關閉相同。間接水擊：閥門關閉時間大于一個相長），最早發(fā)出的水擊波的反射波回到閥門之時，閥門還未完全關閉，此時閥門處正負水擊波相疊加，使閥門處的水擊壓強小于直接水擊壓強。（簡答）孔口、管嘴出流和有壓管流各

13、自的水力特點是：（1）孔口、管嘴出流只有局部水頭損失，不計沿程水頭損失，氣,；（2）短管的局部水頭損失和沿程水頭損失都要計入，；（3）長管的局部水頭損失和流速水頭的總和同沿程水頭損失相比很小， 按沿程水頭損失的某一百分數(shù)估算過忽略不計。管嘴出流收縮斷面的真空高度：，相當于把孔口的作用水頭增大75%，因此在相同的作用水頭下，同樣開口面積，管嘴的過 流能力是孔口過流能力的1.32倍。第六章明渠流動明渠流動：水流的部分周界與大氣接觸，具有自由表面的流動。又稱為無壓流。明渠流動的特點：重力作用、底坡影響、水深可變。底坡：底線沿流程單位長度的降低值。底坡類型：i0，為正底坡或順坡；i=0,為平底坡；i0

14、，為反底坡或逆坡。渠道類型：棱柱形渠道和非棱柱形渠道。棱柱形渠道：斷面形狀、尺寸沿程不變的長直渠道。非棱柱形渠道：斷面形狀、尺寸沿程有變化的渠道。明渠均勻流：流線為平行直線的明渠水流，是具有自由表面的等深、等速流。正常水深h0：明渠均勻流的水深。水力最優(yōu)斷面：當i、n和A 一定，濕周最小而流量最大的斷面。無壓圓管：圓形斷面不滿管流的長管道。水力最優(yōu)充滿度：在滿流之前，輸水能力達到最大值時相應的充滿度。（緩流：對于底坡平緩的渠道或河道，水流流動緩慢，遇到障礙物，障礙物前水面壅高，且壅高水位向上游傳播。 急流：對于底坡較陡的渠道或河道，以及瀑布險灘，水流流動較快，遇到障礙物后，水面隆起越過，上游水

15、面不壅高，障礙 物對上游來流無影響。弗勞德數(shù)：明渠流速與臨界流速的比值，。斷面單位能量：相對于通過該斷面最低點的基準面的機械能，臨界水深hc:斷面單位能量最小時對應的水深。臨界底坡i :正常水深正好等于該流量下的臨界水深時相應的渠道底坡。（正底坡或順坡類型：iic，為急坡或陡坡。水躍：明渠水流從急流狀態(tài)過渡到緩流狀態(tài)時水面驟然躍起的急變流現(xiàn)象。水躍區(qū)包括水滾區(qū)和主流區(qū)。水躍函數(shù)共軛水深：使水躍函數(shù)值相等的兩個水深j（心=j（h。水跌：明渠水流從緩流狀態(tài)過渡到急流狀態(tài)時水面急劇降落的急變流現(xiàn)象。水跌特征：緩流以臨界水深通過跌坎斷面或變?yōu)?急坡的斷面過渡到急流。明渠非均勻流：流線不是平行直線的流動

16、，是具有自由表面的不等深、不等速流，分為：非均勻漸變流和非均勻急變流。 水面曲線：明渠非均勻流水深沿程變化，水面線h = f （少是和渠底不平行的曲線，稱為水面曲線。水面曲線分析總結：以dh = i - J為依據(jù)；正常水深ho線和臨界水深hc線將流動區(qū)域分為12個區(qū)域，共存在12種水面曲 ds 1 - Fr 2線，1、3區(qū)為壅水曲線，2區(qū)為降水曲線，而且每一區(qū)域內(nèi)水面曲線也是唯一的；除CC3型水面線外，其他所有水面線在 h-h。時，都以N-N線為漸近線，在h-h時，與C-C線正交，發(fā)生水躍或水跌。（簡答）明渠均勻流形成的條件、特征及基本公式：條件：位能沿程減少值等于沿程水頭損失，而水流的動能保

