流体力学知识点

1.方法：理论分析；实验；数值计算。2.容重（重度）容重：指单位体积流体的重量。水的容重常用值：=9800N/m33.流体的粘性流体内部质点之间或流层间因相对运动而产生内摩擦力（切力）以反抗相对运动的性质。粘性产生的原因1）分子不规则运动的动量交换形成的阻力2）分子间吸引力形成的阻力运动的流体所产生的内摩擦力(即粘性力)的大小与与下列因素有关：接触面的面积Ａ成正比；与两平板间的距离h成反比；与流速U成正比；与流体的物理性质（黏度）成正比；牛顿内摩擦定律公式为：4.压缩系数压缩系数：流体体积的相对缩小值与压强增值之比，即当压强增大一个单位值时，流体体积的相对减小值：（∵质量m不变，dm=d(v)=dv+vd=0，∴）体积弹性模量Ｋ体积弹性模量Ｋ是体积压缩系数的倒数。液体与Ｋ随温度和压强而变化，但变化甚微。5.流体的压缩性是流体的基本属性。6.理想流体：是一种假想的、完全没有粘性的流体。实际上这种流体是不存在的。根据理想流体的定义可知，当理想流体运动时，不论流层间有无相对运动，其内部都不会产生内摩擦力，流层间也没有热量传输。这就给研究流体的运动规律等带来很大的方便。因此，在研究实际流体的运动规律时，常先将其作为理想流体来处理。Eg:按连续介质的概念，流体质点是指:A、流体的分子；B、流体内的固体颗粒；C、几何的点；D、几何尺寸同流动空间相比是极小量,又含有大量分子的微元体。(D)如图，在两块相距20mm的平板间充满动力粘度为0.065（N·s）/m2的油，如果以1m/s速度拉动距上平板5mm，面积为0.5m2的薄板（不计厚度）。求（1）需要的拉力F；（2）当薄板距下平面多少时？F最小。1.解（1）平板上侧摩擦切应力：平板下侧摩擦切应力：拉力：（2）对方程两边求导，当求得此时F最小。一底面积为40×45cm2，高为1cm的木块，质量为5kg，沿着涂有润滑油的斜面向下作等速运动,如图所示，已知木块运动速度u=1m/s，油层厚度d=1mm，由木块所带动的油hAUTdyduAhUAT（m2/N）dpddpVdV//dpddpdV//1ddpVdVdpK（N/m2）udydu13005.01065.01（N/m2）33.4015.01065.01（N/m2）665.85.0)33.413()(21AF（N）)2011(065.0HHF0'FmmH10层的运动速度呈直线分布，求油的粘度。解：∵等速∴as=0由牛顿定律：∑Fs=mas=0mgsinθ－τ·A=0∵q=tan-1(5/12)=22.62°1.流体静压强的特性a静压强的方向—沿作用面的内法线方向b、在静止流体内部，任一点的流体静压强的大小与作用面的方向无关，只与该点的位置有关。2.流体静力学基本方程式结论：1）仅在重力作用下，静止流体中某一点的静水压强随深度按线性规律增加。2）仅在重力作用下，静止流体中某一点的静水压强等于表面压强加上流体的容重与该点淹没深度的乘积。3）自由表面下深度h相等的各点压强均相等——只有重力作用下的同一连续连通的静止流体的等压面是水平面。结论：在同一种液体中，无论哪一点(Z+P/γ)总是一个常数。几何意义：位置水头z：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置势能，简称位能。压强水头：表示单位重量流体从压强为大气压算起所具有的压强势能，简称压能（压强水头），是该点在压强作用下沿测压管所能上升的高度。测压管水头（）：测压管水头，它表示测压管水面相对于基准面的高度。两水头相加等于常数，表示同一容器的静止液体中，所有各点的测压管水头均相等。因此，在同一容器的静止液体中，所有各点的测压管水面必然在同一水平面上。能量意义：式中z表示单位重量流体相对于某一基准面的位能，称为比位能。