流体力学7.3湍流的动能平衡讲义
7.3 湍流的动能平衡
众所周知，湍流的瞬时速度t v 也可看成是时间平均速度v 与叠加脉动速度v
'的和。因此，平均速度场的动能不同于瞬时动能的平均值，而后者包含脉动动能的时间平均值： 2
222
22v v v t '+=ρρρ . (7.20) 动能不满足守恒定律，因此湍流动能的平衡不是守恒定律公理，它只能由动量平衡方程衍化而成。很明显，从实用的观点上看，许多重要的方程都是22v ρ项的平衡式。然而，22t v ρ和22v 'ρ的平衡等式也会对湍流的属性提供很有价值的信息。
动量平衡推导
为了得出湍流总动能的平衡等式，把动量方程乘上时间平均后的速度t v
。用这种方法我们可以得到： =?'+'+'++'+?+})](){[()()]([)(v v v v v v v v t
v v ρρ })]()){[(()]()[()(?'+?+?'+'++'+?'+-'+=v v v v v v p p v v v v g μρ . (7.21) 逐项了解各项求平均值过程。对于左边第一项：
???
? ??'??+???? ????='+??+22)]([)(22v t v t v v t v v ρρρ . 与v ' 成线性关系的项消失了。左边第二项（对流项）求平均值也是这种情况。因此该项可以分解为下面各项的和： +?'+?'+?'+])[(])[(])[()][(v v v v v v v v v v v v ρρρρ
])[(])[(])[(])[(?'''+?''+?''+?'+v v v v v v v v v v v v ρρρρ.
稍加变换并考虑
div 0='v
， 得出的平均值结果为： ???
? ??=???? ??=?v v v v v v v 2div 2grad ])[(22ρρρ; ???
? ??'=???? ??'=?'v v v v v v v 2div 2grad ])[(22ρρρ; ?''=?''=?''
v v v v v v v v v :])[(])[(ρρρ;
?==? v v v v v v v v v :])([div ])([ρρρ;
方程右边第一项很明显为:
v g v v g
ρρ='+)(,
而对于右边第二项我们有: +'?+?'+?='+?'+)()()()]()[(p v p v p v p p v v
v p v p v p v p p v ''--''+='?'+ div div )(div )(div )(.
与脉动成线性关系的项消失了，因为流体的不可压缩性最后两项也等于零。
最后，方程右边的最后一项（粘度项）的平均值也能求出。求平均值前先做以下修改：
=?'?+?'+?+?+]))[((v v v v v v
μ
?'-''+?-= v v v v :S 2)S 2(div :S 2)S 2(div μμμμ.
既然S 和 )(2
1S v v '?+?'=
' 都是对称二阶张量，它们由导数张量? v 和?' v 表示的积可以用S :S 和S :S ''代
替。
把所有的项代入等式(7.21)，我们得到总动能方程： =???
?????''+'++???? ??'+??v v v v v v v v t 222div 2222222ρρρρρ -''-''++''+-=])(S 2S 2[div )(div v v v v v v p v p v g ρμμρ
S :S 2S :S 2''--μμ. (7.22)
对于封闭在任意有限体积为V 、边界面积为(A )的流体质量的湍流，以相似的方法用Gauss 理论得出总动能方程：
V v t A v v t V v t V A V d 2d 2d 222)(2???
? ??'??+??+???? ???????ρρρ ++''??+'??+???V
A A V A v v t A v v t d :S 2d 2d 22)(2)(μρρ +''--
=''+????A v p A v p V v g V A A V V d d d d S :S 2)()(ρμ
???''-+''+
+)()()(d )(d S 2d S 2A A A A v v v A v A v ρμμ. (7.23)
这个方程表明总动能的变化率包括以下五项：平均速度动能的本地导数和迁移导数；脉动平均动能的本地导数；后者（这依赖于它作为平均速度或脉动的函数是否有一些质点通
过界面）迁移导数的两个分量。损耗函数包括两部分：一项是与平均流量有关的损耗函数，另一项是由于湍流速度脉动衰减引起的不可逆内能转化。
湍流的速度脉动从一点到另一点强度大且无规律；它们的导数张量比平均速度场的导
Φ相比，粘度损耗函数Φ可数张量大得多，特别是在远离边界区。因此，与湍流损耗函数
t
以忽略掉：
Φ
=
t
动能平衡方程的各项代表了外力所做的功。很明显，由于压力波动做功，提高了湍流
的能量转化。其它项代表了粘性力所做的功，
流体力学公式总结(完整资料).doc
【最新整理，下载后即可编辑】 工程流体力学公式总结 第二章 流体的主要物理性质 ? 流体的可压缩性计算、牛顿内摩擦定律的计算、粘度的三种表示方法。 1．密度 ρ = m /V 2．重度 γ = G /V 3．流体的密度和重度有以下的关系：γ = ρ g 或 ρ = γ/ g 4．密度的倒数称为比体积，以υ表示υ = 1/ ρ = V/m 5．流体的相对密度：d = γ流 /γ水 = ρ流 /ρ水 6．热膨胀性 7．压缩性. 体积压缩率κ 8．体积模量 9．流体层接触面上的内摩擦力 10．单位面积上的内摩擦力（切应力）（牛顿内摩擦定律） 11．.动力粘度μ： T V V ??=1αp V V ??-=1κV P V K ??- =κ1n A F d d υμ=dn d v μτ±=n v d /d τμ=
