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流体力学基础知识

流体力学基础知识
流体力学基础知识

第一章,绪论

1、质量力:质量力是作用在流体的每一个质点上的力。其单位是牛顿,N。

单位质量力:没在流体中M点附近取质量为d m的微团,其体积为d v,作用于该微团的质量力为dF,则称极限lim(dv→M)dF/dm=f,为作用于M点的单位质量的质量力,简称单位质量力。其单位是N/kg。

2、表面力:表面力是作用在所考虑的或大或小得流体系统(或称分离体)表面上的力。

3、容重:密度ρ和重力加速度g的乘积ρg称容重,用符号γ表示。

4、动力黏度μ:它表示单位速度梯度作用下的切应力,反映了黏滞性的动力性质。其单位为N/(㎡·s),以符号Pa·s表示。

运动黏度ν:是单位速度梯度作用下的切应力对单位体积质量作用产生的阻力加速度。国际单位制单位㎡/s。

动力黏度μ与运动黏度ν的关系:μ=ν·ρ。

5、表面张力:由于分子间的吸引力,在液体的自由表面上能够承受的极其微小的张力称为表面张力。

毛细管现象:由于表面张力的作用,如果把两端开口的玻璃细管竖立在液体中,液体就会在细管中上升或下降h高度的现象称为毛细管现象。

6、流体的三个力学模型:①“连续介质”模型;②无黏性流体模型;③不可压缩流体模型。(P12,还需看看书,了解什么是以上三种模型!)。

第二章、流体静力学

1、流体静压强的两个特性:①其方向必然是沿着作用面的内法线方向;②其大小只与位置有关,与方向无关。

2、a流体静压强的基本方程式:①P=Po+rh,式中P指液体内某点的压强,Pa(N/㎡);Po指液面气体压强,Pa(N/㎡);r指液体的容重,N/m3;h指某点在液面下的深度,m;②Z+P/r=C(常数),式中Z指某点位置相对于基准面的高度,称位置水头;P/r指某点在压强作用下沿测压管所能上升的高度,称压强水头。两水头中的压强P必须采用相对压强表示。

b流体静压强的分布规律的适用条件:只适用于静止、同种、连续液体。

3、静止均质流体的水平面是等压面;静止非均质流体(各种密度不完全相同的流体——非均质流体)的水平面是等压面,等密度和等温面。

4、压强的两种计算基准:绝对压强和相对压强。

以绝对真空为零点起算的压强,称为绝对压强,以P′表示。

以当地同高程的大气压强Pa为零点起算的压强,称为相对压强,以P表示。

当相对压强为负值时,称为负压。负压的绝对值称为真空度(即真空表读数),以Pv表示。

5、压强的三种质量单位:1atm=101.325KPa=10.33mH2O=760mmHg

1at=1Kgf/cm2=10mH2O=736mm

6、常用的液柱测压计有:测压管、压差管、微压计。

7、求作用于平面的液体压力的2种方法:①解析法:作用在任意位置,任意形状平面上的水静压力值等于受压面面积与其形心点所受水静压强的乘积。②图解法:作用于平面的水静压力数值上等于压强分布图形的体积。这个体积是以压强分布图形面积为底面积乘以矩形宽度b为高所组成。

8、求曲面上水静压力时,一般将其分为水平方向和铅直方向的分力分别进行计

算。①作用于曲面上的水静压力P的水平分力Px等于该曲面的铅直投影面上的水静压力。②作用于曲面上的水静压力P的铅直分力Pz等于气压力体内的水重。

第三章、一元流体动力学基础

1、描述流体运动的两种方法:①拉格朗日法;②欧拉法。

对比拉格朗日法和欧拉法的不同变量,可以看出两者的区别:前者以a,b,c 为变量,是一定点为对象;后者以x,y,z为变量,是以固定空间点为对象。

2、非恒定流动:流速等物量的空间分布与时间有关的流动。

恒定流动:运动平衡的流动,流场中各点流速不随时间变化,由流速决定的压强,黏性力和惯性力也不随时间变化的流动成为恒定流动。

3、流线:在采用欧拉法描述流体运动时,为了反映流场中的流速,分析流场中的流动,常用形象化的方法直接在流场中绘出反映流动方向的一系列线条,这就是流线。同一质点在各不同时刻所占有的空间位置联成的空间曲线称为迹线。

4、流管:在流场内,取任意非流线的封闭曲线l。经此曲线上的全部点作流线,这些流线组成的管状流面,称为管流。流管以内的流体,称为流束。垂直于流束的断面称为流束的过流断面。当流束的过流断面无限小时,这根流束就称为元流。在本专业实际中,用以输送流体的管道流动,由于流场具有长形流动的几何形态,整个流动可以看作无数元流相加,这样的流动总体称为总流。

5,根据流速是否随流面变化,分为均匀流动和不均匀流动。不均匀流动又按流速随流向变化的缓急,分为渐变流动和急变流动。(注意图)

6、恒定总流能量方程式推导成立条件:①是在恒定流前提下进行的;②是以不可压缩流体为基础的;③是将断面选在渐变流段;④是在两断面间没有能量输入或输出的情况下提出的;⑤是根据两断面间没有分流或合流的情况下推导的;⑥推导用到了均匀流过流断面上的压强分布规律,因此,断面上的压强P和位置高度Z必须取同一点的值。但该点可以在断面上任取。

7、求流速的一般步骤是:分析流动,划分断面,选择基面,写出方程。

8、我们将流段占有的空间称为控制体。控制体的一般定义:控制体是根据问题需要所选择的相对于坐标系为固定的空间体积。

第四章、流动阻力和能量损失

1、沿程损失:在边壁沿程不变的管道上,流动阻力沿程也基本不变,称这类阻力位沿程阻力。克服沿程阻力引起的能量损失为沿程损失。

局部损失:在边界急剧变化的区域,阻力主要地集中在该区域内极其附近,这种集中分布的阻力称为局部阻力。克服局部阻力的能量损失称为局部损失。

2、水头损失: 沿程:hf=λ(ι/d)·(v2/2g) 局部:hm=ξ·v2/2g

压强损失:沿程:Pf=λ(ι/d)·(ρv2/2) 局部:Pm=ξ·v2/2g

式中:ι-管长; d-管径 v-断面平均流速; g-重力加速度;

λ-沿程阻力系数;ξ-局部阻力系数

3、两种流态:层流、紊流。流态的判别条件是:

层流:Re=vd/ν<2000;紊流:Re=vd/ν>2000;

Re=vdρ/μ=vd/ν Re叫做雷诺数。临界流速的雷诺数称临界雷诺数,用Rek 表示,Rek=Vkd/ν=2000。

4、在邻近管壁的极小区域存在着很薄的一层流体,由于固体壁面的阻滞作用,流速较小,因而仍保持为层流运动。该流层称为层流底层。管中心部分为紊流核心。

5、圆管层流的沿程阻力系数的计算式:λ=64/Re

6、沿程损失系数λ的变化可归纳如下:

Ⅰ、层流区λ=f1(Re);Ⅱ、临界过渡区λ=f2(Re);

Ⅲ、紊流光滑区λ=f2(Re);Ⅳ、紊流光滑区λ=f3(Re,k/d);

Ⅴ、紊流粗糙区(阻力平方区)λ=f(k/d)。

7、所谓当量糙粒高度,就是指和工业管道粗糙区λ值相等的同直径尼古拉兹粗糙管的糙粒高度。

8、水力半径R的定义为过流断面面积A和湿周χ之比。R=A/χ。所谓湿周,即过流断面上流体和固体壁面接触的周界。

第五章、孔口管嘴管路流动

1、在容器侧壁或底壁上开一孔口,容器中的液体自孔口出流到大气中,称为孔口自由出流。如果出流到充满液体的空间,则称为淹没出流。两者的异同点:自由出流作用水头:H0=(Z A-Z C)+(P A-P C)/r+αA V2A/2g

