流体力学(基本概念总复习)

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1、 1 流体力学 基本概念复习 2 1 流体与固体的主要区别在于固体可以抵抗拉力 压力 剪力 而流体几乎不能抵抗压力 处于静止状态的流体还不能抵抗拉力 流体与固体的主要区别在于固体可以抵抗拉力 压力 剪力 而流体几乎不能抵抗拉力 处于静止状态的流体还不能抵抗剪力 流体的基本定义 3 2 液体与气体的主要区别在于液体不能压缩 而气体易于压缩 液体与气体的主要区别在于液体难于压缩 而气体易于压缩 4 3 流体在静止和运动状态下具有抵抗剪切变形能力的性质 称为流体的黏滞性 流体在运动状态下具有抵抗剪切变形的能力的性质 称为流体的黏滞性 5 4 气体的粘度随温度的增加而减小 而液体的粘度却随着温度的增加

2、而增加 气体的粘度随温度的升高而增加 而液体的粘度却随着温度的升高而减小 6 4 气体的粘度随温度的增加而减小 而液体的黏度却随着温度的增加而增加 气体的粘度随温度的升高而增加 而液体的黏度却随着温度的升高而减小 7 5 理想流体是指忽略密度的变化的流体 对于液体以及低温 低速 低压条件下的运动气体 一般可视为理想流体 理想流体是指忽略黏性的流体 或 不可压缩流体是指忽略密度变化的流体 液体以及低温 低速 低压条件下的运动气体 一般可视为不可压缩流体 8 6 在流体力学或水力学中 质量力是指大小与流体的质量成正比例的力 其单位与加速度的单位相同 在流体力学或水力学中 质量力是指作用在单位质量上

3、的力 其单位与加速度的单位相同 9 7 牛顿内摩擦定律8 连续介质假设 10 1 静止流体内各点的测压管水头等于常数 均质连通静止流体内各点测压管水头等于常数 流体静力学 11 2 平衡流体的等压面处处与表面力正交 平衡流体的等压面处处与质量力正交 12 3 静止流体的等压面必为水平面 反之也成立 静止流体的等压面必为水平面 反之 过静止流体的水平面不一定为等压面 只有过同种 连通 静止流体的水平面才为等压面 13 4 相对压强恒为正值 而绝对压强则为相对于当地大气压的压强 绝对压强和真空度恒为正值 而相对压强可正可负 绝对压强是指相对于绝对真空的压强 14 5 只有作用在规则平面上的静止总压

4、力才等于受压面形心处的压强与受压面面积的乘积 静止液体作用在任意平面上的总压力大小等于其受压面形心处的压强与受压面面积的乘积 15 6 实压力体向上 虚压力体向下 实压力体向下 虚压力体向上 16 1 恒定流是指运动要素不随时间和空间的变化的流动 解 恒定流是指运动要素不随时间变化的流动 2 均匀流是指过流断面上各流速均相等的流动 解 均匀流是指断面流速分布沿程不变的流动或流线为平行直线的流动 流体动力学基础 17 3 急变流是指流线近似为平行直线的流动 解 急变流是指流线远离平行直线的流动 4 渐变流是指流速分布沿程不变的流动 解 渐变流是指流线近似为平行直线的流动 18 5 渐变流过流断面

5、上各点的测压管高度近似等于常数 解 渐变流过流断面上各点的测压管水头近似等于常数 19 6 由于黏性是流体的固有属性 因此 不管是理想流体还是实际流体 其机械能总是沿程减小的 解 由于黏性的影响 实际流体的机械能总是沿程减小的 20 7 对于恒定不可压缩流体的流动问题 质量守恒与流量守恒不完全相同 解 对于恒定不可压缩流体 质量守恒与流量守恒完全相同 21 8 在流量一定条件下 流速水头与管径d成正比 解 在流量 一定条件下 流速水头 与管径d的四次方成反比 即 22 9 有压管流必为恒定流 解 流量保持不变的有压管流为恒定流 23 1 单位表征某个物理量的类别 而量纲则表征个物理量的大小 解