12．运动粘度ν ：ν = μ/ρ 13．恩氏粘度°E ：°E = t 1 / t 2 第三章 流体静力学 ? 重点：流体静压强特性、欧拉平衡微分方程式、等压面方程及其、流体静力学基本方程意义及其计算、压强关系换算、相对静止状态流体的压强计算、流体静压力的计算（压力体）。 1．常见的质量力： 重力ΔW = Δmg 、 直线运动惯性力ΔFI = Δm ·a 离心惯性力ΔFR = Δm ·rω2 . 2．质量力为F 。：F = m ·am = m (f xi+f yj+f zk) am = F /m = f xi+f yj+f zk 为单位质量力，在数值上就等于加速度 实例：重力场中的流体只受到地球引力的作用，取z 轴铅垂向上，xoy 为水平面，则单位质量力在x 、y 、 z 轴上的分量为 fx = 0 , fy = 0 , fz = -mg /m = -g 式中负号表示重力加速度g 与坐标轴z 方向相反 3流体静压强不是矢量，而是标量，仅是坐标的连续函数。即： p = p (x ,y ,z )，由此得静压强的全微分为: 4．欧拉平衡微分方程式 z z p y y p x x p p d d d d ??????++=d d d d d d 0x p f x y z x y z x ??-=ρd d d d d d 0y p f x y z x y z y ??-=ρd d d d d d 0z p f x y z x y z z ??- =ρ
高等计算流体力学讲义(2)
高等计算流体力学讲义（2） 第二章 可压缩流动的数值方法 §1. Euler 方程的基本理论 0 概述 在计算流体力学中，传统上，针对可压缩Navier －Stokes 方程的无粘部分和粘性部分分别构造数值方法。其中最为困难和复杂的是无粘部分的离散方法；而粘性项的离散相对简单，一般采用中心差分离散。所以，本章主要研究无粘的Euler 方程的解法。在推广到Navier －Stokes 方程时，只需在Euler 方程的基础上，加上粘性项的离散即可。Euler 方程是一种典型的非线性守恒系统。下面我们将讨论一般的非线性守恒系统以及Euler 方程的一些数学理论，作为研究数值方法的基础。 1非线性守恒系统和Euler 方程 一维一阶非线性守恒系统(守恒律)可写为下列一般形式 =??+??x F t U ，0,>∈t R x （1） 其中U 称为守恒变量，是有m 个分量的列向量，即T m u u u U ),...,(21=。T m f f f F ),...,(21=称为通量函数，是U 的充分光滑的函数，且满足归零条件，即： 0)(lim =→U F U 即通量是对守恒变量的输运，守恒变量为零时，通量也为零。 守恒律的物理意义 设U 的初始值为：0(,0)(),U x U x x =∈R 。如果0()U x 在x ∈R 中有紧支集（即0U 在有限区域以外恒为零），则0(,)()U x t dx U x dx =??R R 。即此时虽然(,)U x t 的分布可以随时 间变化，但其总量保持守恒。 多维守恒律可以写为 )(=++??+??k H j G i F t U （2） 守恒律的空间导数项可以写为散度形式。 守恒系统（1）可以展开成所谓拟线性形式
《流体力学》复习参考答案(年整理)
流体力学 习题解答
选择题： １、恒定流是: (a) 流动随时间按一定规律变化；（b）流场中任意空间点上的运动要素不随时间变化；(c) 各过流断面的速度分布相同。（b） 2、粘性流体总水头线沿程的变化是：(a) 沿程下降 (a) 沿程下降；（b) 沿程上升；(c) 保持水平；(d) 前三种情况都可能； 3、均匀流是：（b)迁移加速度（位变）为零； (a) 当地加速度（时变）为零；（b)迁移加速度（位变）为零； （c）向心加速度为零；(d)合速度为零处； 4、一元流动是：(c) 运动参数是一个空间坐标和时间变量的函数； (a) 均匀流；（b) 速度分布按直线变化；(c) 运动参数是一个空间坐标和时间变量的函数； 5、伯努利方程中各项水头表示：(a) 单位重量液体具有的机械能； (a) 单位重量液体具有的机械能；（b)单位质量液体具有的机械能； (c)单位体积液体具有的机械；(d)通过过流断面流体的总机械能。 6、圆管层流，实测管轴线上流速为４m/s，则断面平均流速为：：(c)2m；(a) 4m；（b）3.2m；(c)2m； 7、半圆形明渠，半径r=4m，其水力半径为：(a) ４m；（b）3m；(c) 2m；(d) 1m。 8、静止液体中存在：(a) 压应力；（b）压应力和拉应力；(c) 压应力和剪应力；(d) 压应力、拉应力和剪应力。 （1）在水力学中，单位质量力是指（c、） a、单位面积液体受到的质量力； b、单位体积液体受到的质量力； c、单位质量液体受到的质量力； d、单位重量液体受到的质量力。 答案：c （2）在平衡液体中，质量力与等压面（） a、重合； b、平行 c、斜交； d、正交。
流体力学例题
第一章 流体的性质 例1：两平行平板间充满液体，平板移动速度0.25m/s ，单位面积上所受的作用力2Pa(Ｎ／m2>，试确定平板间液体的粘性系数μ。 例2 ：一木板，重量为G ，底面积为 S 。此木板沿一个倾角为，表面涂有润滑油的斜壁下滑，如图所示。已测得润滑油的厚度为，木板匀速下滑的速度为u 。试求润滑油的动力粘度μ。 b5E2RGbCAP 例3：两圆筒，外筒固定，内筒旋转。已知：r1=0.1m ，r2=0.103m ，L=1m 。 。 求：施加在外筒的力矩M 。 例4：求旋转圆盘的力矩。如图，已知ω， r1，δ，μ。求阻力矩M 。 第二章 流体静力学
例1：用复式水银压差计测量密封容器内水面的相对压强，如图所示。已知：水面高程z0=3m, 压差计各水银面的高程分别为z1 = 0.03m, z2 = 0.18m, z3 = 0.04m, z4 = 0.20m,水银密度p1EanqFDPw ρ′=13600kg/m3，水的密度ρ=1000kg/m3 。试求水面的相对压强p0。 例2：用如图所示的倾斜微压计测量两条同高程水管的压差。该微压计是一个水平倾角为θ的Π形管。已知测压 计两侧斜液柱读数的差值为L=30mm ，倾角 θ=30°，试求压强差p1 –p2 。DXDiTa9E3d 例 3：用复式压差计测量两条气体管道的压差<如图所 示）。两个U 形管的工作液体为水银，密度为ρ2 ，其连接管充以酒精，密度为ρ1 。如果水银面的高度读数为z1 、 z2 、 z3、 z4 ，试求压强差pA –pB 。RTCrpUDGiT 例4：用离心铸造机铸造车轮。求A-A 面上的液体 总压力。 例5：已知：一块平板宽为 B ，长为L,倾角 ，顶端与水面平齐。求：总压力及作用点。 例7：坝的园形泄水孔，装一直径d = 1m 的 平板闸门，中心水深h = 3m ，闸门所在斜面与水平面成，闸门A 端设有铰链，B 端钢索
流体力学期末复习资料(精选.)