淹没出流作用水头:H0=(H1-H2)+(P1-P2)/r+(α1V12-α2V22)/2g

自由出流:Vc=(2gH0)?/(αc+ξ1)?=φ(2gH0)?自由出流:Q=μA(2gH0)?淹没出流:Vc=(2gH0)?/(ξ1﹢ξ2)?=φ(2gH0)?淹没出流:Q=μA(2gH0)?可知:对比自由出流,φ、μ相同,只是作用水头H0速度头略有不同,自由出流时上游速度头全部转化为作用水头,而淹没出流时,仅上下游速度头之差转化为作用水头。

2、所谓简单管路,就是具有相同管径d,相同流量Q的管段,它是组成各种复杂管路的基本单元。

3、Sp、S H对已给定的管路是一个定数,它综合反映了管道上的沿程阻力和局部阻力情况,故称为管路阻抗。

4、串联、并联管路的特点:

①串联:a流量相等:Q1=Q2=Q3;b阻抗叠加:S=S1+S2+S3

②并联:a总流量为各支管中流量之和:Q=Q1+Q2+Q3;b阻力损失相等:

h l1=h l2=h l3=h la-b;c总的阻抗平方根倒数等于各支管阻抗平方根倒数之和:1/S?≒1/S 1?+1/S2?+1/S3 ?

5、有压管中运动着的液体,由于阀门或水泵突然关闭,使得液体速度和动量发生急剧变化,从而引起液体压强的骤然变化,这种现象称为水击。水击所产生的增压波和减压波交替进行,对管壁或阀门的作用有如锤击一样,故又称为水锤。避免这两种现象发生的措施:①增加管路关闭(或开启)时间Ts,使过程延长;

②在管路中装置各种安全瓣,这样在水锤发生瞬间有安全瓣将部分水从水管中放出,或把部分空气引入管中。

第六章、气体射流

1、出流空间大小,对射流的流动有很大影响。出流到无限大空间中,流动不受固体边壁的限制,为无限空间射流,又称自由射流。反之,为无限空间射流,又称受限射流。

自由射流和受限射流的区别:出流空间的大小不同,一个是出流到无限大空间中,一个是出流到有限空间中。

2、气体射流的两个动力特征:①射流中任意点上的静压强均等于周围气体压强。

②各横截面上动量相等——动量守恒。

3、气体从狭长缝隙中外射运动时,射流只能在垂直条缝长度的平面上扩散运动。如果条缝相当长,这种流动可视为平面运动,故称平面射流。

4、在采暖通风空调工程中,常采用冷风降温,热风采暖,这时就要用温差射流。将有害气体及灰尘浓度降低就要用浓度射流。所谓温差浓度射流就是射流本身的温度或浓度与周围气体的温度、浓度有差异。(考填空题)

第七章、不可压缩流体动力学基础

1、流体微团的基本运动形式有:平移运动、旋转运动和变形运动等,而变形运动又包括线变形和角变形两种。

2、有旋流动:流体微团的旋转角速度在流场内不完全为零的流动。

无旋流动:流动场中各点旋转角速度等于零的运动。

第八章、绕流运动

1、升力:流体垂直于来流方向作用在物体上的力;阻力:流体平行于来流方向作用在物体上的力。

2、绕流阻力由两部分组成,即摩擦阻力和形状阻力。

附面层:是流速低于来流速度μ0,流体作黏性流体的有旋流动,发生在紧靠物体表面的一个流速梯度很大的流体薄层。

3、形状阻力:主要指流体绕曲面体或具有锐缘棱角的物体流动时,附面层要发生分离,从而旋涡所造成的阻力。这种阻力与物体形状有关,故称为形状阻力。

4、卡门涡街:物体后面形成有规则的交错排列的旋涡组合,称为卡门涡街。

第十章、相似性原理和因次分析

1、几何相似:是指流动空间几何相似。即形成此空间任意相应相应两线段相同,任意相应线段保持一定的比例。

2、运动相似:要求两流动的相应流线几何相似,或说相应点的流速大小成比例,方向相同。

3、动力相似:要求同各力作用,相应的同各力成比例。

4、四个相似准数的表达式及其物理意义:

①欧拉数Eu=ΔP/ρν2,它是压差和惯性力的相对比值,是压力的相似准数。

②弗诺德数Fr=v2/gl,它是惯性力与重力的相对比值,是重力的相似准数。

③雷诺数Re=vl/ν,它是惯性力和黏性力的比值,是黏性力的相似准数。

④马赫数M=v/a,它是惯性力与弹性力的比值,是弹性力的相似准数。

5、相似第一定理:(表面)两个相似的现象,它们的同名相似准数必定相等,即相同名称的相似准数分别相等。

相似第二定理:(阐明)由定性物理量组成的相似准数,相互之间存在着函数关系。Eu=f(Fr,Re)

相似第三定理:(告诉我们)两个现象相似的充分必要条件除了由基本规律导得的相似准数相等外,还包括单值性条件相似。

单值性条件:是指把某一现象从无数个同类现象中区分开来的条件。单值性条件相似包括几何相似,边界条件和初始条件相似,以及由单值性条件所导得的相似准数相等。

6、因次和单位:因次是指物理量的性质和类别。而单位除表示物理量的性质外,还包含着物理量的大小,因次又称为量纲。

7、因次分析法:①π定理(又称巴金双法):对某一流动问题,设影响该流动的物理量有n个:χ1,χ2,······,χn;而在这些物理量的基本因次为m个,于是就可以把这些量排列成n-m个独立的无因次参数π1,π2,······,πn-m。

②瑞利法:定理:假定物理量y是物理量χ1,χ2,······,χm的一个函数,y=f(χ1,χ2,······,χm),则y的因次等于χ1,χ2,······,χm的因次的幂乘积,即【y】=【χ1】【χ2】······【χm】。

第十一章、叶片式泵与风机的理论基础

1、泵与风机的分类:①容积式:往复式、回转式;②叶片式:离心式、轴流式、混流式、贯流式;③其他类型:如引射器、旋涡泵、真空泵等;

2、泵与风机的四个性能参数:①泵的扬程H与风机的全压P和静压Pj;②流量Q;③功率及效率;④转速n。

3、泵的扬程H:泵所输送的单位重量流量的流体从进口至出口的能量增值。H=Z2-Z1+(P2-P1)/r+(V22-V12)/2g

4、风机的压头(全压)P:是指单位体积气体通过风机所获得的能量增值。单位Pa,是压强的单位。

风机的静压Pj:为风机全压减去风机出口动压,

即假设Z2=Z1时有Pj=(P2-P1)-ρV2/2

5、有效功率:在单位时间内通过泵的流体所获得的总能量。以符号Ne=rQH/1000(KW);泵或风机的全效率:输入轴功率N杯流体的利用程度,用符号η表示。Y=Ne/N,故轴功率N=Ne/η=rQH/1000η=QP/1000η(KW)

6、流体的圆周速度μ为:μ=w·r=πdn/60

7、流体按径向进入叶片间的流道时,理论扬程方程式为:H T=μ2νμ2/g

8、泵或风机损失可分为流动水力损失(降低实际压力),容积损失(减少流量),机械损失。

9、泵与风机的全效率等于容积效率,水力效率及机械效率的乘积。即η=Ne/N=ηvηhηm

10、相似率和比转数

①相似率:a定义:在相似工况下,“原型”与“模型”的扬程,流量及功率所拥有的关系交相似律;b关系:流量关系:V r2n/V r2m=μ2n/μ2m=πD2n n n/πD2m n m;扬程关系:P n/P m=(ρn/ρm)·(n n/n m)2·(D2n/D2m)2

