工程流体力学总复习课件

工程流体力学复习课件王耀琴流体力学教研室西南交大土木学院第1章绪论密度：单位体积流体的质量。单位：kg/m3淡水的密度=1000kg/m33/9800mNg重度一、流体的主要物理性质１、密度、重度yuAFdd２、黏度定义：在运动状态下，流体具有抵抗剪切变形速率的能力的量度。二、作用在流体上的力１、表面力2、质量力计算内容：牛顿内摩擦定理第2章流体静力学1、方向性流体静压强p垂直指向受压面。一、静止流体的应力特征2、大小性静止流体内任一点的压强与作用方位无关。二、等压面概念定义：静止流体中压强相等p=C或dp=0的点组成的平面或曲面微分方程：fxdx+fydy+fzdz=0或f•ds=0三、水静力学基本方程：ghpp0Cgpz真空值pv=pa-pabs绝对压强pabs相对压强p=pabs-pa绝对压强Pabs四、绝对压强、相对压强和真空值之间的关系当地大气压pa五、静止液体作用在平面上的总压力ApAghPccP⊥→受压面AyIyycccD六、静水总压力F1、作用在曲面上的静水总压力F为：22zxPPP2、P与水平面的夹角：Px=pcAxpzgVPxzPParctan3、作用线：必通过Px，Pz的交点，但这个交点不一定位于曲面上。对于圆弧面，P作用线必通过圆心。4、P的作用点:作用在作用线与曲面的交点。计算内容：静止液体作用在平面上的受力静止液体作用在曲面上的受力迁移加速度当地加速度zuuyuuxuutudtduaxzxyxxxxx第3章流体动力学理论基础它有两部分组成：当地加速度和迁移加速度。zuuyuuxuutudtduayzyyyxyyyzuuyuuxuutudtduazzzyzxzzz恒定流和非恒定流恒定流：又称定常流，各空间点上一切运动要素都不随时间变化，当地加速度为0§3-2研究流体运动的若干基本概念一元流动、二元流动、三元流动按运动要素的坐标分量个数划分。基本方程流线迹线：tuzuyuxzyxdddds1s2交点折点szyxuzuyuxddd0d或su流线性质一般情况（除非流速为零或无穷大处），流线不能相交，且只能是一条光滑曲线。渐变流过流断面近似为平面渐变流过流断面的两个重要性质渐变流过流断面上的动压近似按静压分布，即CgPz为形象了解流体运动时能量沿程的变化，定义下列概念测压管线坡度lpzJpdd总水头线坡度lgupzJd2d2实际流体JJp0J0J理想流体均匀流体应注意的问题计算点：管流取在管轴上，明渠流取在自由液面上基准面：任一水平面渐变流过水断面：应选取已知量较多的断面实际流体恒定总流伯努利方程whgvgpzgvgpz222222221111恒定不可压缩总流的连续性方程。QAvAv2211恒定不可压缩总流动量方程)(1122vvqFV准备工作选取控制体建立坐标系受力分析计算内容：动量方程伯努利方程第4章量纲分析与相似理论§4-2量纲分析法常用的量纲分析方法有瑞利法和泊金汉法（也称π定理）一、瑞利法基本思想：假定各物理量之间呈指数形式的乘积组合第4章量纲分析与相似理论二、π定理基本思想：对于某个物理现象，若存在n个变量互为函数关系，即0),...,,(21nqqqF而这些变量中含有m个基本物理量，则可组合这些变量成为(n–m)个无量纲π数的函数关系，即0),...,,(21mn弗劳德准则方程mplgvglvglv)()(or1欧拉准则方程：mpvppvppvp)()(or1222计算内容：弗劳德准则、雷诺准则第5章流动阻力与水头损失1、雷诺实验简介1883年英国物理学家雷诺按图示试验装置对粘性流体进行实验，提出了流体运动存在两种型态：层流和紊流。2.判别标准)(2300)(2300Re紊流层流vd•圆管2300Redvcc3、恒定均匀流基本方程gRJlhgRRlghff00or4、圆管中的层流运动过流断面上的流速分布28max20urgJAQv——旋转抛物面5、紊流的特征主要特征：流体质点相互掺混，作无定向、无规则的运动，运动要素在时间和空间上随机运动。严格来讲，紊流总是非恒定的。紊流的脉动性使过流断面上的流速分布比层流的更均匀，但能量损失比层流更大。