1、流体运动粘度的国际单位为m^2/s 。 2、流体流动中的机械能损失分为沿程损失和局部损失两大类。 3、当压力体与液体在曲面的同侧时，为实压力体。 4、静水压力的压力中心总是在受压平面形心的下方。 5、圆管层流流动中，其断面上切应力分布与管子半径 的关系为线性关系。 6、当流动处于紊流光滑区时，其沿程水头损失与断面 平均流速的1.75 次方成正比。 7、当流动处于湍流粗糙区时，其沿程水头损失 与断面平均流速的2 次方成正比。 8、圆管层流流动中，其断面平均流速与最大流速的比值为1/2 。 9、水击压强与管道内流动速度成正比关系。 10、减轻有压管路中水击危害的措施一般有：延长阀门关闭时间, 采用过载保护，可能时减低馆内流速。 11、圆管层流流动中，其断面上流速分布与管子半径的关系为二次抛物线。 12、采用欧拉法描述流体流动时，流体质点的加速度由当地加速度和迁移加速度组成。 13流体微团的运动可以分解为： 平移运动、线变形运动、角变形运动、旋转运动。 14、教材中介绍的基本平面势流分别为：点源、点汇、点涡、均匀直线流。 15、螺旋流是由点涡和点汇两种基本势流 所组成。 16、绕圆柱体无环量流动是由偶极流和 平面均匀流两种势流所组成。 17、流动阻力分为压差阻力和摩擦阻力。 18、层流底层的厚度与雷诺数成反比。 19、水击波分为直接水击波和间接水击波。 20、描述流体运动的两种方法为 欧拉法和拉格朗日法。 21、尼古拉兹试验曲线在对数坐标中的图像分为5个区域，它们依次为： 层流层、层流到紊流过渡区、紊流区、 紊流水力粗糙管过渡区、紊流水力粗糙管平方阻力区。 22、绕流物体的阻力由和两 部分组成。 二、名词解释 1、流体：在任何微小剪力的持续作用下能够连续不断变形的物质 2、牛顿流体：把在作剪切运动时满足牛顿内摩擦定律的流体称为牛顿流体。 3、等压面：在流体中，压强相等的各点所组成的面称为等压面。 4、流线：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的速度方向都与该曲线相切。 5、流管：过流管横截面上各点作流线，则得到充满流管的医术流线簇 6、迹线：流场中某一质点的运动轨迹。
流体力学知识点总结汇总
流体力学知识点总结 第一章 绪论 1 液体和气体统称为流体，流体的基本特性是具有流动性，只要剪应力存在流动就持续进行，流体在静止时不能承受剪应力。 2 流体连续介质假设：把流体当做是由密集质点构成的，内部无空隙的连续体来研究。 3 流体力学的研究方法：理论、数值、实验。 4 作用于流体上面的力 （1）表面力：通过直接接触，作用于所取流体表面的力。 作用于A 上的平均压应力 作用于A 上的平均剪应力 应力 法向应力 切向应力 （2）质量力：作用在所取流体体积内每个质点上的力，力的大小与流体的质量成比例。（常见的质量力： 重力、惯性力、非惯性力、离心力） 单位为 5 流体的主要物理性质 （1） 惯性：物体保持原有运动状态的性质。质量越大，惯性越大，运动状态越难改变。 常见的密度（在一个标准大气压下）： 4℃时的水 20℃时的空气 （2） 粘性 ΔF ΔP ΔT A ΔA V τ 法向应力周围流体作用 的表面力 切向应力 A P p ??=A T ??=τA F A ??=→?lim 0δA P p A A ??=→?lim 0为A 点压应力，即A 点的压强 A T A ??=→?lim 0τ 为A 点的剪应力 应力的单位是帕斯卡（pa ） ，1pa=1N/㎡，表面力具有传递性。 B F f m =u u v v 2m s 3 /1000m kg =ρ3 /2.1m kg =ρ
牛顿内摩擦定律： 流体运动时，相邻流层间所产生的切应力与剪切变形的速率成正比。即 以应力表示 τ—粘性切应力，是单位面积上的内摩擦力。由图可知 —— 速度梯度，剪切应变率（剪切变形速度） 粘度 μ是比例系数，称为动力黏度，单位“pa ·s ”。动力黏度是流体黏性大小的度量，μ值越大，流体越粘，流动性越差。 运动粘度 单位：m2/s 同加速度的单位 说明： 1）气体的粘度不受压强影响，液体的粘度受压强影响也很小。 2）液体 T ↑ μ↓ 气体 T ↑ μ↑ 无黏性流体 无粘性流体，是指无粘性即μ=0的液体。无粘性液体实际上是不存在的，它只是一种对物性简化的力学模型。 （3） 压缩性和膨胀性 压缩性：流体受压，体积缩小，密度增大，除去外力后能恢复原状的性质。 T 一定，dp 增大，dv 减小 膨胀性：流体受热，体积膨胀，密度减小，温度下降后能恢复原状的性质。 P 一定，dT 增大，dV 增大 A 液体的压缩性和膨胀性 液体的压缩性用压缩系数表示 压缩系数：在一定的温度下，压强增加单位P ，液体体积的相对减小值。 由于液体受压体积减小，dP 与dV 异号，加负号，以使к为正值；其值愈大，愈容易压缩。к的单位是“1/Pa ”。（平方米每牛） 体积弹性模量K 是压缩系数的倒数，用K 表示，单位是“Pa ” 液体的热膨胀系数：它表示在一定的压强下，温度增加1度，体积的相对增加率。 du T A dy μ =? dt dr dy du ? =?=μ μτdu u dy h =ρ μν= dP dV V dP V dV ? -=-=1/κρ ρ κ d dP dV dP V K =-==1
流体力学资料复习整理
