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1、流体力学概念流体：在任何微小剪切力作用下连续变形的物质。流体质点：微小特征体内含有足够多的分子数并具有确定的宏观统计特性的分子集合。连续介质模型：流体力学中假定组成流体的最小物质实体是流体质点，流体是由无限多个流体质点连绵不断地组成，质点之间不存在间隙，这就是连续介质模型。引入连续介质模型之后，流体的宏观物理量如速度、压强、密度等，都可以表示为空间坐标和时间的连续函数。粘性：流体抵抗剪切变形的一种属性。当流体相对运动或剪切变形时，流体内部就产生切应力以抵抗之，这就是流体粘性的表现。动力粘性系数才是流体粘性大小的度量，运动粘性系数并不能真实反映物体的粘性。同一种流体的动力粘性系数与温度有很大关系
2、，受压强影响很小。液体的粘性主要取决于分子之间的距离和吸引力，温度升高粘性降低。气体的粘性取决于分子间由热运动产生的动量交换，温度升高粘性增大。理想流体：粘性系数等于零的流体。所有的物质都具有一定的可压缩性。不可压缩流体：不考虑流体密度的变化，换言之不考虑其可压缩性的影响的流体。其体积弹性模量为无穷大。质量力：流体所处的外力场作用在取定流体全部质点上的力。是一种非接触力，或称超距力如重力和非惯性参考系中的惯性力。质量力的大小与外力场的强度，流体质量的分布有关，如果流体质量均匀分布，也可称为体积力。表面力：流体外的流体或物质作用在取定流体封闭边界面上的力。表面力大小与封闭边界的面积和表面应力分布
3、有关。空间任意点的流体静压强大小与其作用面的方位无关，只是作用点位置的函数。上述结论适用于所有无粘性或有粘性但没有相对运动（无切应力）的流体，不管是否是静止的。巴斯噶原理：自由表面上的压强变化瞬时传至静止流体内各点。绝对压强：以完全真空状态为零压强计量的压强。计示压强（相对压强）：以当地大气压强为基准计量的压强。计示压强 = 绝对压强 - 大气压强计示压强为正称表压；为负称真空度。运用完全气体状态方程时要用绝对压强。拉格朗日法：着眼于流体质点，设法描述每一个流体质点至始至终的运动过程，即位置随时间的变化规律。如果知道了所有质点的运动规律，那么整个流体的运动状态也就清楚了。欧拉法：着眼于空间点，
4、如果空间每一点的流体运动都知道，整个流体的运动状况就清楚了。采用欧拉法时，速度，温度，压强等物理量均是空间位置和时间的函数，于是就得到了空间区域的场，如速度场，密度场等。定常场：流场内每一点的物理量都不随时间变化。均匀场：某一时刻流场内的每一点的物理量都相同。局部导数（当地导数）：由流场的不定常性引起的速度的变化率。对流导数（位变导数）：由流场的不均匀性引起的速度的变化率。物质导数（随体导数）：局部导数与对流导数之和，适用于矢量和标量。迹线：流体质点在空间运动过程中描绘出来的曲线。流线：某一瞬时，流场中一条想象出来的曲线，线上各点的速度方向和曲线在该点的切线方向重合。它由不同的流体质点组成，表
5、示出该时刻不同流体质点的运动方向。定常场中，流线不随时间改变，流体质点沿着流线运动，流线与迹线重合。脉线（染色线）：将在一段时间内经过流场中同一点的所有流体质点在某瞬时连接起来得到的曲线。它是同一时刻不同流体质点的连线。流管：在流场内作一条非流线且不自相交的封闭曲线，在某一瞬时通过其上个点的流线构成一个管状表面。因为流管由流线构成，流体不能穿过流管从侧面流进流出，只能从流管一端流向另一端。平动：速度梯度为零。系统：一确定流体质点集合的总体。系统的边界把系统和外界分开。控制体：流场中某一确定的空间区域，其边界称为控制面。伯努利方程运用条件：定常；均质不可压缩；无粘性摩擦；沿流线。本构方程：表示应