功率关系:N n/N m=ρn/ρm(n n/n m)3·(D2n/D2m)5

②比转数:a定义:同一类型泵或风机,不论其尺寸大小,而反映其流量Q,扬程(全压)H以及转数n之间关系的类型性能代表量——比转数n s;b关系式:n s=nQ?/(gH)?,n s被称为比转数,因为无因次;实际比转数定义:n s=nQ?/H?,这样n s就成为有因次量了。

11、泵装于各种管路时扬程的计算:H=P M/r+H B,一般可以用压力表与真空计的示读近似地表明泵的扬程。

12、汽蚀现象、产生原因P342(自己看书);14、泵的吸水高度:P342页

工程流体力学复习知识总结

一、 二、 三、是非题。 1.流体静止或相对静止状态的等压面一定是水平面。(错误) 2.平面无旋流动既存在流函数又存在势函数。(正 确) 3.附面层分离只能发生在增压减速区。 (正确) 4.等温管流摩阻随管长增加而增加,速度和压力都减少。(错误) 5.相对静止状态的等压面一定也是水平面。(错 误) 6.平面流只存在流函数,无旋流动存在势函数。(正 确) 7.流体的静压是指流体的点静压。 (正确) 8.流线和等势线一定正交。 (正确) 9.附面层内的流体流动是粘性有旋流动。(正 确) 10.亚音速绝热管流摩阻随管长增加而增加,速度增加,压力减小。(正确) 11.相对静止状态的等压面可以是斜面或曲面。(正 确) 12.超音速绝热管流摩阻随管长增加而增加,速度减小,压力增加。(正确) 13.壁面静压力的压力中心总是低于受压壁面的形心。(正确) 14.相邻两流线的函数值之差,是此两流线间的单宽流量。(正确) 15.附面层外的流体流动时理想无旋流动。(正 确) 16.处于静止或相对平衡液体的水平面是等压面。(错 误) 17.流体的粘滞性随温度变化而变化,温度升高粘滞性减少;温度降低粘滞性增大。(错误 ) 18流体流动时切应力与流体的粘性有关,与其他无关。(错误) 四、填空题。 1、1mmH2O= 9.807 Pa 2、描述流体运动的方法有欧拉法和拉格朗日法。 3、流体的主要力学模型是指连续介质、无粘性和不可压缩性。 4、雷诺数是反映流体流动状态的准数,它反映了流体流动时惯性力 与粘性力的对比关系。 5、流量Q1和Q2,阻抗为S1和S2的两管路并联,则并联后总管路的流量 Q为,总阻抗S为。串联后总管路的流量Q 为,总阻抗S为。

流体力学基础知识

流体力学基础知识 第一节流体的物理性质 一、流体的密度和重度 流体单位体积内所具有的质量称为密度,密度用字母T表示,单位为kg/m3。流体单位体积内所具有的重量称为重度,重度用表示,单位为N/m?,两者之间的关系为 =「g , g 为重力加速度,通常g = 9. 806m/s2 流体的密度和重度不仅随流体种类而异,而且与流体的温度和压力有关。因为当温度和压力不同时,流体的体积要发生变化,所以其密度和重度亦随之变化。对于液体来讲,密度和重度受压力和温度变化的影响不大,可近似认为它们是常数。对于气体来讲,压力和温度对密度和重度的影响就很大。 二、流体的粘滞性 流体粘滞性是指流体运动时,在流体的层间产生内摩擦力的一种性质。 所谓动力粘度系数是指流体单位接触面积上的内摩擦力与垂直于运动方向上的速度变化率的比值,用」来表示。 所谓运动粘度是指动力粘度」与相应的流体密度「之比,用、来表示。 运动粘度或动力粘度的大小与流体的种类有关,对于同一流体,其值又随温度而异。气体的粘性系数随温度升高而升高,而液体的粘性系数则随温度的升咼而降低。 液体粘滞性随温度升高而降低的特性,对电厂锅炉燃油输送和雾化是有利的,因此锅炉燃用的重油需加热到一定温度后,才用油泵打出。但这个特性对水泵和风机等转动机械则是不利的,因为润滑油温超过60C时,由于粘滞性下 降,而妨碍润滑油膜的形成,造成轴承温度升高,以致发生烧瓦事故。故轴承回油温度一般保持在以60C下。 第二节液体静力学知识 一、液体静压力及其特性 液体的静压力是指作用在单位面积上的力,其单位为Pa。 平均静压力是指作用在某个面积上的总压力与该面积之比。点静压力是指在该面积某点附近取一个小面积△卩,当厶F逐渐趋近于零时作用在厶F面积上的平均静压力的极限叫做该面积某点的液体静压力。 平均静压力值可能大于该面积上某些点的液体静压力值,或小于另一些点的液体静压力值,因而它与该面积上某点的实际静压力是不相符的,为了表示 某点的实际液体静压力就需要引出点静压力的概念。

工程流体力学基础作业答案

工程流体力学基础作业 1-9 已知椎体高为H ,锥顶角为α2,锥体与锥腔之间的间隙为δ,间隙内润滑油的动力黏度为μ,锥体在锥腔内以ω的角速度旋转,试求旋转所需力矩M 的表达式。 解:以锥顶为原点,建立向上的坐标z δμτv = αωωtan z r v == 4cos tan 2d cos tan 2d tan cos tan 2d cos 24 303302202 H z z z z z z r M H H H ααδωπμα δαπμωδαωμααπτα π====???

1-10 已知动力润滑轴承内轴的直径2.0=D m ,轴承宽度3.0=b m ,间隙8.0=δmm ,间隙内润滑油的动力黏度245.0=μPa ·s ,消耗的功率7.50=P kW ,试求轴的转速n 为多少? 解:力矩 ωδ μππδωμτ422223b D D Db D D A D F T =??=== 角速度 ω μπδω143b D P T P == μ πδωb D P 34= 转速 283042602603=== μπδπωπb D P n r/min

2-10 如果两容器的压强差很大,超过一个U 形管的测压计的量程,此时可 以将两个或两个以上的U 形管串联起来进行测量。若已知601=h cm , 512=h cm ,油的密度8301=ρkg/m 3,水银的密度136002=ρkg/m 3。试求A 、B 两点的压强差为多少? 解:A 1A 1gh p p ρ+= 1212gh p p ρ-= C 123gh p p ρ+= 2234gh p p ρ-= ()2B 14h h g p p B --=ρ

