工程流体力学复习

第一章导论Guide第一节流体力学的研究任务和研究方法第二节连续介质假设第三节流体的密度第四节流体的粘性第二节连续介质假设一、流体的定义:二、流体和固体的区别:分子质点(流体微团）第三节流体的密度(density)均质流体：kg/m3非均质流体：0limMM1vgS液水单位面积的摩擦力称为切应力单位为帕·秒，Pa·S对于非线性的速度分布情况2、牛顿内摩擦定律。FUAhdudy1、粘性的定义及产生的原因第四节流体的粘性工程中常用运动粘度1）动力粘度μ2）运动粘度ν3）相对粘度如恩氏粘度2/Nsm2/ms粘度特性：粘度一般不随压力变化，但随温度变化。对于气体，温度升高则粘度变大；对于液体，温度升高则粘度变小。（如润滑油冬季粘稠，夏季粘度小）4.牛顿内摩擦定律的适用条件1）层流2）牛顿流体§2-7流体的相对静止§2-2流体平衡微分方程§2-4液柱式测压计§2-6静止流体作用在平面壁上的总压力§2-1静止流体的压力特征第二章流体静力学一、作用在流体上的力§1静止流体的压力特征重力、摩擦力、惯性力、弹性力、表面张力等。按作用方式分：质量力、面积力按物理性质的不同﹛yxzxyzFFFfffmmm表面力法向力-切向力-流体的压强剪切应力τ｛表面力按作用方向可分为：压力：垂直于作用面。切力：平行于作用面。3、应力单位面积上的表面力，单位：2/mN压强切应力0limTAA0limAppAAApτΔApτ二、静止流体中任一点应力的特性1）静止流体表面应力只能是压应力即压强，且静水压强方向与作用面的内法线方向重合。2）作用于静止流体同一点压强的大小各向相等，与作用面的方位无关。静止流体中不同点的压强一般是不等的，流体平衡微分方程(欧拉平衡方程）：101010xyzpfxpfypfz物理意义：3)等压面2)压差方程()xyzfdxfdyfdzdpdp=0p=const在自由液面上有：0zHpp，水静力学基本方程：或oxHhzz00()pHzppgh00ppgh，当时0CpgHAp0p=-ρgz+cg静水力学基本方程又可写为：pzcg在容器中任意两点1212ppzzgg方程及各项的物理意义及几何意义：ooZ1Z2p1/(1)(2)hp2/papa二.压力分布规律§4液柱式测压计一、测压管hpaA二、水银测压计与U形测压计h2h1oo12Apa三、压差计ooh11222’AB12BZBhAhAZ121111()()BABAppzzhgg§6静止流体作用在平面壁上的总压力1.总压力的大小0()cFpghA2、总压力作用点（压力中心）cxDccJyyyA3、总压力的方向垂直指向作用面。注意：此式的应用条件否则0app0()xcxFpghAFx的作用点与平板作用点的求法相同。xcxFghA二、曲面上的流体静压力垂直分力FzzPgV22xyFFF压力体bFaFa'Ehb'z第三章理想流体动力学§3-1描述流体运动的两种方法§3-2流线和流管§3-3连续性方程控制体的概念§3-4动量方程和运动方程§3-5伯努利方程§3-6压强沿流线法向的变化§3-7总流伯努利方程§1描述流体运动的两种方法一、拉格朗日方法V系统系统边界二、欧拉法流场作为描述对象以流体团作为研究对象控制体：空间某一确定的区域。F三.质点导数（物质导数）四.流动的分类xduuuxuyuzdttxtytztuuuuuvwatxyz定常流非定常流均匀流急变流和渐变流非均匀流：一元流二元流三元流§2流线和流管流线迹线、xyzdydxdzuuu流管和流束流量平均速度V:QVA流线的性质及方程连续性方程能量方程动量方程质量守恒能量守恒动量守恒1122VAVA0uvxy1xxpafx1yypafy1zzpafz欧拉运动微分方程2211221222pVpVzzgggg2121()()xxxyyyFQVVFQVV2211()uuTQVRVR流体上任意两点间总机械能关系212ug222ug1pg2pg1z2z122211221222pupuzzgggg测压管水头总水头许多流体动力学问题需要求流体和固体的相互作用力，这就要用动量定理，其解题步骤可概括如下：选择控制体；建立坐标系；分别写出沿某个坐标方向的动量方程；求解。