第一章流体力学基本知识电子教案

第一章流体力学基本知识第一节流体主要力力学性质第二节流体静力学第三节流体动力学基础第四节流动阻力和水头损失流体：包括液体和气体。基本性质：流动性1－1流体的主要力学性质一、流体的惯性－取决于流体的质量

密度：

重度：影响因素：压强温度单位体积流体的质量单位体积流体的重量二、流体的粘度流速分布图（图1－1）

粘度：影响因素：压力温度粘度大小表示：动力粘度系数运动粘度系数流体流动时阻抗变形的特征三、流体的压缩性和热胀性表征量：弹性模量和压缩系数一般情况下，可忽略不计。

流体可以看作是一种易于流动、具有粘滞性、不易压缩并且充满其所在空间无任何空隙的质点所组成的理想连续介质。1－2流体静力学一、流体静压强及其特征基本特征：（1）流体静压强的方向与作用面垂直，并指向作用面。2.绝对压强、相对压强、真空度

绝对压强：相对压强：真空值：以没有气体存在的完全真空为零点起算的压强值。以大气压强Ｐａ为零点起算的压强值。绝对压强小于大气压强的绝对值。3.位置水头、压力水头及侧压管水头静力学基本方程式另一种表示形式：Z＋P/r＝CZ－位置水头P/r－压力水头Z＋P/r－侧压管水头Z＋P/r表明在同一容器的静止水中，所有各点其值均相等。4.静水总压力——是作用面上各点压强的合力。（1）静水压强分布图（1－7）（2）作用在平面上的静水总压力水平Ｐ＝ｒｈ

倾斜Ｐ＝Ｐｃ

垂直Ｐ＝Ｐｃ

Ｐｃ—受压面形心点处的相对压强。ｙＤ—总压力的作用点的距离。

静水总压力：Ｐ＝Ｐｃ

大小等于受压面面积与其形心点的压强的乘积；方向指向受压面；作用点与受压面形心重合或在形心之下。例题1－1；1－2；1－3矩形hD＝2/3h例题1－1：在某一输水渠道中，有一木板矩形闸门，宽ｂ＝0.8ｍ，闸门前水深ｈ＝1.2ｍ，试求闸门上的静水总压力及其作用点。解：1-3流体动力学基础一、基本概念及流体的流动类型1.稳定流和非稳定流——流体质点的运动要素随时间而变化。2.流线、元流和总流——描述流体的运动。3.过流断面、流量、断面平均流速——描述参数二、流体的连续性方程式不可压缩流体稳定流连续方程式：

ω1v1=ω2v2

（质量守恒的数学表达式）例题1－4三、稳定流的能量方程式1.元流的能量方程式（不可压缩的理想流体）

伯奴里方程式（1－18）2.总流的能量方程式（1）均匀流、缓变流和急变流（图1－18）（2）理想条件下的方程式(a)(b)(c)(d)(e)(f)(g)

不可压缩实际流体稳定总流的能量方程式（1－19）

3.能量方程式的物理意义与几何意义（1）物理意义

Z－单位重量流体的位能P/r－单位重量流体的压能

v2/2g－单位重量流体的动能z+P/r+v2/2g－单位重量流体的机械能（2）几何意义

Z－位置水头P/r－压力水头

v2/2g－平均流速水头z+P/r+v2/2g－总水头（3）总水头线和侧压管水头线（图1－19）4.能量方程式的应用举例例1－5；例1－6；1－4流动阻力与水头损失一、水头损失的两种类型沿程水头损失局部水头损失沿流程由于克服摩擦阻力做功消耗了水流的机械能而损失的水头。发生在流体过流断面的大小或边界急剧变化的部位，或遇到障碍，使流体增加了额外的局部阻力而产生的水头损失。二、流体边界的性质对水头损失的影响边界性质：自由表面边界－无压流受约边界－有压流湿周:水力半径:三、流体流动的流态与水头损失流态：层流－水头损失与流速的一次方成正比

紊流－水头损失与流速的二次方成正比液体与固体边界接触的周界线的长度称为湿周。过流断面面积

与该流断面的湿周x的比值。四、流体流态的判别准则临界雷诺数Rek＝2300

圆管500非圆管或无压流五、紊流的沿程水头损失均匀流普遍计算公式1－25紊流沿程阻力系数λ均匀流流速公式（谢才公式）1－26谢才系数C六、沿程阻力系数λ的经验公式和谢才系数的确定

λ：