第1章流体力学的基本概念

第1章 流体力学的基本概念 流体力学是研究流体的运动规律及其与物体相互作用的机理的一门专门学科。本章叙述在以后章节中经常用到的一些基础知识,对于其它基础内容在本科的流体力学或水力学中已作介绍,这里不再叙述。 连续介质与流体物理量 连续介质 流体和任何物质一样,都是由分子组成的,分子与分子之间是不连续而有空隙的。例如,常温下每立方厘米水中约含有3×1022 个水分子,相邻分子间距离约为3×10-8 厘米。因而,从微观结构上说,流体是有空隙的、不连续的介质。 但是,详细研究分子的微观运动不是流体力学的任务,我们所关心的不是个别分子的微观运动,而是大量分子“集体”所显示的特性,也就是所谓的宏观特性或宏观量,这是因为分子间的孔隙与实际所研究的流体尺度相比是极其微小的。因此,可以设想把所讨论的流体分割成为无数无限小的基元个体,相当于微小的分子集团,称之为流体的“质点”。从而认为,流体就是由这样的一个紧挨着一个的连续的质点所组成的,没有任何空隙的连续体,即所谓的“连续介质”。同时认为,流体的物理力学性质,例如密度、速度、压强和能量等,具有随同位置而连续变化的特性,即视为空间坐标和时间的连续函数。因此,不再从那些永远运动的分子出发,而是在宏观上从质点出发来研究流体的运动规律,从而可以利用连续函数的分析方法。长期的实践和科学实验证明,利用连续介质假定所得出的有关流体运动规律的基本理论与客观实际是符合的。 所谓流体质点,是指微小体积内所有流体分子的总体,而该微小体积是几何尺寸很小(但远大于分子平均自由行程)但包含足够多分子的特征体积,其宏观特性就是大量分子的统计平均特性,且具有确定性。 流体物理量 根据流体连续介质模型,任一时刻流体所在空间的每一点都为相应的流体质点所占据。流体的物理量是指反映流体宏观特性的物理量,如密度、速度、压强、温度和能量等。对于流体物理量,如流体质点的密度,可以地定义为微小特征体积内大量数目分子的统计质量除以该特征体积所得的平均值,即 V M V V ??=?→?'lim ρ (1-1) 式中,M ?表示体积V ?中所含流体的质量。 按数学的定义,空间一点的流体密度为 V M V ??=→?0 lim ρ (1-2)

工程流体力学知识整理

流体:一种受任何微小剪切力作用,都能产生连续变形的物质。 流动性:当某些分子的能量大到一定程度时,将做相对的移动改变它的平衡位置。 流体介质:取宏观上足够小、微观上足够大的流体微团,从而将流体看成是由空间上连续分布的流体质点所组成的连续介质 压缩性:流体的体积随压力变化的特性称为流体的压缩性。 膨胀性:流体的体积随温度变化的特性称为流体的膨胀性。 粘性:流体内部存在内摩擦力的特性,或者说是流体抵抗变形的特性。 牛顿流体:将遵守牛顿内摩擦定律的流体称为牛顿流体,反之称为非牛顿流体。 理想流体:忽略流体的粘性,将流体当成是完全没有粘性的理想流体。 表面张力:液体表面层由于分子引力不均衡而产生的沿表面作用于任一界线上的张力。 表面力:大小与表面面积有关而且分布作用在流体微团表面上的力称为表面力。 质量力:所有流体质点受某种力场作用而产生,它的大小与流体的质量成正比。 压强:把流体的内法线应力称作流体压强。 流体静压强:当流体处于静止或相对静止时,流体的压强称为流体静压强。 流体静压强的特性:一、作用方向总是沿其作用面的内法线方向。二、任意一点上的压强与作用方位无关,其值均相等(流体静压强是一个标量)。 绝对压强:以完全真空为基准计量的压强。 相对压强:以当地大气压为基准计量的压强。 真空度:当地大气压-绝对压强 液体的相对平衡:指流体质点之间虽然没有相对运动,但盛装液体的容器却对地面上的固定坐标系有相对运动时的平衡。 压力体:曲面上方的液柱体积。 等压面:在平衡流体中,压力相等的各点所组成的面称为等压面。特性一、在平衡的流体中,过任意一点的等压面,必与该点所受的质量力互相垂直。特性二、当两种互不相混的液体处于平衡时,它们的分界面必为等压面。 流场:充满运动流体的空间称为流场。 定常流动:流场中各空间点上的物理量不随时间变化。 缓变流:当流动边界是直的,且大小形状不变时,流线是平行(或近似平行)的直线的流动状态为缓变流。

流体力学基本概念和基础知识..知识分享

流体力学基本概念和基础知识(部分) 1.什么是粘滞性?什么是牛顿内摩擦定律?不满足牛顿内摩擦定律的流体是牛顿流体还是非牛顿流体? 流体内部质点间或流层间因相对运动而产生内摩擦力以反抗相对运动的性质 dy du A T μ= 满足牛顿内摩擦定律的流体是牛顿流体 请阐述液体、气体的动力粘滞系数随着温度、压强的变化规律。 水的黏滞性随温度升高而减小;空气的黏滞性随温度的升高而增大。(动力粘度μ体现黏滞性)通常的压强对流体的黏滞性影响不大,但在高压作用下,气液的动力黏度随压强的升高而增大。 2.在流体力学当中,三个主要的力学模型是指哪三个?并对其进行说明。 连续介质(对流体物质结构的简化)、无黏性流体(对流体物理性质的简化)、不可压流体(对流体物理性质的简化) 3.什么是理想流体? 不考虑黏性作用的流体,称为无黏性流体(或理想流体) 4.什么是实际流体? 考虑黏性流体作用的实际流体 5.什么是不可压缩流体? 流体在流动过程中,其密度变化可以忽略的流动,称为不可压缩流动。 6.为什么流体静压强的方向必垂直作用面的内法线? 流体在静止时不能承受拉力和切力,所以流体静压强的方向必然是沿着作用面的内法线方向 7.为什么水平面必是等压面?

由于深度相等的点,压强也相同,这些深度相同的点所组成的平面是一个水平面,可见水平面是压强处处相等的面,即水平面必是等压面。 8.什么是等压面?满足等压面的三个条件是什么? 在同一种液体中,如果各处的压强均相等由各压强相等的点组成的面称为等压面。满足等压面的三个条件是同种液体连续液体静止液体。 9.什么是阿基米德原理? 无论是潜体或浮体的压力体均为物体浸入液体的体积,也就是物体排开液体的体积。 10.潜体或浮体在重力G和浮力P的作用,会出现哪三种情况? 重力大于浮力,物体下沉至底。重力等于浮力,物体在任一水深维持平衡。重力小于浮力,物体浮出液体表面,直至液体下部分所排开的液体重量等于物体重量为止。 11.等角速旋转运动液体的特征有那些? (1)等压面是绕铅直轴旋转的抛物面簇;(2)在同一水平面上的轴心压强最低,边缘压强最高。 12.什么是绝对压强和相对压强?两者之间有何关系?通常提到的压强是指绝对压强还是相对压强?1个标准大气压值以帕(Pa)、米水柱(mH2O)、毫米水银柱(mmHg)表示,其值各为多少? 绝对压强:以毫无一点气体存在的绝对真空为零点起算的压强。相对压强:当地同高程的大气压强ap为零点起算的压强。压力表的度数是相对压强,通常说的也是相对压强。1atm=101325pa=10.33mH2O=760mmHg. 13.什么叫自由表面?和大气相通的表面叫自由表面。 14.什么是流线?什么是迹线?流线与迹线的区别是什么? 流线是某一瞬时在流场中画出的一条空间曲线,此瞬时在曲线上任一点的切线方向与该点的速度方向重合,这条曲线叫流线。区别:迹线是流场中流体质点在一段时间过程中所走过的轨迹线。流线是由无究多个质点组成的,它是表示这无究多个流

流体力学基础学习知识知识

第一章流体力学基本知识 学习本章的目的和意义:流体力学基础知识是讲授建筑给排水的专业基础知识,只有掌握了该部分知识才能更好的理解建筑给排水课程中的相关内容。 §1-1 流体的主要物理性质 1.本节教学内容和要求: 1.1本节教学内容: 流体的4个主要物理性质。 1.2教学要求: (1)掌握并理解流体的几个主要物理性质 (2)应用流体的几个物理性质解决工程实践中的一些问题。 1.3教学难点和重点: 难点:流体的粘滞性和粘滞力 重点:牛顿运动定律的理解。 2.教学内容和知识要点: 2.1 易流动性 (1)基本概念:易流动性——流体在静止时不能承受切力抵抗剪切变形的性质称易流动性。 流体也被认为是只能抵抗压力而不能抵抗拉力。 易流动性为流体区别与固体的特性 2.2密度和重度 (1)基本概念:密度——单位体积的质量,称为流体的密度即: M ρ= V M——流体的质量,kg ; V——流体的体积,m3。 常温,一个标准大气压下Ρ水=1×103kg/ m3

