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1、总复习总复习 教学内容教学内容 （一）（一）前言前言 （二）流体静力学（二）流体静力学 （三）流体运动学（三）流体运动学 （四）流体动力学基础（四）流体动力学基础 （五）层流、紊流及其能量损失（五）层流、紊流及其能量损失 （六）孔口、管嘴出流与有压管路（六）孔口、管嘴出流与有压管路 （七）明渠均匀流（七）明渠均匀流 （八）（八）量纲分析及相似原理量纲分析及相似原理 （九九）复习复习 （十十）实验）实验 1 流体力流体力 质量力质量力 面力面力 2 1 1 前言前言 流体力学模型流体力学模型 理想流体理想流体，不可压流体不可压流体，连续介质连续介质，牛顿牛顿 流体性质流体性质 惯性惯性 粘性粘性
2、（牛顿内摩擦定律牛顿内摩擦定律） 压缩性压缩性 1 1 前言前言 粘性粘性（牛顿内摩擦定律牛顿内摩擦定律） A U F 比例常数与充入两板之间的流体种类及其温度压强状况有关比例常数与充入两板之间的流体种类及其温度压强状况有关 x y UF o kyu U A F U 切应力切应力 速度梯度速度梯度 设速度分布为设速度分布为 )(yuu dy du 则切应力则切应力 3 3 2 2 流体静力学流体静力学 2-1 平衡流体上的作用力平衡流体上的作用力 2-2 流体平衡的微分方程流体平衡的微分方程 2-3 重力场中的平衡流体重力场中的平衡流体 2-4 静压强的计算与测量静压强的计算与测量 2-5 平
3、衡流体对壁面的作用力平衡流体对壁面的作用力 4 质量力质量力 表面力表面力 沿切线方向的表面力沿切线方向的表面力 沿法线方向的沿法线方向的表面力：压强表面力：压强 平平衡衡 重力场中的平衡重力场中的平衡（流体对地球无相对运动流体对地球无相对运动） 相对平衡相对平衡（流体对运动容器无相对运动流体对运动容器无相对运动） 重力重力 2 2流体静力学流体静力学- -作用力作用力 5 5 欧拉平衡方程欧拉平衡方程式式 0 1 p F 2 2流体静力学流体静力学- -流体平衡的微分方程流体平衡的微分方程 )(rdFdUdp )( 00 UUpp 0)( p zd 连续连续、均质的不可压缩流体，密度或重度是
4、恒定常、均质的不可压缩流体，密度或重度是恒定常 数，在流体连续区域内积分，则数，在流体连续区域内积分，则 dzgdzdp 重力场中流体的欧拉平衡方程 C p z 测压管水头，单位重量液体具有的总势能，单位重量液体具有的总势能 6 6 例题例题 如图如图 静压强的计算静压强的计算 2 2- -4 4 流体静力学流体静力学- -静压强的计算与测量静压强的计算与测量 1 h 2 h a p p p 1 h 2 h a p 图（1） 1212 图（2） 柱面上的流体静压力柱面上的流体静压力 如图，柱面在坐标面如图，柱面在坐标面上投影为一条上投影为一条曲线，因而沿曲线，因而沿 方向没有作用力。方向没有作
5、用力。 xoz ab y zz xx pdApdA pdApdA cosdFcosdF cosdFcosdF 合力大小为合力大小为 22 FFF zx z x tg F F 合力方向为合力方向为 柱面上的流体静压力柱面上的流体静压力 在柱面上取一微元面在柱面上取一微元面dAdA, ,受力受力dFdF= =p p dA=dA= ghgh d dA A p A z A zz Axc A x A xx VhdApdA VAhhdApdA zz x xx F F 2 2流体静力学流体静力学- -对壁面的作用对壁面的作用 8 8 3-1 流体运动的描述流体运动的描述 3-2 流动的几个基本概念流动的几个
6、基本概念 3-3 流动的分类流动的分类 3-4 流体运动的质量守恒方程流体运动的质量守恒方程 3 3 流体运动学流体运动学 9 物理量的质点物理量的质点导数（导数（EulerEuler法）法） t N(x,y,z,t)t)z,ty,zx,yxN t N dt dN tt ( limlim 00 对多元复合函数对多元复合函数求导求导, ,可得质点导数可得质点导数 质点导数是数学上多元复合函数对独立自变量质点导数是数学上多元复合函数对独立自变量t t的导数的导数。 ),(),(),(ttztytxNN t N dt dz z N dt dy y N dt dx x N dt dN 3 3流体运动学
7、流体运动学- -流体运动的描述流体运动的描述 t N 当地导数当地导数( (局部导数或时变导数局部导数或时变导数) ) z N u y N u x N u zyx N)(u 迁移导数或位变导数迁移导数或位变导数 质点没有空间变位时，物理量N对时间的变化率，反映流场的 非定常性。显然定常流动时一切当地导数均为零。 质点的空间位置变化时，物理量N对时间的变化 率，反映流场的非均匀性 1010 流线与迹线流线与迹线 3 3流体运动学流体运动学- -流体运动的基本概念流体运动的基本概念 流线流线是流场中的瞬时光滑曲线，曲线上各是流场中的瞬时光滑曲线，曲线上各 点的切线方向点的切线方向与该与该点的瞬时速
