西安科技大学流体力学复习提要

1、工程流体力学 复 习 提 要绪 论任务：研究流体平衡与宏观机械运动的基本规律。第一章 流体的基本概念流体的定义：在静力平衡时，不能承受剪切力的物质。分类：液体与气体主要物理性质：惯性、粘性、压缩性、表面张力 惯性：质量、密度、重量、重度、比重的概念，之间的关系 牛顿内摩擦定律： 动力粘性系数，运动粘性系数，之间的关系第二章 流体静力学流体静压强的特性：方向沿受力面的内法线；沿各方向作用于同一点的压强值相等。质量力：与流体微团质量大小有关，并集中作用在微团质量中心上的力，主要有重力、惯性力等。表面力：周围流体作用在该微团表面上的力。帕斯卡定律：平衡不可压缩流体中任一点压强的变化量将等值的传递到其

2、他各点上去。等压面：压强相等的点构成的面。流体静力学基本方程：流体静压强公式：绝对压强：以完全真空为起点计算的压强相对压强：以当地大气压强为起点计算的压强真空度：其绝对压强小于大气压强的部分，压强的单位：单位面积上的力；1N/m2=1Pa液柱高度大气压 换算关系：1工程大气压=1kgf/cm2=10mH2O=735.6mmHg=9.8104帕1帕=0.102mmH2O测压仪表：液体、金属静止液体作用于平面壁上的总压力： 大小： hc：受压面积形心的垂直深度 作用点： zc:距原点的距离静止液体作用于曲面壁上的总压力： 大小： V：曲面以上液柱体积 Ax：曲面在铅直面上的投影面积 ho: 投影面

3、积Ax形心的深度方向：作用点：过Px、Pz交点与水平成角之直线与曲面之交点上。第三章 流体动力学研究方法： 拉格朗日法:注重（追究）每个单个流体质点的运动和受力欧拉法：注重各不同流体质点经过空间某同一固定位置处之运动情况。迹线：流体质点运动轨迹流线：某瞬时某曲线上的流体质点的速度矢量与该曲线相切。定常流：运动要素（u、p、）与时间无关。 此时，流线、迹线重合。非定常流。 流线的特性：流线上的质点只能沿流线流动，其它质点不能穿越它。流面、流管、微元流束、总流、过水断面、点速、均速、流量 总流的连续性方程无粘性流体微元流束的伯努利方程粘性流体微元流束的伯努利方程能量意义：能量几何意义：水头水力坡度

4、：粘性总流的伯努利方程流速计（毕托管）流量计（汾丘里管）动量方程：合外力 应用：管壁支反力，射流冲击力，射流反推力。解题时注意：自由表面处：v = o、p = pa，出口处： p = pa。第四章 粘性流体运动及其阻力计算湿周 水力半径： 圆形：均匀流动，沿程损失hf；不均匀流动，局部损失hr雷诺实验，层流、紊流、临界流速雷诺数： 对于非圆管，式中分子上的d换为水力半径R。 层流与紊流的雷诺数界限： 圆管理论值： 2320 非圆界面： 500 明渠： 300圆管均匀流动时的沿程损失： 层流时， 消耗功率：圆管中的紊流：运动要素脉动、时均化，层流边层、绝对糙度、水力光滑管、水力粗糙管、尼古拉茨实

5、验图、莫迪图不均匀流动：动量方程： 局部损失： 当量管长： 总损失：第五章 有压管路的水力计算短管、长管（只计沿程损失、不计局部损失），简单管路（流量沿程不变、等直径管）水力计算： K由管径d查表。串联管路： Ki由不同的管径di查表。并联管路：两节点间各并联管中的水头损失hfi相等。QT通过流量, QP泄出流量连续均匀出流管路：第六章 明渠定常均匀流明渠，定常均匀流：流量、流速、断面积、水深、渠底坡度、渠槽粗糙度均不改变。平均流速： c为蔡西系数流量：蔡西系数c的确定有5个经验公式。水力最佳断面：渠底坡度一定、过流断面积一定、能通过最大流量的断面形状。经推导，断面积一定、湿周最小的断面形状为

6、水力最佳断面。 梯形：断面积： 底宽： m:侧边坡度，h:水深；、由表查得。第七章 孔口、管嘴出流及堰流孔口出流：在容器侧壁或底部开孔，液体经孔口流入另一部分流体中的水力现象。自由出流：当液体经孔口出流直接与大气接触称为自由出流。淹没出流：当液体经孔口流入充满液体的空间称为淹没出流。管嘴出流：在孔口上连接长为34倍孔径的短管，水经过短管并在出口断面满管流出的水力现象。大孔口：当孔口直径d大于孔口前水头H或孔口前后水头差z的十分之一，称为大孔口。小孔口：当孔口直径d小于孔口前水头H或孔口前后水头差z的十分之一，称为小孔口。薄壁小孔口自由出流流量计算公式：，薄壁小孔口淹没出流流量计算公式： 为孔口

7、前后水头差薄壁大孔口自由出流流量计算公式： 0.60.9薄壁大孔口自由出流流量计算公式：孔口非定常泄空时间： 分别为孔口面积和容器水平断面面积管嘴自由出流流量计算公式：，管嘴出流的工作条件：作用水头H09.3m ；管嘴长度应当符合=(34)d管嘴淹没出流流量公式： ，矩形薄壁堰自由出流流量公式：，为矩形堰的宽度。无侧壁收缩的矩形薄壁堰流量的计算常采用经验公式：(1)法兰西斯公式: (2)巴生公式：直角三角形薄壁堰自由出流流量及计算常采用经验公式：（1）汤姆森公式：（2）伍得邦公式： （3）我国机械工业部公式：升/秒 其中P=0.10.75米，H=0.070.26米, B=0.51.2米第八章

8、流体运动的动力相似，定理力学相似：实物流动与模型流动在对应点上对应物理量都有一定的比例关系。力学相似条件：几何相似，运动相似和动力相似。几何相似：模型流动和实物流动有相似的边界形状，一切对应的线性尺寸成比例。运动相似：模型流动和实物流动的流线几何相似，且对应点上的速度成比例。动力相似：模型流动和实物流动受同种外力作用，且对应点上的对应力成比例。准则数：惯性力与某种力的比值。流体力学中的一些相似准则数(1)雷诺数 粘性流体运动的重要准则数。如有压管道内的流动，飞行器低速绕流或计算潜艇阻力等 (2)弗劳德数 具有自由面液体流动时的重要准则数如液体表面波动，船舶运动，明渠流，堰流，孔口及管嘴出流等(

9、3)欧拉数 压力或压差对流速分布影响较大的流动的重要准则数 如空化效应或空蚀现象等 (4)马赫数 可压缩流动中的重要准则数 如高速流动问题等 (5)韦伯数 表面张力起主要作用的流动中的重要准则数如小液滴，小气泡，毛细现象，凝结，沸腾等(6)斯特劳哈数 非定常流动中的重要准则数(7)牛顿数 模型流动与实物流动动力相似时，必须保证在对应点上各个准则数分别相等相似性质 （1）两种相似流动属于同一类流动现象，应为相同的微分方程组描述 连续方程， N-S 方程，能量方程，状态方程（2）两个流动现象相似，单值条件必须相似A 几何条件流动空间几何形状和尺寸B 物性条件流体密度、粘性等C 边界条件流场边界上物理量分布D 初始条件非定常问题初始时刻流场中各点物理量分布（3）两种相似的物理现象，对应的准则数相等量纲和