Ρ水银=13.6×103kg/ m3 基本概念:重度:单位体积的重量,称为流体的重度。重度也称为容重。 G γ= V G——流体的重量,N ; V——流体的体积,m3。 ∵G=mg ∴γ=ρg 常温,一个标准大气压下γ水=9.8×103kg/ m3 γ水银=133.28×103kg/ m3密度和重度随外界压强和温度的变化而变化 液体的密度随压强和温度变化很小,可视为常数,而气体的密度随温度压强变化较大。 2..3 粘滞性 (1)粘滞性的表象 基本概念:流体在运动时抵抗剪切变形的性质称为粘滞性。当某一流层对相邻流层发生位移而引起体积变形时,在流体中产生的切力就是这一性质的表 现。 为了说明粘滞性由流体在管道中的运动速度实验加以分析说明。用流速仪测出管道中某一断面的流速分布如图一所示 设某一流层的速度为u,则与其相邻的流层为u+du,du为相邻流层的速度增值,设相邻流层的厚度为dy,则du/dy叫速度梯度。 由于各流层之间的速度不同,相邻流层间有相对运动,便在接触面上产生一种相互作用的剪切力,这个力叫做流体的内摩擦力,或粘滞力。 平板实验 (2)牛顿内摩擦定律 基本概念:牛顿在平板实验的基础上于1867年在所著的《自然哲学的数学原理》中提出了流体内摩擦力的假说——牛顿内摩擦定律: 当切应力一定时,粘性越大,剪切变形的速度越小,所以粘性又可定义为流体

流体力学基础知识

第一章流体力学基本知识 学习本章的目的与意义:流体力学基础知识就是讲授建筑给排水的专业基础知识,只有掌握了该部分知识才能更好的理解建筑给排水课程中的相关内容。 §1-1 流体的主要物理性质 1.本节教学内容与要求: 1.1本节教学内容: 流体的4个主要物理性质。 1.2教学要求: (1)掌握并理解流体的几个主要物理性质 (2)应用流体的几个物理性质解决工程实践中的一些问题。 1.3教学难点与重点: 难点:流体的粘滞性与粘滞力 重点:牛顿运动定律的理解。 2.教学内容与知识要点: 2、1 易流动性 (1)基本概念:易流动性——流体在静止时不能承受切力抵抗剪切变形的性质称易流动 性。 流体也被认为就是只能抵抗压力而不能抵抗拉力。 易流动性为流体区别与固体的特性 2.2密度与重度 (1)基本概念:密度——单位体积的质量,称为流体的密度即: M ρ = V M——流体的质量,kg ; V——流体的体积,m3。 常温,一个标准大气压下Ρ水=1×103kg/ m3

Ρ水银=13、6×103kg/ m3 基本概念:重度:单位体积的重量,称为流体的重度。重度也称为容重。 G γ = V G——流体的重量,N ; V——流体的体积,m3。 ∵G=mg ∴γ=ρg 常温,一个标准大气压下γ水=9、8×103kg/ m3 γ水银=133、28×103kg/ m3 密度与重度随外界压强与温度的变化而变化 液体的密度随压强与温度变化很小,可视为常数,而气体的密度随温度压强变化较大。 2、、3 粘滞性 (1)粘滞性的表象 基本概念:流体在运动时抵抗剪切变形的性质称为粘滞性。当某一流层对相邻流层发生位移而引起体积变形时,在流体中产生的切力就就是这一性质的表 现。 为了说明粘滞性由流体在管道中的运动速度实验加以分析说明。用流速仪测出管道中某一断面的流速分布如图一所示 设某一流层的速度为u,则与其相邻的流层为u+du,du为相邻流层的速度增值,设相邻流层的厚度为dy,则du/dy叫速度梯度。 由于各流层之间的速度不同,相邻流层间有相对运动,便在接触面上产生一种相互作用的剪切力,这个力叫做流体的内摩擦力,或粘滞力。 平板实验 (2)牛顿内摩擦定律 基本概念:牛顿在平板实验的基础上于1867年在所著的《自然哲学的数学原理》中提出了流体内摩擦力的假说——牛顿内摩擦定律: 当切应力一定时,粘性越大,剪切变形的速度越小,所以粘性又可定义为流体阻抗

生活中的流体力学知识研究报告

工程流体力学三级项目报告multinuclear program design Experiment Report 项目名称: 班级: 姓名: 指导教师: 日期:

摘要 简要介绍了流体力学在生活中的应用,涉及到体育,工业,生活小窍门等。讨论了一些流体力学原理。许许多多的现象都与流体力学有关。为什么洗衣机老翻衣兜?倒啤酒要注意什么诀窍?高尔夫球为什么是麻脸的?本文将就以上三个问题讨论流体力学中一些简单的原理,如伯努力定律,雷诺数,边界层分离等,展现流体力学的广泛应用,证明流体力学妙趣横生。 关键字:伯努利定律;层流;湍流;空气阻力;雷诺数;高尔夫球

前言 也许,到现在你都有点不会相信,其实我们生活在一个流体的世界里。观察生活时我们总可以发现。生活离不开流体,尤其是在社会高速发展的今天。鹰击长空,鱼翔浅底;汽车飞奔,乒乓极旋,许许多多的现象都与流体力学有关。为什么洗衣机老翻衣兜?倒啤酒要注意什么诀窍?高尔夫球为什么是麻脸的?本文将就以上三个问题讨论流体力学中一些简单的原理,如伯努力定律,雷诺数,边界层分离等,展现流体力学的广泛应用,证明流体力学妙趣横生。生活中的很多事物都在经意或不经意中巧妙地掌握和运用了流体力学的原理,让其行动变得更灵活快捷。

一、麻脸的高尔夫球(用雷诺数定量解释) 不知道大家有没有发现,高尔夫球的表面做成有凹点的粗糙表面,而不是平滑光趟的表面,就是利用粗糙度使层流转变为紊流的临界雷诺数减小,使流动变为紊流,以减小阻力的实际应用例子。最初,高尔夫球表面是做成光滑的,如图1—1,后来发现表面破损的旧球 图1-1光滑面1-2粗糙面 反而打的更远。原来是临界Re数不同的结果。光滑的球由于这种边界层分离得早,形成的前后压差阻力就很大,所以高尔夫球在由皮革改用塑胶后飞行距离便大大缩短了,因此人们不得不把高尔夫球做成麻脸的,即表面布满了圆形的小坑。麻脸的高尔夫球有小坑,飞行时小坑附近产生了一些小漩涡,由于这些小漩涡的吸力,高尔夫球附近的流体分子被漩涡吸引,

流体力学基础.