在求解时往往还要用到连续方程及伯努利方程。第四章不可压缩流体的一元流功§1.粘性流动的伯努利方程§2.流体运动的两种流态§3.圆管中的层流§5.层流向紊流的过渡§6.紊流的速度分布§8.沿层损失系数的实验研究§9.局部水头损失§10.工程应用举例22'11221,21222wpupuzzhgggg一.粘流的伯努利方程二.损失分类：22fLVhdg达西公式1.沿程损失hf：流体沿流程克服摩擦阻力引起的能量损失。表达式为:沿程损失hf：局部损失hj﹛2.局部损失hj：流体流经管道中局部障碍时，由于速度分布的改变及漩涡的产生，流体质点间发生相互碰撞，阻碍流体运动。表达式为22jVhg总阻力hw为两者之和wfwhhhζ—局部阻力系数，由实验得到。§2.流体流动两种状态紊流vc'Vc层流过渡23002300eeRR为层流为紊流eR惯性力粘性力§3.圆管中的层流max12Vu层流、紊流的特点一.脉动现象和时均化uuuutT§6.紊流的速度分布：紊流的实质是非定常流。粘性底层与管壁的粗糙度层流特点：（1）有序性。水流呈层状流动，各层的质点互不混掺，质点作有序的直线运动。（2）粘性占主要作用，遵循牛顿内摩擦定律。（3）能量损失与流速的一次方成正比。（4）在流速较小且雷诺数Re较小时发生。（1）无序性、随机性、有旋性、混掺性。（2）紊流受粘性和紊动的共同作用。（3）水头损失与流速的1.75~2次方成正比。（4）在流速较大且雷诺数较大时发生。紊流特点：对数分布抛物分布§8.沿程损失系数的实验研究§9局部水头损失(localresistance)1.碰撞损失2.转向损失3.旋涡损失4.加速损失一.局部损失产生的原因:1.一般用损失后的速度,即查表所得的值对应V2来计算hj2.1122,VV用必须对应对应p0hccpa00二.串联管路和并联管路:123123QQQQ123QQQQ123ffffhhhh串联管路并联管路:§4-10边界层的概念当物面法向速度达到时的法向距离为边界层厚度，用δ来表示。0.99V1)流体在前驻点处速度为零，δ＝0.2)沿流动方向δ增加。3)附面层外边界线与流线不重合，流线可深入到边界层内。一、定义1.与物体的长度相比，附面层的厚度δ很小。3.δ沿流动方向增大。1V1’22’0边界层具有的特点：2.在δ内，很大。uy4.由于δ很小，可以近似认为附面层内外同一截面上的压力相等，即对于平板还有全流场压力不变。0px0py5.边界层内的流动也可分为层流和紊流，当两种状态都存在，称混合边界层。2曲面边界层分离一、分离流动的特点二、分离机理及分离条件：3绕流物体的阻力一、绕流阻力的计算：FFDFLu0pτoMAB12DDFcVA二、影响FD的因素：汽车的绕流阻力摩擦阻力、压差阻力FD绕流阻力：第五章可压缩流体的一元流动§1热力学基本方程§2绝热流动的能量方程§3微弱扰动波的传播音速§4一元等熵的气流流动的基本关系§5一元等熵气流在变截面管道中的流动可压缩流体(气体）的特点：ρ≠const连续性方程动量方程：能量方程0RpvRTpTM或①状态方程②音速c:亚音速、超音速ρ｛运动方程VMccRT22puzcgg§3微弱扰动波（等熵波）的传播二.音速音速公式:cRT三、马赫数M与压缩性的关系VMc其物理含义:惯性力/弹性力超音速流1M1M1M亚音速流跨音速流高超音速流(M210)M》1四.弱扰动在空间的传播.扰动波在静止空气中的传播有四种情况:一元等熵的气流流动三种状态一.滞止状态:是指速度等熵地降为零的状态，其参数用角标“0”表示。二临界状态:当u等于当地音速时（u=c，M=1）的状态称之.其参数用下标“*”表示三.最大速度状态：温度降到绝对零度T＝0，速度达到最大u＝umax的状态称之。此状态下h=0这种状态实际上是达不到的，但也可作为参考状态。dAdpdudAdudp喷管、扩压管、拉伐尔管dAdudpdAdudp0max***112(1)2*02()1QuAAp1100021opppQAcTpp20100022()21ppppucTcTpucTTcTp