流体复习整理资料 第一章 流体及其物理性质 1、流体的特征——流动性: 在任意微小的剪切力作用下能产生连续剪切变形的物体称为流体。也可以说能够流动的物质即为流体。 流体在静止时不能承受剪切力,不能抵抗剪切变形。 流体只有在运动状态下,当流体质点之间有相对运动时,才能抵抗剪切变形。 只要有剪切力的作用,流体就不会静止下来,将会发生连续变形而流动。 运动流体抵抗剪切变形的能力(产生剪切应力的大小)体现在变形的速率上,而不就是变形的大小(与弹性体的不同之处)。 2、流体的重度:单位体积的流体所的受的重力,用γ表示。 g 一般计算中取9、8m /s 2 3、密度:=1000kg/,=1、2kg/,=13、6,常压常温下,空气的密度大约就是水的1/800 3、 当流体的压缩性对所研究的流动影响不大,可忽略不计时,这种流体称为不可压缩流体,反之称为可压缩流体。通常液体与低速流动的气体(Ｕ<70m ／s)可作为不可压缩流体处理。 4、压缩系数: 弹性模数:21d /d p p E N m ρβρ== 膨胀系数:）（K /1d d 1d /d T V V T V V t ==β 5、流体的粘性:运动流体内存在内摩擦力的特性(有抵抗剪切变形的能力),这就就是粘滞性。流体的粘性就就是阻止发生剪切变形的一种特性,而内摩擦力则就是粘性的动力表现。温度升高时,液体的粘性降低,气体粘性增加。 6、牛顿内摩擦定律: 单位面积上的摩擦力为: 内摩擦力为: 此式即为牛顿内摩擦定律公式。其中:μ为动力粘度,表征流体抵抗变形的能力,它与密度的比值称为流体的运动粘度ν 内摩擦力就是成对出现的,流体所受的内摩擦力总与相对运动速度相反。为使公式中的τ值既能反映大小,又可表示方向,必须规定:公式中的τ就是靠近坐标原点一侧(即,其大小为μ du/dy,方向由du/dy 的符号决定,为正时τ与u 同向,为负时τ与u 反向,显然,对下图所示的流动,τ＞0, 即t —t 线以下的流体Ⅰ受上部流体Ⅱ拖动,而Ⅱ受Ⅰ的阻滞。 粘性受温度影响明显: 气体粘性:分子热运动, 温度升高,粘性增加;液体粘性:分子间吸引力,温度升高,粘性下降。 7、理想流体:粘性系数很小,可以忽略粘性的流体 , 第二章 流体静力学 3 /g N m γρ=p V V p V V p d d 1d /d -=-=β21d 1d /d d p V m N V p p ρβρ=-=h U μτ=dy du A h U A A T μμτ===ρ μν＝0=μ
《工程流体力学》综合复习资料全
《工程流体力学》综合复习资料 一、 单项选择 1、实际流体的最基本特征是流体具有 。 A 、粘滞性 B 、流动性 C 、可压缩性 D 、延展性 2、 理想流体是一种 的流体。 A 、不考虑重量 B 、 静止不运动 C 、运动时没有摩擦力 3、作用在流体的力有两大类，一类是质量力，另一类是 。 A 、表面力 B 、万有引力 C 、分子引力 D 、粘性力 4、静力学基本方程的表达式 。 A 、常数=p B 、 常数=+γ p z C 、 常数=+ +g 2u γp z 2 5、若流体某点静压强为at p 7.0=绝，则其 。 A 、 at p 3.0=表 B 、Pa p 4 108.93.0??-=表 C 、 O mH p 27=水 真 γ D 、 mmHg p 7603.0?=汞 真 γ 6、液体总是从 大处向这个量小处流动。 A 、位置水头 B 、压力 C 、机械能 D 、动能 7、高为h 的敞口容器装满水，作用在侧面单位宽度平壁面上的 静水总压力为 。 A 、2 h γ B 、 2 2 1h γ C 、22h γ D 、h γ 8、理想不可压缩流体在水平圆管中流动，在过流断面1和2截面()21d d >上 流动参数关系为 。 A 、2121,p p V V >> B 、2121,p p V V << C 、2121,p p V V <> D 、2121,p p V V >< A 、2121,p p V V >> B 、2121,p p V V << C 、2121,p p V V <> D 、2121,p p V V >< 9、并联管路的并联段的总水头损失等于 。 A 、各管的水头损失之和 B 、较长管的水头损失
流体力学资料复习整理
流体复习整理资料 第一章 流体及其物理性质 1.流体的特征——流动性: 在任意微小的剪切力作用下能产生连续剪切变形的物体称为流体。也可以说能够流动的物质即为流体。 流体在静止时不能承受剪切力，不能抵抗剪切变形。 流体只有在运动状态下，当流体质点之间有相对运动时，才能抵抗剪切变形。 只要有剪切力的作用，流体就不会静止下来，将会发生连续变形而流动。 运动流体抵抗剪切变形的能力（产生剪切应力的大小）体现在变形的速率上，而不是变形的大小（与弹性体的不同之处）。 2.流体的重度：单位体积的流体所的受的重力，用γ表示。 g 一般计算中取9.8m /s 2 3.密度：=1000kg/，=1.2kg/，=13.6，常压常温下，空气的密度大约是水的1/800 3. 当流体的压缩性对所研究的流动影响不大，可忽略不计时，这种流体称为不可压缩流体，反之称为可压缩流体。通常液体和低速流动的气体（Ｕ<70m ／s ）可作为不可压缩流体处理。 4.压缩系数： 弹性模数：21d /d p p E N m ρβρ== 膨胀系数：）（K /1d d 1d /d T V V T V V t ==β 5.流体的粘性：运动流体存在摩擦力的特性（有抵抗剪切变形的能力），这就是粘滞性。流体的粘性就是阻止发生剪切变形的一种特性，而摩擦力则是粘性的动力表现。温度升高时，液体的粘性降低，气体粘性增加。 6.牛顿摩擦定律： 单位面积上的摩擦力为： 摩擦力为： 此式即为牛顿摩擦定律公式。其中：μ为动力粘度，表征流体抵抗变形的能力，它和密度的比值称为流体的运动粘度ν 摩擦力是成对出现的，τ值既能反映大小，又可表示方向，必须规定：公式中的τ是靠近坐标原点一侧(即t -t 线以下)的流体所受的摩擦应力，其大小为μ du/dy ，方向由du/dy 的符号决定，为正时τ与u 同向，为负时τ与u 反向，显然，对下图所示的流动，τ＞0， 即t —t 线以下的流体Ⅰ受上部流体Ⅱ拖动，而Ⅱ受Ⅰ的阻滞。 3 /g N m γρ=p V V p V V p d d 1d /d -=-=β21d 1d /d d p V m N V p p ρβρ=-=h U μτ=dy du A h U A A T μμτ===ρ μν＝