第 二章 流 体 力 学 基础 ξ 1 流体的主要性质 1.1 流体的主要物理性质 1、 流体的流动性 ——流体的易变形性 流体的基本属性 流体的力学定义:不能抵抗任何剪切力作用下的剪切变形趋势的物质 2、流体的连续性 ? 连续介质模型 ? 流体质点:含有大量分子的流体微团 3、质量和重力特性 – 密度( kg/ m 3)、 比容: ( m 3/kg )、比重:无量纲量 – 浓度:质量浓度(kg/m3)、摩尔浓度(mol/m3) 4、流体的可压缩性与热膨胀性 ? 等温压缩系数( m 2/N ): ? 热膨胀系数(1/K ) ? 液体的压缩系数和膨胀系数都很小 ? 压强和温度的变化对气体密度和体积的变化影响较大 ? 可压缩流体与不可压缩流体 5. 流体的粘滞性 (1) 粘滞性: ? ——由于相对运动而产生内摩擦力以反抗自身的相对运动的性质。 ? 一切流体都具有粘性,这是流体固有的特性。 ? 粘性的物理本质:分子间引力、分子的热运动,动量交换 (2) 牛顿粘性定律 ? 粘性力(内摩擦力): ? ? 粘性切应力: (3) 粘性系数 动力粘滞系数或动力粘度(μ)(Pa·S ) 运动粘度 (m2/s ) : 理想流体(无粘性流体,μ=0)与实际流体(粘性流体μ≠0) )/(2m N dy u d μτ-=) (N A dy u d F μ-=ρμν=

1.3 作用于流体上的力 1、 质量力 表征:单位质量力:----单位质量流体所受到的质量力 当质量力仅为重力:F bx =0,F by =0,F bz = -g 2 表面力 表征: 切向应力(剪切应力):τ =T/(N/m 2) 法向应力(压应力):p=P/A (N/m 2) ξ 2 流体运动的微分方程 1、 流体运动的描述 (1)描述流体运动的数学方法——拉格朗日法和欧拉法 拉格朗日法—— – 着眼于流体质点,设法描述每个流体质点自始至终的运动过程 – 描述流体质点的物理量表示为:f =f (a ,b ,c ,τ) – 欧拉法——空间描述 – 着眼于流体质点,设法描述每个流体质点自始至终的运动过程 – 描述流体物理量表示为:f =F (x ,y ,z ,τ) (2) 迹线与流线 迹线: – 同一流体质点在连续时间内的运动轨迹线 – 是拉格朗日法对流体运动的描述 流线: – 某一时刻流场中不同位置的连续流体质点的流动方向线 – 是欧拉法对流体运动的描述 – 流线的性质:流线不能相交,也不能是折线,流线只能是一条光滑的曲线;对于稳定流动,流线与迹线相重合; – (3)系统与控制体 系统 ——某一确定的流体质点集合的总体,与外界无质量交换 流体系统的描述是与拉格朗日描述相对应 控制体 ——流场中确定的空间区域 可与外界进行质量交换和能量交换 控制体描述则是与欧拉描述相对应 2、质量守恒定律——连续性方程 m F F m F F m F F z bz y by x bx ===,,

工程流体力学学习心得

工程流体力学学习心得 工程流体力学对于过程装备与控制工程专业的我来说,属于专业必备课程,对专业后续的无论是就业还是研究生学习研究都是必备的知识。 工程流体力学介绍了工业生产中的基本流体特性、流体流动的基本特性以及流体在储运设备以及管道中储存和流动时流体对储运设备的影响等相关知识。对于自己的专业来讲,工程流体力学对以后自己在选择设计承压储运工程流体设备的工作中,为不同流体对不同形式的承压储运设备的力学及性能影响提供理论依据,从而使工作顺利进行下去。 对于本门课程主要的知识点归结如下: 1、柏努力方程 2、流体流动时的动量守恒方程 3、连续性方程 4、流体流动时的动量矩守恒方程 5、流体管程流动阻力计算 6、流体局部流动阻力计算 另一个自己感觉重要的知识便是获得上述各方程前期的假设性,在假设的基础上,由最简单形式开始展开对公式的推导以及验证。 事务研究的基础任务,例如假设性条件和忽略性因素,才是研究取得成功的根本,因此,要探究事物的根本,就应该努力培养如何提出假设的这种能力,培养先创性及大胆实践探求的精神。同时,作为工科专业,又应该具有工程概念,工程概念中的一个很大特点就是“人各异性”。同一个工程建设中,很可能有多种施工方案,并且每一种方案都会有自己的特点及优势,而且也并不存在真正绝对的答案供自己选择。因此,在培养先创性及大胆实践探求的精神同时,一定不要钻死牛角尖,同时要根据实际情况选择自己的设计方案。 在学习这门课程中,有些基础知识掌握的不是很到位,并且,在自己感觉相对简单的知识点方面,本以为自己已经掌握了,但是,当真正拿到手亲身做的时候,就会发现很多问题,因此,在今后的学习及生活中,也要克服自以为是的坏毛病,亲身实践去获取所需。 对这个学期的课程来讲,我并没有因考察考试的区分来看待所学的各门课程,而是对照自己的毕业从业计划有目的的投入到学习中,这虽是一门考查课,但是在以后的工作中,这门课程将会给予我实际的操作应用。 一门课程的结束都会教会我很多专业必备的知识技能,这也将会是我今后学习以及工作的宝贵财富。

工程流体力学第二版标准答案

工程流体力学 第二章 流体静力学 2-1.一密闭盛水容器如图所示,U 形测压计液面高于容器内液面h=1.5m ,求容器液面的相对压强。 [解] gh p p a ρ+=0 kPa gh p p p a e 7.145.1807.910000=??==-=∴ρ 2-2.密闭水箱,压力表测得压强为4900Pa 。压力表中心比A 点高0.5m ,A 点在液面下1.5m 。求液面的绝对压强和相对压强。 [解] g p p A ρ5.0+=表 Pa g p g p p A 49008.9100049005.10-=?-=-=-=ρρ表 Pa p p p a 9310098000490000 =+-=+=' 2-3.多管水银测压计用来测水箱中的表面压强。图中高程的单位为m 。试求水面的绝对压强p abs 。 [解] )2.13.2()2.15.2()4.15.2()4.10.3(0-+=-+---+g p g g g p a 汞水汞水ρρρρ g p g g g p a 汞水汞水ρρρρ1.13.11.16.10+=+-+ kPa g g p p a 8.3628.9109.28.9106.132.2980009.22.2330=??-???+=-+=水汞ρρ

2-4. 水管A 、B 两点高差h 1=0.2m ,U 形压差计中水银液面高差h 2=0.2m 。试求A 、B 两点的压强差。(22.736N /m 2) [解] 221)(gh p h h g p B A 水银水ρρ+=++ Pa h h g gh p p B A 22736)2.02.0(8.9102.08.9106.13)(33212=+??-???=+-=-∴水水银ρρ 2-5.水车的水箱长3m,高1.8m ,盛水深1.2m ,以等加速度向前平驶,为使水不溢出,加速度a 的允许值是多少? [解] 坐标原点取在液面中心,则自由液面方程为: x g a z - =0 当m l x 5.12-=- =时,m z 6.02.18.10=-=,此时水不溢出 20/92.35 .16 .08.9s m x gz a =-?-=-=∴ 2-6.矩形平板闸门AB 一侧挡水。已知长l=2m ,宽b=1m ,形心点水深h c =2m ,倾角α=45,闸门上缘A 处设有转轴,忽略闸门自重及门轴摩擦力。试求开启闸门所需拉力。 [解] 作用在闸门上的总压力: N A gh A p P c c 392001228.91000=????=?==ρ

浙大工程流体力学试卷及答案知识分享

浙大工程流体力学试 卷及答案

2002-2003学年工程流体力学期末试卷 一、单选题(每小题2分,共20分) 1、一密闭容器内下部为水,上部为空气,液面 下4.2米处的测压管高度为2.2m,设当地压强 为98KPa,则容器内液面的绝对压强为水 柱。 (a) 2m (b)1m (c) 8m (d)-2m 2、断面平均流速υ与断面上每一点的实际流速u 的关系是。 (a)υ =u (b)υ >u (c)υ