6、力和变形速度的关系的方程。相似原理和量纲分析的作用：把特定条件下的实验结果推广到其它类似流动现象中去，从而通过一定量的实验掌握所有类似流动现象的规律。力学相似：模型流动与实物流动在对应点上对应物理量有一定的比例关系。包括几何相似，运动相似和动力相似。几何相似：模型流动与实物流动的边界形状相似，所有线性尺寸成同一比例。运动相似：模型流动与实物流动速度场相似，即对应流线几何相似。动力相似：模型流动与实物流动受同种外力作用，在同一瞬时同一空间点，作用力方向相同，作用力大小成同一比例，即对应流体质点的力的多边形几何相似（包括惯性力） 。相似准则（数）：惯性力分别与作用在对应流体质点上的其他力相比得到的
7、无量纲量。相似准则不是常数，两个相似流动在对应时间对应点相似准则数值相等。几何相似是运动相似和动力相似的前提和依据，动力相似是决定两种运动相似的主导因素，运动相似是其他两种相似的表象。相似第一定理（若相似会怎么，相似的性质）：描述两个相似的流动现象的物理方程相同，对应相似准则必定数值相等。单值条件：数学上是指，是微分方程组有唯一解的定解条件。物理上，确定一个物理现象的条件，如几何条件，物性条件，边界条件，初始条件（针对非定常场）现象相似的条件：同一类物理现象，表述其的微分方程相同；单值条件相似；相似准则相等。相似第二定理（怎么才能相似，相似条件）：同一类物理现象，单值条件相似，且由单值条件中的
8、物理量组成的相似准则对应相等时，现象相似。量纲：用来描述物体或系统的物理状态的可测量性质。基本量：可以按照一定规范建立测量尺度的量。导出量：其量纲可以用基本量的量纲的组合来表示。准则方程式：各无量纲量表示的相似准则之间的函数关系构成的方程式。部分相似：忽略一些对流动问题影响较小的相似准则，仅考虑起主要作用的相似准则。自（动）模化状态：当 Re 数达到一定程度时，惯性力与粘性力之比也达到一定程度，粘性力影响减弱，继续增大 Re 数将不会影响流动现象及其性能，阻力相似并不要求雷诺准则相似，与雷诺准则无关。V1A1=V2A2 的条件：均质不可压缩；定常；一元流动。伯努利方程的理解：理想不可压缩流体定
9、常流动时，单位质量流体沿流线的重力势能，压力能和动能之和为常数。虹吸现象：具有自由液面的物体，通过一弯管使其绕过周围较高的障碍物，然后流至低于自由液面的位置。气穴，空化：流体的压强在低于自身物质的饱和蒸汽压之后会气化，形成气穴，这种现象称空化。流函数由流量与点的对应关系定义。三元流动无流函数。满足拉普拉斯方程的流函数和势函数都可以表示不可压缩流体平面无旋流动。有流函数则一定不可压缩，有势函数则一定无旋。流体质点线：确定的流体质点所连成的线，其位置和形状随流体运动而改变。正压性流体：流体的密度只是压强的函数。汤姆孙定理：理想，正压性流体，在有单值势的质量力的作用下运动，沿任何封闭的流体质点线的速
10、度环量在运动过程中不随时间变化。亥姆霍茨漩涡第一定理：在任意瞬时，沿涡管长度各界面漩涡强度相等。推论：涡管不能在流体中终止，其存在形式只能是首尾相接的涡圈，或涡管的两端终止在流体的边界上。亥姆霍茨漩涡第二定理：理想，正压性流体在有单值势的质量力的作用下，涡管在运动过程中由相同的流体质点所组成。亥姆霍茨漩涡第三定理：理想，正压性流体在有单值势的质量力的作用下，涡管的强度不随时间变化。层流：流体分层流动，只有沿主流方向的速度分量，各层间互不干扰，互不相混。紊流：流动不稳定有随机性，但仍有主流方向，只是在沿主流方向和垂直于主流方向的速度都存在着脉动。紊流与层流的基本区别：紊流的流动参数，如速度的三个
11、分量，压强和温度等都随时间发生不规则的脉动。管内层流 Re4000.边界层：在物体壁面附近的流体薄层内，有着很大的速度梯度和漩涡，粘性影响不可忽略，这一薄层称边界层。核心区：未收粘性影响的速度均匀分布区。充分发展流动：截面速度分布不再随流动的距离增加而变化。粘附条件（无滑移条件）：固体壁面上的流体质点和该壁面相应点具有相同的速度。脉动速度：瞬时速度与时均速度的差值。可以认为紊流是由一系列三维的随机漩涡运动所组成。雷诺应力：紊流附加应力。圆管内的紊流速度分布中层流底层：紊流附加应力远小于层流切应力。过渡区：紊流附加应力与层流切应力有相同数量级。紊流核心区：紊流附加应力远大于层流切应力。由于流体具