从物理学得知，把质量为m的物体从基准面提升一定高度z后，该物体所具有的位能是mgz，则单位重量物体所具有的位能为：(mgz)/(mg)=z。表示单位重量流体的压力能，称为比压力能。因为压力为p、体积为V的流体所做的膨胀功为pV，则单位重量物体所具有的压力能为：pV/G=p/γ。（呈直线分布）0+pphpZp＋A点相对压强A点绝对压强B点真空度B点绝对压强大气压强绝对压强0pPa0ABPa称为单位重量流体的总势能。重力作用下静止流体中各点的单位重量流体的总势能是相等的。这就是静止流体中的能量守恒定律。3.压强的两种计算基准（绝对压强和相对压强）a.绝对压强：是以绝对真空状态下的压强（绝对零压强）为基准计量的压强，用aP表示。b.相对压强：又称“表压强”，是以当地工程大气压(at)为基准计量的压强。用表示eP，eP可“＋”可“–”，也可为“0”。c.真空：是指绝对压强小于一个大气压的受压状态，是负的相对压强。正压：相对压强为正值（压力表读数）。负压：相对压强为负值。真空度：负压的绝对值(真空表读数，用Pv表示)。4F=γsinαycA=γhcA=pcA上式表明：静止液体作用在任意形状平面上的总压力的大小，等于该平面形心处的静压力与平面面积的乘积。液体总压力的方向垂直指向受压面的内法线方向。结论：（1）水静压力大小为形心处压强乘以平面面积。（2）水静压力方向垂直于受压平面，并指向平面内法线方向。（3）作用点yD在形心下方，用yD=yC+JC/ycA来算。5.绘制静水压强分布图静压力分布图是依据水静力学基本方程p=p0+γh，直接在受压面上绘制表示各点静压力大小和方向的图形。静水压强分布图绘制规则：1）按照一定的比例尺，用一定长度的线段代表静水压强的大小；2）用箭头标出静水压强的方向，并与该处作用面垂直。受压面为平面的情况下，压强分布图的外包线为直线；当受压面为曲线时，曲面的长度与水深不成直线函数关系，故压强分布图外包线亦为曲线。液体作用在底边平行于水平面的矩形平面上的总压力，等于静压力分布图的面积与矩形平面宽度的乘积。或者说，其总压力等于静压力分布图的体积。总压力的作用线，必然通过静压力分布图的形心，其方向垂直指向受压面的内法线方向。Zp＋6.压力体压力体体积的组成：⑴受压曲面本身；⑵通过曲面周围边缘所作的铅垂面；⑶自由液面或自由液面的延长线。压力体的种类：实压力体和虚压力体。实压力体Fz方向向下，虚压力体Fz方向向上。静水总压力1）作用在曲面上的静水总压力大小：2）作用线与水平方向的夹角：Eg如图所示，，下述两个静力学方程哪个正确？A答案B2：仅在重力作用下,静止液体中任意一点对同一基准面的单位势能为___C____？A.随深度增加而增加；B.随深度增加而减少；C.常数；D.不确定。3：试问图示中A、B、C、D点的测压管高度，测压管水头。（D点闸门关闭，以D点所在的水平面为基准面）A:0m，6mB:2m，6mC:3m，6mD:6m，6m3:相对压强是指该点的绝对气压与_______的差值。A标准大气压；B当地大气压；C真空压强；D工程大气压。答案：B4:某点的真空度为65000Pa,当地大气压为0.1MPa该点的绝对压强为（B）。A:65000PaB:35000PaC:165000PaD:100000Pa5:露天水池,水深5m处的相对压强（B）。A:5kPaB:49kPaC:147kPaD:205kPa6:一密闭容器内下部为水，上部为空气，液面下4.2m处测压管高度为2.2m，设当地大气压为1个工程大气压，则容器内绝对压强为几米水柱?答案：BA.2m；B.8m；C.1m；D.-2m。7:某点的绝对压强等于0.4个工程大气压，其相对压强为___C_____。A.0.6工程大气压；B.-0.4工程大气压；C.-58.8kPaD.-39.2kPa8:仅在重力作用下，静止液体的测压管水头线必定__A_____.A水平B线形降低C线形升高D呈曲线9:某点压强为1.0kgf/cm^2,用国际单位表示该处的压强为__B___kPa。