用时间平均法来研究6、沿程阻力系数λ的变化规律及影响因素尼古拉兹曲线gVdlhf22gvhm221在条件下，试分别比较孔口和管嘴出流的流速及流量。[解]1.流速比较2.流量比较nnddHH,孔口孔口182.097.022nnnngHgHvv孔口孔口孔口孔口182.062.022nnnnngHAgHAQQ孔口孔口孔口孔口孔口第6章孔口、管嘴及有压管流管嘴正常工作条件dl4~3mH92管嘴收缩断面处真空度可达作用水头的0.75倍。相当于把管嘴的作用水头增大了75%。这就是相同直径、相同作用水头下的圆柱形外管嘴的流量比孔口大的原因。3短管水力计算mfwhhh掌握离心式水泵吸水管、虹吸管的相关水力计算4长管水力计算fwhh022gv5串联管路iiqQQ（流量关系）2SlQhHf（能量关系）ABffffhhhh321（能量关系）iiiqQQ1（流量关系）6并联管路计算内容：短管计算、长管中的串并混联一、明渠均匀流的特征1.过水断面形状和尺寸、平均流速、流量、水深沿程不变（等速、等深流动）2.总水头线、测压管水头线（水面坡度）和渠底线互相平行iJJp§7.2明渠均匀流二、明渠均匀流的形成条件1、底坡和糙率沿程不变的长而直的棱柱形渠道；4、明渠中的水流必须是恒定的，沿程无水流的汇入、汇出，即流量不变。3、渠道中没有建筑物的局部干扰；2、渠道必须为顺坡（i0）；一句话概括：在i、n沿程不变的长直、顺坡的棱柱形渠道，中间没有建筑物的局部干扰，且流量不变。（１）补充水力最优条件（２）补充允许流速条件联立，可得b、h2122hRmmRiAcQhh联立，可得b、hhbfRicvhbfvQA,,2max1max三、明渠均匀流水力最优断面计算四、断面单位能量（断面比能）e1.定义断面比能e为基准面选在断面最低点的机械（对于棱柱形渠道）222122gAQhgvhzEe５.e沿水深的变化规律７、临界水深1.定义相应于时的水深，称为临界水深。khminee８缓流、急流、临界流三种流态的的判别式急流：临界流：缓流：（1）（2）（3）（4）（5）注明：（1）、（2）、（3）、（5）适用于均匀流或非均匀流，（4）只适用于均匀流。00.1dhdeiivvhhFrkkk00.1dhdeiivvhhFrkkk00.1dhdeiivvhhFrkkk９水跃：明渠水流从急流过渡到缓流时水面突然跃起的局部水力现象。KKv1v2水跃区域h'h急流区缓流区旋滚区水跃长度主流区水跃高度水跌是明渠水流从缓流过渡到急流，水面急剧降落的局部水力现象。常见于渠道底坡由缓坡突然变为陡坡或下游渠道断面形状突然改变处。NNKh0hko´DhDheeminKA１０、水跌１１、明渠非均匀流水面曲线的变化2201)(1FrKKidsdh第8章堰流一、定义无压缓流越过障壁产生的局部水力现象称为堰流，①③②障壁称为堰。二、宽顶堰淹没标准–必要条件–充分条件0ph08.0Hph三、小桥出流淹没标准自由式khh3.1khh3.1淹没式式中：为桥孔临界水深。kh四、小桥孔径设计计算骤从出发进行设计为例（仅以矩形断面桥孔为例）vv1.计算桥孔临界水深khgvgvbgQhkk222322)(自由式hhk3.1hhk3.1淹没式２．计算小桥孔径b（淹没式）自由式）vhQvhQvhQbk(1选取标准孔径B≥b铁路、公路桥梁的标准孔径一般有4m、5m、6m、8m、12m、16m、20m多种。3.重新计算临界水深并判别出流形式kh选取标准孔径B后，需重新判别流动形态。322BgQhk自由式hhk3.1hhk3.1淹没式4、桥孔流速v（淹没式）自由式）BhQhBQBhQvk(15、校核桥前壅水水深H对断面a-a及b-b列伯努利方程)(210hHgv取HH0（偏安全）得H′为允许壅水水深。（淹没式）自由式）HhHhgvHHk(2220计算内容：从允许流速出发求小桥孔径一、达西渗流定律引入渗透系数k，得达西定律：LHHlhJw21dsdHkkJv第九章渗流三、集水廊道的产水量计算（单侧单宽）四、潜水井的产水量计算五、承压井的产水量计算计算内容：集水廊道、潜水井、承压井产水量