12、有粘性，粘滞阻力使得压强随着流动距离增加而减小。缓变流：流道中流线之间的夹角很小，流线趋于平行；流线曲率半径很大，流线近似为直线。亦即缓变流动的流线近似为平行的直线。反之则称为急变流。在缓变流中，与流动方向垂直的截面上的压强分布规律与静水压强分布是一致的。水利损失：通过流道截面 1 和 2 时，单位重量流体的平均机械能损失。总流伯努利方程条件：定常；均质不可压缩流体；质量力仅有重力；所选两截面是缓变流截面。导致管道两截面间静压头变化的原因：动压头变化；高度变化；水利损失。水利损失：沿程损失和局部损失。沿程损失：粘性磨擦在均直管内的充分发展流动中产生的水利损失。局部损失：实际流体流经管道构件和连
13、接处时的水利损失。完全粗糙（阻力平方）区：Re 数足够大时，均直圆管内流动进入完全粗糙区，此时摩擦阻力系数与 Re 无关，仅是管壁粗糙度的函数。粘性流体两个流动基本特征：在固体壁面上，流体与壁面相对速度为零；流体发生相对运动或角变形时，流体间存在剪切力。起初，边界层内流态为层流，当其厚度达到一定值，流体质点的运动变得不规则，最终发展为紊流，发生这一变化的过渡区称为转捩区。层流底层（粘性底层）：流体质点的随机脉动收到避免的限制，因此靠表面更薄的区域内，流动仍保持为层流状态。紊流边界层增长的更快。尾迹流：边界层内有旋粘性流体离开物体流向下游，在物体后面形成尾迹流。粘性物体绕物体流动时，在边界层和尾
14、迹区的流动是粘性流体的有旋流动，在边界层和尾迹区以外的流动可视为理想流体的势流。名义边界层厚度：取物面到沿物体表面外法线方向速度达到势流速度的 99%处的距离。位移厚度：边界层内由于粘性影响减少的体积流量，相当于理想流体以势流速度流过物面时物体表面向外移动了位移厚度所减少的流量。动量损失厚度：边界层内，由于粘性影响损失的动量相当于理想流体以势流速度通过面积为动量损失厚度乘单位 1 的动量。当地雷诺数：以坐标 x 为特征长度的雷诺数。负的压强梯度为顺压梯度，正的压强梯度为逆压梯度。流动分离：物体不能沿着物体外形流动而离开物体表面的现象，首先发生在物体表面沿 x 向的速度在 y 方向的变化率为零的
15、点，该点成为分离点，划分正向流动与回流的一系列速度为零的点的连线成为分离线，它当然起始于分离点。分离点下游的压强近似等于分离点处的压强。流动分离的必要条件：粘性作用；逆压梯度。层流边界层与紊流边界层都会发生流动分离，但前者更容易发生，因为其速度在 y 方向的梯度较小，低速流体质点更易受到逆压梯度的阻滞。摩擦阻力：粘性流体沿平板表面流过时作用于平板的阻力，是物体作用在物体表面切向力的合力在来流方向的分量。压差阻力；物体前后压强差引起的阻力，是物体作用于平板外法线方向上的合力在来流方向上的分量。物体的阻力：摩擦阻力与压差阻力的和。流线型物体：尾迹区由于压强较低引起压差阻力，压差阻力取决于尾迹区的大
16、小，取决于分离点的位置，若分离点靠近物体的尾部，尾迹区很小，从而使压差阻力很小，这时物体阻力几乎全部为摩擦阻力，这样的物体成为流线型物体。雷诺数很大时，原来的层流边界层变为紊流边界层，紊流边界层更能抵抗逆压梯度，分离点向下游移动，尾迹区变小，压差阻力减小，这个雷诺数的临界值依赖于来流的紊流度和球面粗糙度。后缘假定：尖后缘是后驻点唯一稳定位置。启动涡：翼型下表面的流体流过尖后缘时速度很大，压强很小，而后驻点处压强最大，从尖后缘到后驻点这段边界层内存在着很大的速度梯度，因此边界层内的流动在尖后缘处发生分离并卷起一个漩涡，它叫做启动涡。附着涡：与翼型环量相对应的涡。失速：当攻角达到一定程度时，翼型表面流动发生大面积分离。库塔-如可夫斯基条件：利用将后驻点移至尖后缘来确定附着涡环量的条件。