A.100;B.98;C.1000;D.98010:仅在重力作用下，静止液体的__D___线必为水平线。A.位置水头；B.测压管高度；C.压强水头;D.测压管水头.11:某液体的容重为γ，在液体内部B点较A点低1m,其B点的压强比A点的压强大__A___Pa.A.γ;B.9800;C.10000;D.不能确定2z2xPPPxzPParctanθBAQ0abcd13123212:仅在重力作用下，静止液体中任意点对同一基准面的___B___为一常数。A.单位位能；B.单位势能；C.单位压能；D.单位动能1.描述流体运动的两种方法a.拉格朗日方法b、欧拉法Eg1恒定流是：(B)A、流动随时间按一定规律变化；B、流场中任意空间点的运动要素不随时间变化；C、各过流断面的速度分布相同；D、各过流断面的压强相同。2.恒定总流的连续性方程Eg2：断面为50×50cm2的送风管，通过a，b，c，d四个40×40cm2的送风口向室内输送空气，送风口气流平均速度均为5m/s，求：通过送风管1-1，2-2，3-3各断面的流速和流量。解：每一送风口流量Q＝0.4×0.4×5=0.8m3/sQ0＝4Q＝3.2m3/s根据连续性方程Q0＝Q１＋QQ１＝Q0－Q＝3Q＝2.4m3/sQ0＝Q２＋2QQ２＝Q0－2Q＝2Q＝1.6m3/sQ0＝Q3＋3QQ3＝Q0－3Q＝0.8m3/s各断面流速3.伯努利方程式中各项物理意义：Z：是断面对于选定基准面的高度，水力学中称位置水头，表示单位重量的位置势能，称单位位能；是断面压强作用使流体沿测压管所能上升的高度，水力学中称为压强水头，表示压力做功能提供给单位重量流体的能量，称为单位压能；是以断面流速u为初速度的铅直上升射流所能达到的理论高度，水力学中称为流速水头，表示单位重量的动能,称为单位动能。表示断面测压管水面相对于基准面的高度，称为测压管水头，表明单位重量流体具有的势能称为单位势能。22ugpg2211QρQρ222111AVρAVρsm3.20.50.50.8AQVsm6.40.50.51.6AQVsm9.60.50.52.4AQV3322112211221222pupuzzgg22puzg常数ppHz22puHzgP1P260°α1122xyR壁-水称为总水头，表明单位重量流体具有的总能量，称为单位总能量。例水在水平长管中流动，在管壁B点安置测压管(图3-15)。测压管中水面Cc相对于管中点A的高度是30m，求A点的压强单位重量元流伯努利方程问题1：粘性流体总水头线沿程的变化是：AA.沿程下降；B.沿程上升；C.保持水平；D.前三种情况都有可能。问题2：粘性流体测压管水头线的沿程变化是：DA.沿程下降；B.沿程上升；C.保持水平；D.前三种情况都有可能。例水在直径为10cm的60°水平弯管中以5m/s流速流动，弯管前端压强为0.1at，如不计损失，亦不考虑重力作用，求水流对弯管的作用力。解：1）取控制体，进口、出口及管壁组成1122；2）选择坐标系，如图x轴与弯管进口前管道轴线一致；由于不考虑重力，∴管壁→水作用力为假设与x轴成角；另：方向沿x轴正方向（已知）方向垂直于断面22，且指向控制体内（未知）。根据伯努利方程∵截面积不变∴由动量方程：则0G2l122222111h2guzp2guzpRPPGF21,水壁Rα111ApP222ApP2gVpz2gVpz2222211121VV21zz221mN9807ppp1)(cos60ρAV)Vcos60(VAρV)VρQ(VcosαRcos60ApApF212111x2x2211x水壁sin60ρAV0)sin60ρVA(V)VρQ(VsinαRsin60ApF221y2y22y水壁60α,272NR水壁水壁壁水RR1