工程流体力学考试重点-科大

质量力：质量力是作用于每一流体质点〔或微团〕上的力，与体积或质量成正比。外表力：外表力是作用在所考虑的流体外表上的力，且与流体的外表积大小成正比。外界通过接触传递，与外表积成正比的力。当不计温度效应，压强的变化引起流体体积和密度的变化，称为流体的压缩性。当流体受热时，体积膨胀，密度减小的性质，称为流体的热胀性。单位压强所引起的体积变化率〔压缩系数〕。越容易压缩。。单位温度所引起的体积变化率〔体积热胀系数〕。黏性是流体抵抗剪切变形的一种属性。当流体内部的质点间或流层间发生相对运动时，产生切向阻力〔摩擦力〕抵抗其相对运动的特性，称作流体的黏性。流体的黏性是流体产生流动阻力的根源。其中——内摩擦力，N；——法向速度梯度，即在与流体方向相互垂直的y方向流体速度的变化率，1/s；——比例系数，称为流体的黏度或动力黏度，。说明流体层间的内摩擦力或切应力与法向速度梯度成正比。液体的黏度随温度升高而减小，气体的黏度那么随温度升高而增大。液体主要是内聚力，气体主要是热运动。温度：液体的分子间距内聚力；气体的分子热运动分子间距内聚力。三大模型：1〕连续介质模型；2〕不可压缩流体模型；3〕理想流体模型。当把流体看作是连续介质后，表征流体性质的密度、速度、压强和温度等物理量在流体中也应该是连续分布的。优点：可将流体的各物理量看作是空间坐标和时间的连续函数，从而可以引用连续函数的解析方法等数学工具来研究流体的平衡和运动规律。流体静压强的特性：1〕流体静压强的方向垂直指向受压面或沿作用面的内法线方向；2〕平衡流体中任意一点流体静压强的大小与作用面的方位无关，只与点的空间位置有关。。全微分方程。在平衡流体中，压强相等的各点所组成的面称为等压面。特性：1〕在平衡流体中，通过任意一点的等压面，必与该点所受的质量力相互垂直。当流体处于绝对静止时，等压面是水平面。2〕当两种互不相溶的液体处于平衡状态时，分界面必定是等压面。对于不可压缩流体，密度是常数，：不可压缩流体静压强根本议程式的物理意义是：z是单位重量流体对基准平面的位能，是单位重量的流体具有的压力能，单位重量静止流体的压力能和位能z之和为一常数。这是能量守恒定律在静止流体能量特性的表现。压强的计量基准：以完全真空〔〕为基准起算的压强称为绝对压强，用表示。以当地大气压强为基准来计量的压强称为相对压强，用p表示。绝对压强总是正值，而相对压强p那么可正可负。，绝对压强和相对压强之差是一个当地大气压。压强的三种度量单位：1〕用单位面积上的力来表示，即应力单位。以压强的根本定义出发：Pa〔N/m〕；2〕以大气压的倍数表示。以大气压来表示：标准大气压atm温度为0℃，海平面上的压强，即101.325kPa。工程大气压at海拔200米处的正常大气压1at=1kgf/cm2，1kgf=9.8N；3〕以液柱高度表示压强。以液柱表示：mH2O,mmH2O或mmHg。液体作用在柱面上水静压力的水平分力，其大小等于作用在该柱面在铅垂平面的投影面上的水静压力。水平分力的作用线通过投影面积的压强中心，方向指向柱面。为平面形心C处的淹没深度。液体作用在柱面上水静压力的铅直分力等于压力体内液体的重量。合力P的作用线与水平线的夹角为：压力体：实压力体：压力体abc包含液体体积，垂直分力方向垂直向下。虚压力体：压力体abc不包含液体体积，垂直分力方向垂直向上。描述流体运动的两种方法：1〕拉格朗日法：是以流场中每一流体质点作为描述对象的方法，它以流体个别质点随时间的运动为根底，通过综合足够多的质点运动而获得整个流动规律。2〕欧拉法；是以流体质点流经流场中各空间点的运动即以流场作为描述对象研究流动的方法。