流体力学复习考试题整理版
1.一底面积为40 ×45cm2，高为1cm的木块，质量为5kg，沿着涂有润滑油的斜面向下作等速运动，如图1-4所示，已知木块运动速度u =1m/s，油层厚度d =1mm，由木块所带动的油层的运动速度呈直线分布，求油的粘度。 解：∵等速∴αs=0 由牛顿定律： ∑F s=mαs=0 m gsinθ－τ·A=0 （呈直线分布）∵ θ=tan-1(5/12)=22.62° 2. 应用细管式粘度计测定油的粘度，已知细管直径d=6mm，测量段长l=2m ，如图6-5。实测油的流量Q=77cm3/s，水银压差计的读值h p=30cm，油的密度ρ=900kg/m3。 试求油的运动粘度和动力粘度。 解: 列细管测量段前、后断面能量方程（4-15） 设为层流图6-5 校核状态，为层流。 3.如图2-14所示，一洒水车等加速度a=0.98m/s2向右行驶，求水车内自由表面与水平面间的夹角；若B点在运动前位于水面下深为h=1.0m，距z轴为x B=-１.5m，求洒水车加速运动后该点的静水压强。 解：考虑惯性力与重力在内的单位质量力为 （取原液面中点为坐标原点）X= -a ； Y=0 ；Z= -g 代入式（2-7）得：积分得： 在自由液面上，有：x=z=0 ；p=p0得： C=p0 =0 代入上式得： Ｂ点的压强为： 自由液面方程为（∵液面上p0=0）ax+gz=0即： 4.如图2-15所示，有一盛水的开口容器以3.6m/s2的加速度沿与水平成30o夹角的倾斜平面向上运动，试求容器中水面的倾角θ，并分析p与水深的关系。 解：根据压强平衡微分方程式：单位质量力：在液面上为大气压强，代入 由压强平衡微分方程式，得： p与水深成正比。 5. :一密封水箱如图所示，若水面上的相对压强p0=-44.5kN/m2，求： 1）h值；（2）求水下0.3m处M点的压强，要求分别用绝对压强、相对压强、真空度、水柱高及大气压表示；（3）M点相对于基准面O—O的测压管水头。
流体力学例题
如图，横截面为椭圆形的长圆柱体置于风洞中，来流稳定、风速风压均匀并垂直绕过柱体流动。住体对流体的总阻力可通过测力天平测试柱体受力获得，也可通过测试流场速度分布获得。现通过后一种方法，确定单位长度的柱体对流体的总阻力F x 。 解：由于柱体很长且来流均匀，可认为流动参数沿z 方向（柱体长度方向）无变化，将绕柱体的流动视为x-y 平面的二维问题。 ⒈ 控制体：取表面A 1、A 2、 A 3、 A 4并对应柱体单位长度的流场空间。 ⒉ 控制面A 1：柱体上游未受干扰，故有： 0p p =，0u v x =，0=y v ，于是控制面上x 方向受力、质量流量和动量流量分别为： 01bp F x =，()b u dA A 01 ρρ-=???n v ，()b u dA v A x 2 01 ρρ-=???n v 控制面A 2：设在柱体下游一定距离处，与面A 1相距l ，此处压力基本恢复均匀分布，故有 0p p ≈。()y v v x x =是需要测量的物理量；()y v v y y =通常比x v 小得多，其精确测量较困 难，在计算x 方向受力时用不到，控制面上x 方向受力、质量流量和动量流量分别为： 02bp F x -=，()? ? ??==?-2 /0 2 /2 /22 b x b b x A dy v dy v dA ρρρn v ，()? ??=?2 /0 2 21 b x A x dy v dA v ρρn v 控制面A 3：b 应取得足够大，以使得面A 3上的流动受柱体影响较小，故有0p p ≈，0u v x ≈。控制面上的质量流量由y v 确定，该量精确测定较为困难，计算结果最终不会用到该量，暂设()x v v y y =为已知量。 03≈x F ，()???≈?l y A dx v dA 0 223 ρρn v ，()???=?l y A x dx v u dA v 0 0223 ρρn v 控制面A 4：为柱体横截面包络面，该面上流体所受表面力有正压力和摩擦力。由于流场相 对于x 轴对称，所以表面力在y 轴方向的合力为零，在x 轴方向的合力F x 即为流体受到的总阻力（形体阻力与摩擦阻力），控制面上无流体输入和输出。 p p ≈0 p p ≈0 p p ≈0u v x ≈0 u v x ≈
高等流体力学复习资料
扩散：指流体在没有对流混合情况下，流体由分子的随机运动引起的质量传递的一种性质。 本构方程：是反应物体的外部效应与内部结构之间关系的方程。对动力的粘性流体而言，外部黏性应力与内部变形速度之间的关系成为本构方程。 变形速度张量：[]? ???? ?????=zz zy zx yz yy yx xz xy xx s εεεεεεεεε,,,,,,,其中，z y v x zz yy xx ??= ??=??=ω εεμε,,， ???? ????+??==x v y yx xy μεε21，??? ????+??==z x zx xz μωεε21，??? ? ????+??==y z v zy yz ωεε21 雷诺应力：在不可压缩流体的雷诺方程中，j i -μμρ称为雷诺应力（i ，j>1,2,3）当i=j 时为法相雷诺应力，不等时称为均向雷诺应力。 镜像法：是确定干扰后流场的方法之一，是一种特别的奇点法。 粘性：流体微团发生相对滑移时产生切向阻力的性质。 不可压缩流体： 0=Dt D ρ 的流体称为不可压缩流体。不可压缩均质流体：C =ρ 可压缩流体：密度随温度和压强变化的流体称为可压缩流体。 紊流：是一种随机的三维非定常有旋流动。紊流的基本特征：1，不规则流动状态；2，参数随时间空间随机变化；3，空间分布大小形状各不相同漩涡；4，具有瞬息万变的流动特征；5，流动参数符合概率规律；6，相邻参数有关联。 流体：通常说能流动的物质为流体，液体和气体易流动，我们把液体和气体称之为流体。严格地说：在任何微小剪切力的持续作用下，能够连续不断变形的物质称为流体，流体显然不能保持一定的形状，即具有流动性。 耗散函数：i i ij x p ??μ' 称为耗散函数Γ，Γ表示单位时间内单位体积流体由机械能耗散成热能 i i ij ij i i ij x v div x p ????????+??? ??-=??=Γμμεδμμμ232'' 应力张量：[]??? ? ??????=zz zy zx yz yy yx xz xy xx p p p p p p p p p p ,,,,,,称为应力张量，它是描述运动黏性流体内任一点应力 状态的物理量。