的流量。 (a)等于 (b)大于 (c)小于 (d) 不能判定 8、圆管流中判别液流流态的下临界雷诺数为。 (a) 2300 (b)3300 (c)13000 (d) 575 9、已知流速势函数,求点(1,2)的速度分量为。 (a) 2 (b) 3 (c) -3 (d) 以上都不是 10、按与之比可将堰分为三种类型:薄壁堰、实用堰、宽顶堰 (a)堰厚堰前水头 (b) 堰厚堰顶水头 (c) 堰高堰前水头 (d) 堰高堰顶水头 二、简答题(共24分) 1.静水压强的特性(6分) 2.渐变流的定义及水力特性(6分) 3.边界层的定义及边界层中的压强特性(6分) 4.渗流模型简化的原则及条件(6分) 三、计算题(共56分) 1、(本小题14分) 有一圆滚门,长度L=10m,直径D=4m,上游水深H1=4m,下游水深H2=2m,求作用在圆滚门上的水平和铅直分压力。 题1图题2图 2、(本小题12分) 设导叶将水平射流作的转弯后仍水平射出,如图所示。若已知最大可能的支撑力为F,射流直径为d,流体密度为 ,能量损失不计,试求最大射流速度V1。

工程流体力学复习知识总结

是非题。 1. 流体静止或相对静止状态的等压面一定是水平面。(错误) 2. 平面无旋流动既存在流函数又存在势函数。(正确) 3. 附面层分离只能发生在增压减速区。(正确) 4. 等温管流摩阻随管长增加而增加,速度和压力都减少。(错误) 5. 相对静止状态的等压面一定也是水平面。(错误) 6. 平面流只存在流函数,无旋流动存在势函数。(正确) 7. 流体的静压是指流体的点静压。(正确) 8. 流线和等势线一定正交。(正确) 9. 附面层内的流体流动是粘性有旋流动。(正确) 10. 亚音速绝热管流摩阻随管长增加而增加,速度增加,压力减小。(正确) 11. 相对静止状态的等压面可以是斜面或曲面。(正确) 12. 超音速绝热管流摩阻随管长增加而增加,速度减小,压力增加。(正确) 13. 壁面静压力的压力中心总是低于受压壁面的形心。(正确) 14. 相邻两流线的函数值之差,是此两流线间的单宽流量。(正确) 15. 附面层外的流体流动时理想无旋流动。(正确) 16. 处于静止或相对平衡液体的水平面是等压面。(错误) 17. 流体的粘滞性随温度变化而变化,温度升高粘滞性减少;温度降低粘滞性增大。(错误) 18流体流动时切应力与流体的粘性有关,与其他无关。(错误)二填空题。 1、1mmH 2。= 9.807 ______ Pa

2、描述流体运动的方法有欧拉法___________ 和 __________ 。 3、流体的主要力学模型是指连续介质、无粘性 _____________ 和不可压缩性。 4、雷诺数是反映流体流动状态的准数,它反映了流体流动时惯性力 与粘性力的对比关系。 5、流量Q1和Q2,阻抗为S1和S2的两管路并联,则并联后总管路的流量Q 为__________ ,总阻抗S为__________ 。串联后总管路的流量Q为_____________ ,总阻抗S为_________ 。 6、流体紊流运动的特征是脉动现像_________ ,处理方法是时均法_________ 。 7、流体在管道中流动时,流动阻力包括沿程阻力________ 和 ________ 。 8、流体微团的基本运动形式有:平移运动__________ 、旋转流动 ___________ 和_变 形运动_________ 。 9、马赫数气体动力学中一个重要的无因次数,他反映了惯性力 ___________ 与弹性力 ____________ 的相对比值。 10、稳定流动的流线与迹线重合___________ 。 2 11、理想流体伯努力方程z p—常数中,其中z p称为 ___________ 水 r 2g r 头。 12、一切平面流动的流场,无论是有旋流动或是无旋流动都存在流线_________ ,因而 一切平面流动都存在流函数,但是,只有无旋流动才存在______ 。 13、雷诺数之所以能判别邈态___________ ,是因为它反映了惯性力___________ 和粘性力的对比关系。 14、流体的主要力学性质有粘滞性_________ 、惯性___________ 、重力性_________ 、表面张力性_______ 和 __________ 。

流体力学基础

第 二章 流 体 力 学 基础 ξ 1 流体的主要性质 1.1 流体的主要物理性质 1、 流体的流动性 ——流体的易变形性 流体的基本属性 流体的力学定义:不能抵抗任何剪切力作用下的剪切变形趋势的物质 2、流体的连续性 ? 连续介质模型 ? 流体质点:含有大量分子的流体微团 3、质量和重力特性 – 密度( kg/ m 3)、 比容: ( m 3/kg )、比重:无量纲量 – 浓度:质量浓度(kg/m3)、摩尔浓度(mol/m3) 4、流体的可压缩性与热膨胀性 ? 等温压缩系数( m 2/N ): ? 热膨胀系数(1/K ) ? 液体的压缩系数和膨胀系数都很小 ? 压强和温度的变化对气体密度和体积的变化影响较大 ? 可压缩流体与不可压缩流体 5. 流体的粘滞性 (1) 粘滞性: ? ——由于相对运动而产生内摩擦力以反抗自身的相对运动的性质。 ? 一切流体都具有粘性,这是流体固有的特性。 ? 粘性的物理本质:分子间引力、分子的热运动,动量交换 (2) 牛顿粘性定律 ? 粘性力(内摩擦力): ? ? 粘性切应力: (3) 粘性系数 动力粘滞系数或动力粘度(μ)(Pa·S ) 运动粘度 (m2/s ) : 理想流体(无粘性流体,μ=0)与实际流体(粘性流体μ≠0) )/(2m N dy u d μτ-=) (N A dy u d F μ-=ρμν=

1.3 作用于流体上的力 1、 质量力 表征:单位质量力:----单位质量流体所受到的质量力 当质量力仅为重力:F bx =0,F by =0,F bz = -g 2 表面力 表征: 切向应力(剪切应力):τ =T/(N/m 2) 法向应力(压应力):p=P/A (N/m 2) ξ 2 流体运动的微分方程 1、 流体运动的描述 (1)描述流体运动的数学方法——拉格朗日法和欧拉法 拉格朗日法—— – 着眼于流体质点,设法描述每个流体质点自始至终的运动过程 – 描述流体质点的物理量表示为:f =f (a ,b ,c ,τ) – 欧拉法——空间描述 – 着眼于流体质点,设法描述每个流体质点自始至终的运动过程 – 描述流体物理量表示为:f =F (x ,y ,z ,τ) (2) 迹线与流线 迹线: – 同一流体质点在连续时间内的运动轨迹线 – 是拉格朗日法对流体运动的描述 流线: – 某一时刻流场中不同位置的连续流体质点的流动方向线 – 是欧拉法对流体运动的描述 – 流线的性质:流线不能相交,也不能是折线,流线只能是一条光滑的曲线;对于稳定流动,流线与迹线相重合; – (3)系统与控制体 系统 ——某一确定的流体质点集合的总体,与外界无质量交换 流体系统的描述是与拉格朗日描述相对应 控制体 ——流场中确定的空间区域 可与外界进行质量交换和能量交换 控制体描述则是与欧拉描述相对应 2、质量守恒定律——连续性方程 m F F m F F m F F z bz y by x bx ===,,