8、度方向点的瞬时速度方向一致一致zyx u dz u dy u dx 迹线迹线是是某一流体质点的运动轨迹线某一流体质点的运动轨迹线。它它 是单个质点在运动过程中所经过的空间是单个质点在运动过程中所经过的空间 位置随时间连续变化的位置随时间连续变化的轨迹轨迹 dt u dz u dy u dx zyx 1111 0 z u y u x u t z y x 0 u t 不可压缩流体不可压缩流体：0divuu 0)div(uu 定常流动定常流动： 连续方程连续方程式式 定常流定常流，均匀流均匀流 12 4 4- -1 1理想流体的运动方程理想流体的运动方程 4 4- -2 2实际流体的运动实际流体的运
9、动 4 4- -4 4恒定总流的动量方程恒定总流的动量方程 4 4- -3 3流体能量方程流体能量方程 4 4 流体动力学基础流体动力学基础 N N- -S S方程方程 4 4流体动力学基础流体动力学基础 dt du uupF)( 2 1 不可压不可压 dt du upF 2 1 EulerEuler方程方程 dt du pF 1 平衡态平衡态 0 1 pF BernoulliBernoulli方程方程 c p W u 2 2 重力场重力场 c g p z g u 2 2 总流总流 w h g vp z g vp z 22 2 222 2 2 111 1 1313 欧拉法欧拉法表示的动量方程式
10、表示的动量方程式求运动力求运动力 Kv KKv F)( t )( dt d dt md v dVuK 系统系统内的流体动量对时间的导数等于作用在系统上所有外力的内的流体动量对时间的导数等于作用在系统上所有外力的 矢量和矢量和 4 4流体动力学基础流体动力学基础- -总流动量方程总流动量方程 dV t dAu VA uuF )( 1211112222 VVQdAudAu u uu uF F 对一维定常流动对一维定常流动用平均速度表示的动量方程式用平均速度表示的动量方程式 1414 1515 ) 1(coscos 2 2 QvQvv Q P x （三）（三） 4 4- -4 4流体动力学基础流体动
11、力学基础-总流动量方程及应用总流动量方程及应用 5-1 层流与紊流的概念层流与紊流的概念 5-2 均匀流的沿程损失均匀流的沿程损失 5-4 紊流流动的特征紊流流动的特征 5-5 紊流的沿程损失紊流的沿程损失 5-6 流动的局部损失流动的局部损失 5-3 圆管中的层流流动圆管中的层流流动 5-7 边界层与绕流阻力边界层与绕流阻力 5 5层流紊流及能量损失层流紊流及能量损失 16 层流、紊流、湿周层流、紊流、湿周、水力直径、水力直径、雷诺数雷诺数 5 5层流层流紊流及能量损失紊流及能量损失 1717 Vd Re 粗糙度粗糙度、粘性底层粘性底层、厚度、脉动、紊动强度、摩阻速度、厚度、脉动、紊动强度、
12、摩阻速度、 壁面类型壁面类型、流动分区流动分区类型类型、混合长度、混合长度、雷诺应力雷诺应力 紊流紊流沿程损失系数的求解沿程损失系数的求解方法方法 5 5层流层流紊流及能量损失紊流及能量损失 1818 g V d l hf 2 2 沿程损失（达西公式）沿程损失（达西公式） R l g hf 0 RJg 0 均匀流（切应力）基本均匀流（切应力）基本方程方程 局部损失局部损失 g V hj 2 2 水头损失的叠加原理水头损失的叠加原理 g v g v d l h f 22 )( 22 当量局部阻力系数 e 总阻力系数 5 5层流紊流及能量损失层流紊流及能量损失 1919 绕流阻力计算公式绕流阻力计
13、算公式 减小流动阻力的基本方法减小流动阻力的基本方法 2 2 U ACD D 是形体阻力系数 D C 边界层边界层的基本概念和特点的基本概念和特点 无滑移条件无滑移条件 沿固体壁面存在较大的法向梯度沿固体壁面存在较大的法向梯度 边界内的粘性不能忽略边界内的粘性不能忽略 6 6- -1 1薄壁孔口出流薄壁孔口出流 6 6- -2 2管嘴出流管嘴出流 6 6- -3 3有压管道恒定流有压管道恒定流 6 6- -4 4管网流动计算基础管网流动计算基础 6 6孔口孔口管嘴出流与有压管流管嘴出流与有压管流 20 6 6孔口孔口管嘴出流与有压管流管嘴出流与有压管流 21 小孔出流小孔出流、大孔出流大孔出流
14、、淹没出流、淹没出流、管嘴出流管嘴出流、空化空蚀空化空蚀、 短管、长管、简单管、串并联管短管、长管、简单管、串并联管 0c0 22 1 gHAgH A VAQ C 0 22 2 ) 1 1 (1 1 H g pp ac 7 7- -1 1概述概述 7 7- -2 2明渠均匀流的水力特征和基本公式明渠均匀流的水力特征和基本公式 7 7- -3 3梯形断面明渠均匀流的水力计算梯形断面明渠均匀流的水力计算 7 7明渠均匀流明渠均匀流 22 7 7明渠均匀流明渠均匀流 23 明渠流特征、明渠流均匀流条件、底坡、边坡系数明渠流特征、明渠流均匀流条件、底坡、边坡系数 明渠均匀流的基本公式明渠均匀流的基本公式 或者或者（管的均匀流管的均匀流） 谢才公式谢才公式RiCV 曼宁公式曼宁公式 61 1 R n C 连续方程连续方程 AVQ 或者或者iKRiACQ 流量模数，明渠均匀流流量模数，明渠均匀流