流体力学与流体传动复习资料
《流体力学与流体传动》综合复习资料 一、选择题 1、顺序阀属于( B )控制阀。 Ａ．方向；Ｂ．压力；Ｃ．流量 2、温度变化对液压传动（ B ）。 Ａ．没有影响；Ｂ．影响很大；Ｃ．可以改善传输性能 3、（ B ）是储存和释放液体压力能的装置。 Ａ．冷却器；Ｂ．蓄能器；Ｃ．过滤器 4、单作用叶片泵的叶片倾角应（ B ）。注：双作用的前倾。 Ａ．前倾；Ｂ．后倾；Ｃ．垂直 5、油箱属于( D )元件 Ａ．动力元件；Ｂ．执行元件；Ｃ．控制元件；Ｄ．辅助元件 6、靠( C )变化进行吸油排油的液压泵，通称为容积式泵。 Ａ．压力；Ｂ．排量；Ｃ．容积 7、（B容积节流）调速回路中，只有节流损失，没有溢流损失。 Ａ．进油节流；Ｂ．旁路节流；Ｃ．回油节流 8、液压泵的每转排量的大小取决于泵的（ C ）。 Ａ．速度；Ｂ．压力；Ｃ．结构尺寸 9、节流阀是通过调节（ C ）来调流量的。 Ａ．两端压力；Ｂ．油液温度；Ｃ．节流口大小 10、工作过程中泵的额定压力是（ B ）。 Ａ．变化的；Ｂ．不变的；Ｃ．随外负荷而变化 二、填空题 1、在液压系统中，由于某些原因使液体压力突然急剧上升，形成很高的压力峰值，这种现象称为液压冲击。 2、外啮合齿轮泵位于轮齿逐渐脱开啮合的一侧是吸油腔，位于轮齿逐渐进入啮合的一侧是压油腔。 3、控制阀按其用途不同，可分为压力控制阀、流量控制阀和方向控制阀三大类。 4、液体的流态分为层流和紊流，判别流态的依据是雷诺数。 5、油液粘度因温度升高而升高，因压力增大而增大。 6、气动三联件包括空气减压阀、过滤器和油雾器。
7、单杆双作用活塞缸差动连接时的有效作用面积是活塞杆的横截面的面积。 8、流体的连续性方程是质量守恒定律在流体力学中的体现。 9、节流调速回路按节流阀的位置不同可分为进油节流调速、回油节流调速和旁路节流调速回路三种。 10、压力控制阀按其用途不同，可分为溢流阀、减压阀、顺序阀和压力继电器四种基本形式。 11．顺序阀的出油口与工作回路相连，而溢流阀得出油口直接接油箱。 12．二通插装阀由插装件、控制盖板、先导控制阀、集成块体四部分组成。三、判断题 （√）1、轴向柱塞泵既可以制成定量泵，也可以制成变量量泵。 （√）2、减压阀在常态时，阀口是常开的，进、出油口相通的。 （×）3、由间隙两端的压力差引起的流动称为剪切流动。 （×）4、定量泵与变量马达组成的容积调速回路中，其转矩恒定不变。 （√）5、因存在泄漏，因此输入液压马达的实际流量大于其理论流量，而液压泵的实际输出流量小于其理论流量。 （×）6、液压缸差动连接时，能比其它连接方式产生更大的推力。 （√）7、齿轮泵只能用作定量泵。 （×）8、双作用式叶片马达与相应的双作用式叶片泵结构完全相同。 （×）9、容积调速比节流调速的效率低。 （√）10、简单地说，伯努利方程是指理想液体在同一管道中作稳定流动时，其内部的动能、位能、压力能之和为一常数。 （×）11、通过节流阀的流量与节流阀中的通流截面积成正比，与阀两端的压差大小无关。 （√）12、双作用叶片泵因两个吸油窗和两个压油窗对称分布，转子和轴承所受的径向液压力相平衡。
流体力学习题说课材料
流体力学习题
第一章习题 1-1.一8kg的平铁块自覆盖着2mm厚的润滑油（20℃）的20°斜面滑下，接触面积为0.2m，试求铁块最终的速度。（ 20℃时，润滑油μ=0.29Pa·s ） 1-2.底面积为1.5m2薄板在液面上水平移动速度为16m/s，液层厚度为4mm，假定垂直于油层的水平速度为直线分布规律，如果 （1）液体为20℃的水（μ水=0.001pa·s ）； （2）液体为20℃，比重为0.921的原油（μ油=0.07pa·s）。 试分别求出移动平板的力多大？ 1-3.在δ=40mm的两平壁面之间充满动力粘度为μ=0.7pa·s的液体，在液体中有一边长为a=6mm的薄板以U=15m/s的速度沿薄板所在平面内运动，假定沿铅直方向的速度分布是直线规律。 ①、当h=10mm时，求薄板运动的液体阻力。 ②、如果h可变，求h为多大时，薄板运动阻力最小？为多大？ 1-4.一直径为8cm轴被推进一直径为8.02cm, 30cm长的轴承里，假设余隙均匀且充满粘度μ=4.5pa·s的油脂，密度为900kg/m3。若此轴以0.5m/s的速度运动，估计油脂对轴所产生的阻力大小。 1-5.如上题的轴在套管内以1800r/min的转速转动。试求（a）油所造成的转矩，以N·m为单位；（b）转动轴所需供给的功率，以kw为单位。 1-6.当温度为60℃时，水和水银的表面张力系数分别为0.0662N/m、0.47N/m，则当它们在0.5mm直径的玻璃管中与空气相接触时，其毛细管高度变化各为多少？ 已知：60℃时ρ水=998kg/m3、ρ水银=13572.8kg/m3