6、 单位表征某个物理量的大小 而量纲则表征个物理量的类别 2 基本物理量必须独立 选取不能因人而异 必须是唯一的 解 基本物理量必须相互独立 选取可以因人而异 不必强求唯一 量纲分析和相似理论 24 3 相似准则数均为有量纲数 解 相似准则数均为无量纲数 25 4 雷诺准则一般用于明渠流动的问题 而弗劳德准则则通常用于有压管流问题 解 雷诺准则一般用于有压管流的问题 而弗劳德准则则通常用于明渠流动问题 5 当原型与模型同时保证重力和黏性力相似时 若采用同一流体进行实验 则长度尺寸为 26 6 当原型与模型同时保证重离和黏性力相似时 若采用不同流体进行实验 则长度比尺和运动黏度比尺的关系为 解 当

7、原型与模型同时保证重力和黏性力相似时 若采用不同流体进行实验 则长度比尺和运动黏度比尺的关系为 27 7 雷诺数的物理意义在于它反映了惯性力和重力的比值 解 雷诺数的物理意义在于它反映了惯性力和黏性力的比值 8 弗劳德数的物理意义在于它反映了惯性力和黏性力的比值 解 弗劳德数的物理意义在于它反映了惯性力和重力的比值 28 流动阻力和水头损失 2 不管是层流还紊流 其运动要素在时间和空间上都具有脉动性 改正 紊流的运动要素在时间和空间上都具有脉动性 29 3 在过流断面上 圆管层流流速呈对数曲线分布 而圆管紊流流速则呈旋转抛物面分布 改正 在过流断面上 圆管层流流速呈旋转抛物面分布 而圆管紊流流

8、速则呈对数曲面分布 30 4 对于圆管层流 沿程水头损失 改正 对于圆管层流 沿程水头损失 31 5 若流动的沿程水头损失 则该流 动必处于紊流粗糙区 改正 若流动的沿程水头损失 则该流 动必处于紊流光滑区 32 6 同一管道的层流底层厚度 随着雷诺数 的增加而增厚 改正 同一管道的层流底层厚度随着雷诺数的增加而减薄 33 7 工业管道的沿程阻力系数 在紊流过渡区 的增加而增加 随着着雷诺数 改正 工业管道的沿程阻力系数 在紊流过渡区 的增加而减小 随着着雷诺数 34 9 对于下图所示的突扩大管道 在流量 和 一定的条件下 其局部水头损失 随着扩大次数的增加 改正 对于下图所示的突扩大管道 在

9、流量 和 一定的条件下 其局部水头损失 随着扩大次数 而增加 的增加而减小 35 孔口 管嘴及有压管道恒定流动 1 在作用水头和管 孔 径一定条件下 管嘴出流流量大于孔口出流的原因在于管嘴出流的流动阻力小于孔口出流 解 原因在于管嘴出流时收缩段面出现真空的影响 理论上分析可知 该真空度相当于将管嘴的作用水头提高了75 36 2 圆柱形管嘴正常工作的条件是 1 管嘴长度 2 作用水头 解 圆柱形管嘴正常工作的条件是 1 管嘴长度 2 作用水头 37 3 短管与长管之分主要取决于沿程水头损失和局部水头损失 甚至流速水头也可以忽略不计 解 短管与长管之分主要取决于沿程水头损失和局部水头损失在总水头损

10、失中所占的比重 通常长管可以忽略局部水头损失 甚至流速水头也可以忽略不计 而短管的沿程水头损失和局部水头损失比重相当 在计算总水头损失时 二者都要计入 38 4 串联管路的总水头损失等于个支路的水头损失 各支路的水头损失相等 而并联管路的总水头损失等于个支路的水头损失之和 解 串联管路的总水头损失等于个支路的水头损失之和 而并联管路的总水头损失等于各个支路的水头损失 各支路的水头损失相等 39 5 为保证供水的可靠性 城市供水 供气系统一般应设计成树状管网 解 为保证供水的可靠性 城市供水 供气系统一般应设计成环状管网 6 对于环状管网中任意闭合的环路 其水头损失和流量均等于零 解 对于环状管