流体力学基础知识

流体力学基础知识 1、什么是流体?什么是可压缩流体与不可压缩流体? 一切物质都是由分子组成的。在相同的体积中,气体和液体的分子数目要比固体少得多,分子间的空隙就比较大,因此,分子之间的内聚力小,分子运动剧烈。这就决定了气体和液体不能保持固定的形状而具有流动性,所以,我们称气体和液体为流体。 在一定温度下,流体的体积随压力升高而缩小的性质,称为流体的可压缩性。流体压缩性的大小用压缩系数K表示。它的意义是当温度不变时,单位压力增量所引起流体体积的相对缩小量。 液体的压缩系数很小,故一般称液体为不可压缩流体。 温度与压力的改变,对气体体积影响很大。由热力学可知,当温度不变时,气体的体积与压力成反比,即压力增加一倍,体积缩小为原来的一半。由于压力变化对气体体积影响明显,故一般称气体为可压缩流体。 2、什么是流体的粘性与粘度(粘性系数)? 当流体运动时,在流体层间产生的内摩擦力具有阻碍流体运动的性质,故将这一特性称为流体的粘性,将内磨擦力称为粘性力。粘性是流体运动时间生能量损失的根本原因。 液体的粘性大小,用粘度(粘性系数)表示。粘度有动力粘度与运动粘度两种。所谓动力粘度是指流体单位面积上的粘性力与垂直于运动方向上的速度变化率的比值。 3、流体粘性大小与哪些因素有关? 流体粘性的大小,不仅与流体的种类有关,且随流体的压力和温度的改变而变化。由于压力改变对流体粘性影响很小,一般可忽略不计。温度是影响粘性的主要因素。 温度对粘度的影响,对液体和气体是截然不同的。温度升高时,液体的粘度迅速降低,而气体的粘度则随之升高。这主要是因为,液体的粘性力主要是由于分子间吸引力造成的,当温度升高时,分子距离加大,引力减小,使粘性力减弱,粘度降低。气体的粘性力主要是由气体内部分子运动引起的分子掺混、碰撞而产生的,温度升高,分子运动的速度加快,层间分子掺混、碰撞机会增多,使具有不同速度的气体层间的质量与动量交换加剧。所以,粘性力加大,粘度升高。 液体粘度随温度升高而降低的特性,对电厂燃料油的输送与雾化是有利的。因此,锅炉燃油在进入锅炉前要加热到一定温度以降低其粘度。但这一特性对润滑油不太有利。因为温度升高使粘度降低,会妨碍润滑油膜的形成,引起轴承温度升高,甚至会烧坏轴瓦。因此,一般要控制轴承温度不超过65℃。 4、工业实用流体的粘度是如何测定的? 工业实用流体用粘度计来测定其粘度。粘度计有许多种,目前我是多采用恩格尔粘度计,使用方法较简单,测定时先测出在一定温度(一般润滑油为50℃,燃油为80℃)下,从恩格尔粘度计的孔口中流出200cm3的液体所需的时间t,再测出20℃同体积的蒸馏水流出的时间t0,t与t0的比值称为恩格尔粘度,简称恩氏粘度,以°E t表示,下角标t表示测定时的温度(℃)。 5、什么叫流速?什么叫流量? 流体运动的速度称为流速。实际流体在管道中流动时,由于流体本身的内磨擦力及流体与管壁之间的磨擦力,使流体质点在管道各处的流速是不一样的,即沿管壁流速最低,管中心流速最高。通常工程上计算流速时,都是采用平均流速。 在锅炉上,还常应用质量流速的概念。所谓质量流速,是指单位时间通过单位流通截面

项目工程流体力学(水力学)闻德第五章实际流体动力学基础学习知识课后规范标准答案

工程流体力学闻德课后习题答案 第五章 实际流体动力学基础 5—1设在流场中的速度分布为u x =2ax ,u y =-2ay ,a 为实数,且a >0。试求切应力τ xy 、τyx 和附加压应力 p ′x 、p ′y 以及压应力p x 、p y 。 解:0y x xy yx u u x y ττμ??? ?==+= ????? 24x x u p a x μ μ?'=-=-?,24y y u p a y μμ?'=-=?, 4x x p p p p a μ'=+=-,4y y p p p p a μ'=+=+ 5-2 设例5-1中的下平板固定不动,上平板以速度v 沿x 轴方向作等速运动(如图所示),由于上平板运动而引起的这种流动,称柯埃梯(Couette )流动。试求在这种流动情况下,两平板间的速度分布。(请将 d 0d p x =时的这一流动与在第一章中讨论流体粘性时的流动相比较) 解:将坐标系ox 轴移至下平板,则边界条件为 y =0,0X u u ==;y h =,u v =。 由例5-1中的(11)式可得 2d (1)2d h y p y y u v h x h h μ=- - (1) 当d 0d p x =时,y u v h =,速度u为直线分布,这种特殊情况的流动称简单柯埃梯流动或简单剪切流动。它只是由于平板运动,由于流体的粘滞性带动流体发生的流动。 当 d 0d p x ≠时,即为一般的柯埃梯流动,它是由简单柯埃梯流动和泊萧叶流动叠加而成,速度分布为 (1)u y y y p v h h h =-- (2) 式中2d ()2d h p p v x μ= - (3) 当p >0时,沿着流动方向压强减小,速度在整个断面上的分布均为正值;当p <0时,沿流动方向压强增加,则可能在静止壁面附近产生倒流,这主要发生p <-1的情况. 5-3 设明渠二维均匀(层流)流动,如图所示。若忽略空气阻力,试用纳维—斯托克斯方程和连续性方程,证明过流断面上的速度分布为2sin (2)2 x g u zh z ,单宽流量 3 sin 3 gh q 。

工程流体力学课后习题答案

第一章 绪论 1-1.20℃的水,当温度升至80℃时,其体积增加多少 [解] 温度变化前后质量守恒,即2211V V ρρ= 又20℃时,水的密度3 1/23.998m kg =ρ 80℃时,水的密度32/83.971m kg =ρ 32 1 125679.2m V V == ∴ρρ 则增加的体积为3 120679.0m V V V =-=? 1-2.当空气温度从0℃增加至20℃时,运动粘度ν增加15%,重度γ减少10%,问此时动力粘度μ增加多少(百分数) [解] 原原ρννρμ)1.01()15.01(-+==Θ 原原原μρν035.1035.1== 035.0035.1=-=-原 原 原原原μμμμμμΘ 此时动力粘度μ增加了% 1-3.有一矩形断面的宽渠道,其水流速度分布为μρ/)5.0(002.02 y hy g u -=,式中ρ、μ分别为水的密度和动力粘度,h 为水深。试求m h 5.0=时渠底(y =0)处的切应力。 [解] μρ/)(002.0y h g dy du -=Θ )(002.0y h g dy du -==∴ρμ τ 当h =,y =0时 )05.0(807.91000002.0-??=τ Pa 807.9= 1-4.一底面积为45×50cm 2 ,高为1cm 的木块,质量为5kg ,沿涂有润滑油的斜面向下作等速运动,木块运动速度u=1m/s ,油层厚1cm ,斜坡角 (见图示),求油的粘度。 [解] 木块重量沿斜坡分力F 与切力T 平衡时,等速下滑

y u A T mg d d sinμ θ= = 001 .0 1 45 .0 4.0 62 . 22 sin 8.9 5 sin ? ? ? ? = = δ θ μ u A mg s Pa 1047 .0? = μ 1-5.已知液体中流速沿y方向分布如图示三种情况,试根据牛顿内摩擦定律 y u d d μ τ=,定性绘出切应力沿y方向的分布图。 [解] 1-6.为导线表面红绝缘,将导线从充满绝缘涂料的模具中拉过。已知导线直径,长度20mm,涂料的粘度μ=.s。若导线以速率50m/s拉过模具,试求所需牵拉力。() [解] 2 5 3 310 024 .5 10 20 10 8.0 14 .3m dl A- - -? = ? ? ? ? = =π Θ N A h u F R 01 .1 10 024 .5 10 05 .0 50 02 .05 3 = ? ? ? ? = = ∴- - μ 1-7.两平行平板相距,其间充满流体,下板固定,上板在2Pa的压强作用下以s匀速移动,求该流体的动力粘度。 [解] 根据牛顿内摩擦定律,得 dy du /τ μ= y u u u u y u u y τ τ = 0 y τ τ y τ τ τ =0 y

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