1-7.已知30℃时，水的密度ρ=996kg/m3，σ=0.0712N/m。问直径多少的玻璃管，会使水产生毛细现象的高度小于1mm? 1-8.以喷雾器形成水滴，其直径为50μm，或5×10-5m，问在30℃时（σ =0.0712N/m），其内部压力超出外部多少？ 1-9.设一平壁浸入体积很大的水中，由于存在表面张力，在靠近壁面的地方要形成一个曲面，如图，假定曲率半径可表示成1/r=d2y/dx2,接触角和表面张力系数σ已知，试确定平壁附近水面最大高度及形状。 x 第二章习题 1.二元不可压缩流场中，vx=5x^3,vy=-15x^2y。试求（x=1m,y=2m）点上的速度和加速度。 2.给定速度场：v=(6+2xy+t^2)i-(xy^2+10t)j+25k试求流体质点在位置(3,0,2)处的加速度。 3.已知流场的速度： vx=1+At, vy=2x。试确定t = t。时，通过（x。,y。）点流线方程，A为常数。
流体力学学习资料
《工程流体力学》典型习题（二） 1.已知转轴直径360mm d =，轴承长度1000mm L =，轴与轴承间隙 0.2mm δ=，其中充满动力黏度0.72pa.s μ=的润滑油，若轴的转速200rpm n =， 试求克服润滑油黏性阻力所消耗的功率 N 。 2.水塔供水系统如图所示。已知C 点供水流量为Q C =0.022m 3/s ，B 点出流量
4．如图所示，在40mm h =的两平行固定壁面间充满动力黏度=0.7Pa s μ?的液体，其中有一面积23600mm A =的薄板（平行于壁面）以15m/s U =的速度沿薄板所在平面内运动，假定壁面间速度呈线性分布。 试求当10mm y =时，薄板运动的液体阻力F 。 5.如题图所示的密封容器内盛有油（与水的相对密度0.8）和水两层液体，在油层中有一扇圆弧形闸门，其半径0.2m R =，宽0.4m B =，油水厚度均为0.2m h =，水银测压计中的液柱高也为0.2m h =，闸门的铰接点位于O 点。为使闸门关闭，试求所需的锁紧力F 。 6.如图所示的具有并联、串联管路的虹吸管，已知H =40m ，l 1=200m ，l 2=100m ，l 3=500m ，d 1=0.2m ，d 2=0.1m ，d 3=0.25m ，02.021==λλ，025.03=λ，求总流量Q 。 7.如图所示底宽b 1=b 2=2.0m 的矩形断面变坡棱柱形渠道（n 1=n 2），上游接水库，下游接跌坎。已知渠道进口断面水深h 1=1m ，部分渠段的水面曲线如图所示。 ① 试完成下游渠段的水面曲线连接（定性）； ② 试根据水面曲线形状确定上、下游渠段坡度的缓急状态（急、缓坡）； ③ 试求该渠道的通过流量Q ；
流体力学例题总汇09-10
Chap 9 9-1 有一梯形渠道，在土层中开挖，边坡系数m=1.5，粗糙系数n=0.025 ，底坡i=0.0005，设计流量Q=1.5m 3/s 。按水力最优条件设计渠道断面尺寸。解：水 力最优深宽比 则 b=0.606h A=(b+mh)h=(0.606h+1.5h)h=2.106h 2 又水力最优断面的水力半径 R=0. 5h 将A 、R 代入基本公式 b=0.606 ′1.092=0.66m 9-2 有一梯形断面中壤土渠道，已知：渠中通过的流量Q=5m 3/s ，边坡系数m=1.0，粗糙系数n=0.020 ，底坡i=0.0002。试求： （1）按水力最优条件设计断面；（2）若宽深比b=2来设计断面，检查渠中流速是否满足不冲条件。 解： （1）水力最优 m m b ()m)1)0.83h β====A=(b+mh)h =（0.83h+h ）h=1.83h 2 又水力最优R=h/2 即h m =1.98m ； b m =1.98 ′0.83m=1.64m （2） ∵b=2=b/h ∴b=2h A=(b+mh)h =（2h+h ）h=3h 2 ∴ h=1.55m 此时 又中壤土渠道不冲流速为0.64~0.84m/s ∴渠道满足不冲条件。 9-3 有一梯形断面顺直小河，每公里落差0.5m ，渠底宽3m ，水 深0.8m ，边坡系数1.5，河床n=0.032，求K 、Q 。解：i=0.5/1000=0.0005 A=(b+mh)h=(3+1.5×0.8) ×0.8=3.36m 2 11 6 633P b 32 5.88m A R 0.57m P 11C R 0.5728.46 n 0.032K 3.3628.4672.2m /s Q 72.2 1.614m /s =++?== ======?==== 9-4 某梯形断面土渠中发生均匀流动，已知：底宽b=2m ，m=ctgq=1.5，水深h=1.5m ，底坡i=0.0004，粗糙系数n=0.0225，试求渠中流速V ，流量Q 。解：一 般渠道中流动均为紊流，总是应用谢才公式： ∵ A=(b+mh)h =（2+ 1.5 ′1.5）′ 1.5=6.38m 2 ∴ Q=v A=0.80 ′ 6.38=5.10m 3 /s
流体力学考试复习资料考点(1)
一、流体力学及其研究对象 流体：液体和气体的总称。 流体力学：是研究流体的科学，即根据理论力学的普遍原理，借助大量的实际资料，运用数学和实验方法来研究流体的平衡和运动规律及其实际应用的一门科学。 流体力学研究的对象：液体和气体 流 二、流体的力学特性 1、流体与固体的区别主要在于受剪应力后的表现有很大的差异。 固体－－能承受剪应力、压应力、张应力，没有流动性。 流体－－只能承受压应力，不能承受拉力和剪力，否则就会变形流动，即流体具有流动性。 2、液体与气体的主要差别在于受压后的表现上的差异。
液体：受压后体积变化很小，常称不可压缩流体；液体的形状随容器的形状而变，但其体积不变。 气体：受压后体积变化很大，常称可压缩流体；气体的形状和体积都随容器而变。 注：气体的体积变化小于原体积的20%时，可近似看作不可压缩流体。 1.1.1流体的密度 1、流体密度的定义及计算 定义：单位体积流体的质量，以ρ表示，单位为kg／m3 （1）均质流体： 标态（2）混合流体： 混合气体： 混合液体： 2、流体的密度与温度、压力的关系 （1）液体：工程上，液体的密度看作与温度、压力无关。 （2）气体：与温度和压力有关。