欧拉法加速度表达式：，加速度由两局部组成：第一局部是由于某一空间点上的流体质点的速度随时间的变化而产生的，称为当地加速度，又称为时变加速度，；第二局部是某一瞬时由于流体质点的速度随空间点的变化而引起的，称为迁移加速度，又称为位变加速度，，当地加速度和迁移加速度之和称为总加速度。恒定流：又称定常流，是指流场中的流体流动时空间点上各运动要素均不随时间而变化的流动。非恒定流：又称非定常流，是指流场中的流体流动空间点上各水力运动要素随时间的变化而变化的流动。流线：是某一瞬时在流场中所作的一条曲线，在这条曲线上的各流体质点的速度方向都与该曲线相切，因此流线是同一时刻，不同流体质点所组成的曲线。〔1〕同一时刻的不同流线，不能相交；〔2〕流线不能是折线，而是一条光滑的曲线；〔3〕流线簇的疏密反映了速度的大小。均匀流：是指流场中同一条流线各空间点上的流速相同的流动，否那么，那么为非均匀流。非均匀流：非均匀流流场中相应点的流速大小或方向同时沿程改变，即沿流程方向速度分布不均匀。渐变流是流速的大小和方向沿流线逐渐改变的非均匀流。两个重要性质：1〕渐变流过流断面近似为平面；2〕渐变流过流断面上的压强近似按静压分布即，C为常数。急变流是流速的大小和方向沿程急剧改变的流动，其特征是流线间夹角很大或曲率半径较小或二者兼而有之，流线是曲线，过水断面不是一个平面。根据流场中各运动要素与空间坐标的关系，流体运动又分为一维流动、二维流动和三维流动。假设流体的运动要素是三个空间坐标和时间t的函数，这种流动称为三维流动。假设只是两个空间坐标和时间t的函数，就称为二维流动。假设仅是一个空间坐标和时间t的函数，那么称为一维流动。流束：过流体中任一过流断面上各点作流线，那么得到充满流管的一束流线簇，称为流束。在流束中与各流线相铝直的横截面称为过流断面。〔1〕有压流动：总流的全部边界受固体边界的约束，即流体完全充满流道的流动；〔2〕无压流动：总流边界的一局部受固体边界约束，另一局部与气体或空气接触，流体有自由液面的流动；〔3〕射流：总流边界不受固体边界约束，液流完全与气体或空气接触，形成自由液面的流动。流量是指单位时间内通过渠道、管道等某一过流断面的通量。体积流量：〔〕；质量流量：〔〕。断面平均流速恒定总流的连续性方程：。对于不可压缩均质流体，由于，那么。分流：，汇流：，恒定总流的能量方程：1〕理想流体恒定元流的能量方程：。单位重量理想元流的能量方程式一般表达式为：。物理意义：z表示单位重量流体所具有的位置势能〔简称位能〕，表示单位重量流体所具有的压强势能〔简称压能〕，表示单位重量流体所具有的总势能，表示单位重量流体所具有的动能，表示单位重量流体所具有的总机械能。几何意义：z表示位置水头，表示压强水头，表示测压管水头〔又称为静压〕，表示速度水头，表示总水头〔又称为全压〕。理想不可压缩的元流能量方程的几何意义说明理想不可压缩流体在重力作用下作恒定流动时，沿同一流线〔或微元流束〕上各点的单位重量流体所具有的位置水头、压强水头和速度水头之和保持不变，即总水头是一常数。黏性流体恒定总流的能量方程〔伯努利方程〕适用条件：1〕流体是不可压缩的，流动为恒定流；2〕质量力只有重力；3〕过流断面为均匀流或渐变流断面；4〕两过流断面间没有能量的输入或输出，否那么应进行修正，修正如下：式中，H为单位重量流体流过水泵或风机所获得的能量〔取“正号〞〕或流进水轮机失去的能量〔取“负号〞〕；5〕假设流动过程中有分流或汇流时，分别列出断面1、2及断面1、3之间的伯努利方程对于有分流情况：，；对于有汇流情况：，。注意的问题：1〕弄清题意；2〕选择适宜的过流断面；3〕选好基准面；4〕求解流量时，一般要结合一维流动的连续性方程联立求解；5〕能量方程的和应为同一度量单位，或同为绝对压强或同为相对压强；6〕过流断面上的参数，如速度、压强和位置高度，应为同一点的参数。