11、网中任意闭合的环路 其水头损失等于零 40 7 水击压强的计算必须考虑水的压缩性 但管路的变形一般可忽略不计 解 水击压强的计算必须考虑水的压缩性和管路的变形 41 8 如图所示 三种形式的叶片受流量 流速为 的射流冲击 则叶片受冲击 最大的是 最小的是 c a 42 9 试绘制下图3 4圆柱承压曲面在3种水头情况下所对应的压力体图 并标出曲面所受的铅垂总压力的作用方向 43 绘制总水头线和测压管水头线 44 绘制总水头线和测压管水头线水流由水箱经变径管流到大气中 变径管大小管断面的面积比为2 1 全部水流损失的计算式如图所示 1 求出口流速 2 绘制总水头线和测压管水头线 45 图例 总水头

12、线测压管水头线 46 47 第六章气体射流复习要点 48 49 湍流系数a与出口断面上的湍流度N有关 N越大 说明射流在出口前已紊乱化 具有较大的与周围介质掺混的能力 则a值也大 射流扩散角 也大 湍流系数a还与射流出口速度的均匀性有关 出口速度均匀 a值小 反之 a值大 50 经过无因次变换 各断面不同的速度分布曲线成为同一条无因次分布线 这种同一性 说明射流各断面上速度分布具有相似性 此即射流的运动特性 51 无限空间淹没湍流射流的假定条件射流出口断面上流速均匀 流动处于湍流状态 射流中任意点的静压强与周围静止的空气压强相同 射流各断面上的动量相等 动量守恒 52 断面平均流速V1仅为轴心

13、速度的四分之一左右 断面质量平均流速V2约为轴心速度的二分之一 质量平均流速v2 以质量平均流速乘以质量即得真实动量 v2能恰当地反映被使用区的速度 注意 v1和v2不仅在数值上不同 意义上也完全不同 53 第七章一元气体动力学基础基本公式 54 55 欧拉法 Euler 欧拉法着眼于观察和分析任意瞬间t通过空间任意点 x y z 的流体质点的运动情况 至于这些质点在未到达之前是从哪里来的 在达到改点之后又将去往何处 欧拉法不能直接显示 56 x y z称为欧拉变数 欧拉的观点就是 场 观点 有关物理量在空间的分布 称为该物理量的场 如速度场 压强场 密度场 温度场等等 57 58 欧拉法所确

14、定的速度向量u用速度分量的形式表示为 同理 流体压强可表示为 59 若x y z为常数 t为变数 可得到不同时刻通过流场空间某一固定点的流动参数变化 若t为常数 x y z为变数 可得到某一时刻 流场内通过不同空间点的流动参数变化 若x y z t均为变数 可得任意时刻 流场内通过任意空间点的流动参数变化 流体运动的两种方法 60 关于流体质点的加速度 对于某一个要确定的具体空间点来说 此时空间点的坐标x y z已经是已定的常量 因此通过该空间固定点观察到的流速u随时间变化率只是流速增量随时间的偏变化率 加速度的概念 对某一确定的流体质点 其速度的变化率与发生这个变化所用时间之比 即 61 关

15、于流体质点的加速度 求全导数必须站在运动着的流体质点上 随其运动轨迹观察在dt时间内液体质点的速度增量 此时运动着的流体质点所遵循的轨迹的看见坐标又是时间的函数 即x x t y y t z z t 62 流体质点的加速度则为 63 由于则加速度的表达式可写成 64 全导数偏与导数的本质区别 偏导数表示在固定点 x y z 上流体质点的速度对时间的变化率成为当地加速度 或时变加速度 由于流体运动 不同时刻通过空间固定点的质点并非是同一个质点 因此 偏导数只反映了固定空间点不同时刻因时间先后不同而有不同的速度随时间的变化率 并非是同一个质点的速度随时间的变化率 65 全导数偏与导数的本质区别 全导数表示同一个流体质点沿着一定的轨迹线x x t y y t z z t 流动时 该质点的速度对时间的变化率 它不仅包含由于时间变化而引起的固定观察点的速度变化 包含因时间变化 质点的位置发生了变化而引起的速度变化 随着时间变化 因质点的位置发生了变化而引起的速度变化 称为迁移加速度或位变加速度或 66 当地加速度迁移加速度 67 知识回顾KnowledgeReview 谢谢 放映结束感谢各位的批评指导 让我们共同进步