理想气体： 或 工业窑炉：P=P0 分析：t↑ρ↓；t↓ρ↑ 1.1.2流体的连续性 流体的连续性：流体看成是由大量的一个一个的连续近质点组成的连续的介质，每个质点是一个含有大量分子的集团，质点之间没有空隙。质点尺寸：大于分子平均自由程的100倍。 连续性假设带来的方便： (1）它使我们不考虑复杂的微观分子运动，只考虑在外力作用下的宏观机械运动。 (2)能运用数学分析的连续函数工具。 【例题】已知烟气的体积组成百分组成为：H2O12%，CO218%，N270%，求此烟气标态在及200℃的密度。
高等流体力学讲义
高等流体力学 授课提纲 第一章概论 §1.1 流体力学的研究对象 §1.2 流体力学发展简史 §1.3 流体力学的研究方法 §1.3.1 一般处理途径 §1.3.2 应用数学过程 §1.3.3 流体力学方法论：一般方法 §1.3.4 流体力学方法论：特殊方法 ●Lagrange描述和Euler描述 ●无量纲化 ●线性化 ●分离变量法 ●积分变换法 ●保角映射法 ●奇点法（孤立奇点法、分布奇点法、Green函数法） ●控制体积法 ●微元法 第一章概论 §1.1 流体力学的研究对象 （1）物质四态： ●四态：固态—液态—气态—等离子态；等离子体=电离气体 ●界限：彼此无明确界限（高温下的沥青；冰川），取决于时间尺度； ●流体力学的具体研究对象：液体、气体、等离子体（电磁流体力学、 等离子体物理学）； ●液体与气体的差别： 液体—有固定容积、有自由面、不易压缩、有表面张力； 气体—无固定容积、无自由面、易压缩、无表面张力。 （2）流体的基本性质： 易流动性：静止流体无剪切抗力； 压缩性（膨胀性）：压差、温差引起的体积改变，判据：马赫数； 粘性：运动流体对剪切的抗力，判据：雷诺数； 热传导性：温差引起的热量传递，普朗特数。 （3）流体的分类： i）按有无粘性、热传导性分：
真实流体（有粘性、有热传导、与固体有粘附性无温差）； 理想流体（无粘性、无热传导、与固体无粘附性有温差）； ii）按压缩性分： 不可压缩流体，可压缩流体； iii）按本构关系分： 牛顿流体（牛顿粘性定律成立）， 非牛顿流体（牛顿粘性定律不成立），下分 纯粘性流体（拟塑性流体，涨塑性流体）； 粘塑性流体（非宾汉流体、宾汉流体）； 时间依存性流体（触变流体、振凝流体）； 粘弹性流体 拟塑性流体（剪切流动化流体）：剪切应力随剪切速度增加而减 小，如淀粉浆糊、玻璃溶液、 高分子流体、纤维树脂； 涨塑性流体（剪切粘稠化流体）：剪切应力随剪切速度增加而减 小，如淀粉中加水、某些水- 砂混合物； 粘塑性（非宾汉和宾汉流体）：存在屈服应力，小于该应力无流 动，如粘土泥浆、沥青、油漆、 润滑脂等，所有粘塑性流体为 非宾汉流体，宾汉流体为近似； 触变流体（摇溶流体）：粘性或剪切应力随时间减小，如加入高 分子物质的油、粘土悬浊液； 振凝流体：粘性或剪切应力随时间增大，如矿石浆料、膨润土溶 胶、五氧化钒溶液等； 粘弹性流体：兼有粘性和弹性性质的流体，能量不像弹性体守恒， 也不像纯粘性体全部耗散。 （4）流体力学学科的研究对象 流体力学——研究流体的机械运动以及它与其它运动形态相互作用的科 学。 其它运动形态：固体运动－与界面的相互作用；热运动－传热、传质；电 磁－电磁流体力学。 §1.2 流体力学发展简史 流体力学大事年表 公元前3世纪阿基米德（287－212BC）发现浮力定律（阿基米德原理）；发明阿基米德螺旋提水机； 1644 托里拆里（E.Torricelli,1608-1647）制成气压计；导出小孔出流公式； 1650 帕斯卡（B.Pascal,1623-1662）提出液体中压力传递的帕斯卡原理；
流体力学期末复习资料全
1、流体运动粘度的国际单位为 m^2/s 。 2、流体流动中的机械能损失分为沿程损失和局部损失两大类。 3、当压力体与液体在曲面的同侧时，为实压力体。 4、静水压力的压力中心总是在受压平面形心的下方。 5、圆管层流流动中，其断面上切应力分布与管子半径 的关系为线性关系。 6、当流动处于紊流光滑区时，其沿程水头损失与断面 平均流速的 1.75 次方成正比。 7、当流动处于湍流粗糙区时，其沿程水头损失 与断面平均流速的 2 次方成正比。 8、圆管层流流动中，其断面平均流速与最大流速的比值为 1/2 。 9、水击压强与管道流动速度成正比关系。 10、减轻有压管路中水击危害的措施一般有：延长阀门关闭时间, 采用过载保护，可能时减低馆流速。 11、圆管层流流动中，其断面上流速分布与管子半径的关系为二次抛物线。 12、采用欧拉法描述流体流动时，流体质点的加速度由当地加速度和迁移加速度组成。 13流体微团的运动可以分解为： 平移运动、线变形运动、角变形运动、旋转运动。 14、教材中介绍的基本平面势流分别为：点源、点汇、点涡、均匀直线流。 15、螺旋流是由点涡和点汇两种基本势流 所组成。 16、绕圆柱体无环量流动是由偶极流和 平面均匀流两种势流所组成。 17、流动阻力分为压差阻力和摩擦阻力。 18、层流底层的厚度与雷诺数成反比。 19、水击波分为直接水击波和间接水击波。 20、描述流体运动的两种方法为 欧拉法和拉格朗日法。 21、尼古拉兹试验曲线在对数坐标中的图像分为5个区域，它们依次为： 层流层、层流到紊流过渡区、紊流区、 紊流水力粗糙管过渡区、紊流水力粗糙管平方阻力区。 22、绕流物体的阻力由和两 部分组成。 二、名词解释 1、流体：在任何微小剪力的持续作用下能够连续不断变形的物质 2、牛顿流体：把在作剪切运动时满足牛顿摩擦定律的流体称为牛顿流体。 3、等压面：在流体中，压强相等的各点所组成的面称为等压面。 4、流线：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的速度方向都与该曲线相切。 5、流管：过流管横截面上各点作流线，则得到充满流管的医术流线簇 6、迹线：流场中某一质点的运动轨迹。