17、持不變。特征：各項坡度皆相等，。（明渠均勻流只能出現(xiàn)在順坡長直渠道中）明渠均勻流正常水深的影響因素：正常水深與流量和渠道斷面的形狀、尺寸、壁面粗糙及渠道底坡諸因素有關，對于梯形 斷面渠道。明渠均勻流水力計算解決的問題：驗算渠道的輸水能力（），決定渠道底坡），設計渠道斷面。明渠流動狀態(tài)判別：（1）V明渠流動狀態(tài)判別：（1）V（2）VC VV，流動為緩流vV，流動為急流V = V，流動為臨界流V、Fr、h作為判別標準是等價的，注意:底坡類型（1）i0,為順坡或正底坡，其中：ii，為急坡或陡坡；（2）i=0，為平坡；（3）i0，為逆坡或反底坡。ci=ic,為臨界坡第七章堰流堰流：水經(jīng)堰頂溢流的水力現(xiàn)

18、象。堰堰流：水經(jīng)堰頂溢流的水力現(xiàn)象。堰的分類：（1）堰的分類：（1）a，為薄壁堰，主要用做測量流量的設備（2）H 0-67, 100.67 日 2.52.5 日為寬頂堰。（若a，流動不屬于堰流，而是明渠漸變流。）H淹沒溢流：下游水位較高，頂托過堰水流，使得堰上水深由小于臨界水深轉(zhuǎn)變?yōu)榇笥谂R界水深，水流由急流變?yōu)榫徚鳎掠?干擾波能向上游傳播。淹沒影響用淹沒系數(shù)表示，側(cè)收縮影響用收縮系數(shù)e表示。寬頂堰淹沒溢流的條件：必要條件：下游水誠高于堰頂h = h - p0 ；充分條件：h = h - p0.8H寬頂堰各項系數(shù)的影響因素：m一堰口形式和相對堰高（P/H）; -隨淹沒深度（h,H）S的增大而減

19、小；一相對堰高（P/H）相對堰寬（b/B）及墩頭形式。薄壁堰作為流量量測設備的原理及注意事項：原理：流量為堰上水頭的連續(xù)函數(shù)Q=f （H），實測堰上水頭H，便可以確定流量。注意事項：薄壁堰不宜在淹沒條件下使用。薄壁堰的堰口形狀有：矩形和三角形。第八章滲流滲流：流體在孔隙介質(zhì)中的流動。水在土中的形態(tài)：氣態(tài)水、附著水、薄膜水、毛細水和重力水。重力水是滲流理論研究的對象。滲流模型：滲流區(qū)域的邊界條件保持不變，略去全部土顆粒，認為滲流區(qū)連續(xù)充滿流體，而流量與實際滲流相同，壓強和滲 流阻力也與實際滲流相同的替代流場。（滲流速度實際速度）滲流分類：（1）根據(jù)運動參數(shù)是否隨時間變化，分為恒定流和非恒定流；（

20、2）根據(jù)運動參數(shù)與空間坐標的關系，分為一元滲 流、二元滲流和三元滲流；（3）根據(jù)流線是否平行，分為均勻滲流和非均勻滲流；（4）按有無自由水面，分為無壓滲流和有 壓滲流。分析滲流的前提條件：微小流速不計流速水頭。達西定律及適用范圍：V = u = kJ ,表明均勻滲流中速度與水力坡度的一次方成正比。適用范圍：裘皮衣公式：V = u = kJ =-嚴，反映了漸變滲流中某一過流斷面上流速與水力坡度的關系。ds滲透系數(shù)的影響因素及確定方法：影響因素：土顆粒的大小、形狀、分布情況及地下水的物理化學性質(zhì)等等。確定方法： 實驗室測定法、現(xiàn)場測定法和經(jīng)驗方法。普通井或潛水井：在地表下面潛水含水層中開鑿的井。承

21、壓井或自流井：承壓含水層中開鑿的井。完全井：井管貫穿整個含水層，井底直達不透水層的井。非完全井：井底未達不透水層的井。影響半徑：在該半徑以外的區(qū)域，地下水位不受該井抽水的影響。第九章量綱分析和相似原理量綱：物理量的屬性，也稱為因次。單位：人為規(guī)定的量度標準?；玖烤V：無任何聯(lián)系、相互獨立的量綱（不可壓縮流體，以M. L. T作為基本量綱）。導出量綱：由基本量綱導出的量綱。 無量綱量：不具量綱的量，即各量綱指數(shù)為0.量綱和諧原理：凡正確反映客觀規(guī)律的物理方程，其各項的量綱必須是一致的。量綱分析方法：瑞利法和兀定理。量綱分析的依據(jù)：量綱和諧原理。瑞利法的步驟（怎樣運用瑞利法建立物理方程）：（1）找出與所