静压强的两个重要特性：1．静压强的方向与受压面垂直并指向受压面。2．任一点静压强的大小和受压面方向无关，或者说作用于同一点上各方向的静压强大小相等。等压面特性：1．在平衡液体中，通过任意一点的等压面，必与该点所受质量力垂直。2．当两种互不相溶的液体处于平衡状态时，分界面必定是等压面。重力作用下静压强根本方程的物理意义：在重力作用下的连续均质不可压所静止流体中，各点的单位重力流体的总势能保持不变。几何意义：在重力作用下的连续均质不可压静止流体中，测压管水头线为水平线。绝对压强：以完全真空为基准计量的压强。相对压强：以当地大气压强为基准计量的压强。描述液体运动的两种方法：拉格朗日法:〔质点法〕着眼于流体质点欧拉法：〔流场法〕着眼于空间点按各点运动要素〔速度、压强〕是否随时间而变化，可将流体运动分为恒定流和非恒定流。恒定流：流动参数均不随时间变化的流动。特点：流场内的速度、压强、密度等参量只是坐标的函数,而与时间无关。当地加速度为零。非恒定流：空间各点只要有一个流动参数量随时间变化的流动。流线——是指某一瞬时，在流场中绘出的一条光滑的矢量曲线，其上所有各点的速度向量都与该曲线相切。流线的性质：1、流线不能相交，也不能转折，通过流场中的任一点只能画一条流线2、流线的形状和疏密反映了某瞬时流场内液体的流速大小和方向，流线密的地方表示流速大，流线疏处表示流速小。流体的流动按照它在同一流线上各质点的流速矢量是否沿流程变化，可分为均匀流和非均匀流。流场中所有流线是平行直线的流动，称为均匀流，反之称为非均匀流。按流体的均匀程度的不同又将非均匀流动分为渐变流和急变流。凡流线间夹角很小接近于平行线流动称为渐变流，反之称为急变流。均匀流是流线为彼此平行的直线，应具有以下特性：1、过流断面为平面，且过流断面的形状和尺寸沿程不变；2、同一流线上不同点的流速应相等，从而各过流断面上的流速分布相同，断面平均流速相等；理想不可压缩的恒定元流能量方程的物理意义沿同一流线〔或微元流束〕上各点的单位重量流体所具有的位势能、压强势能和动能之和保持不变，即机械能是一常数，但位势能、压强势能和动能三种能量之间可以相互转换，几何意义沿同一流线(或微元流束)上各点的单位重量流体所具有的位置水头、压强水头和速度水头之和保持不变，即总水头是一常数实际液体总流的总水头线必定是一条逐渐下降的线，而测压管水头线那么可能是下降的线也可能是上升的线甚至可能是一条水平线。应用能量方程式的条件1〕恒定流；〔2〕质量力只有重力；(3)不可压缩流体；〔4〕在所选取的两个过水断面上，水流应符合渐变流的条件，但所取的两个断面之间，水流可以不是渐变流；〔5〕在所取的两个过水断面之间，流量保持不变，其间没有流量参加或分出。假设有分支，那么应对第一支水流建立能量方程式，例如图示有支流的情况下,能量方程为：〔6〕流程中途没有能量H输入或输出。假设有，那么能量方程式应为：孔口分类：大孔口d/H＞0.1小孔口H/d≤0.1流动分类：恒定和非恒定出流出流分类：自由出流和淹没出流按照底坡进行分类顺坡：i>0，明槽槽底沿程降低者称为正坡或顺坡。平坡：i=0，明槽槽底高程沿程不变者称为平坡。逆坡：i<0，明槽槽底沿程增高者称为反坡或逆坡明渠均匀流的水力特性：1.均匀流过水断面的形状、尺寸沿流程不变。2.过水断面上的流速分布和断面平均流速沿流程不变。3.总水头线坡度、水面坡度、渠底坡度三者相等，即水流的总水头线、水面线和渠底线三条线平行。明渠均匀流的形成条件均匀流在水流方向上的重力分量与渠道边界的摩擦阻力相等，因此只能在正坡渠道才可能形成均匀流1．水流必须是恒定流。2