流体力学考试重点

精品文档 1欢迎下载 1 流体力学的研究对象 流体在平衡和运动时的压力分布 速度分布 与 固体之间的相互作用 流动过程中的能量损失 2 流体的定义 流体是一种受任何微小的剪切力作用时 都会产生连续的变形 的物质 3 流体的特征 易流性 不能承受剪切力 形状不定性 受力特性 绵续 性 液体 无固定体积 没有自由表面 气体 易于压缩 4 连续介质假说 质点 而不是分子 是组成宏观流体的最小基元 质点与质 点之间没有间隙 这就是连续介质假说 连续介质是为研究流体的宏观机械运 动而提出的一种流体模型 5 连续介质假说的目的 不仅理论分析中可以运用数学这一强有力工具 也为 实验研究提供了可能 6 流体压缩性 流体受压体积减小的性质 p 流体膨胀性 流体受热体 积增加的性质 t 液体压缩性 膨胀性都很小 为不可压缩流体 气体是 可压缩流体 7 流体的粘性 流体阻止发生剪切变形的特性 粘性力是它的动力表现 实际 流体都具有粘性 称为粘性流体 8 粘性的度量 粘度 动力粘度 运动粘度 取决于流体的种类和 温度 9 温度对液体和气体粘性的影响截然不同 温度升高时 液体的粘性降低 气 体的粘性增加 10 牛顿内摩擦定律 流体作层状流动 层流 时 粘性内摩擦切应力符合牛 顿内摩擦定律 11 作用于流体上的力包括 表面力和质量力 表面力指作用在所研究的流体 表面上的力 质量力是流体质点受某种力场的作用力 它的大 小与流体的质量成正比 12 流体静压力 指流体处于静止或相对静止时 作用于流体的内法向应力 13 流体静压力两特性 流体静压力的作用方向总是沿其作用面的内法线方 向 精品文档 2欢迎下载 在静止流体中任意一点压力的大小与作用的方位无 关 其值均相等 14 等压面具有两特性 平衡流体中 通过任意一点的等压面 必与该点所 受的质量力互相垂直 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 15 流体静压力两种表示 绝对压力 相对压力 g 绝对压力是以绝对真空为零点算起的压力 以大气压 为零点算起的压力为相对压力 16 拉格朗日法着眼于流体质点 跟踪法 欧拉法着眼于空间点 截迹法 17 定常流动 流场中各点流动参数与时间无关的流动为定常流动 非定常流动 流场中各点的流动参数随时间变化的流动称为非定常流动 18 流线 流场中若干连续流体质点在某一时刻的速度方向线形成的光滑曲线 是表现和分析流场的重要工具 迹线 流体质点的运 动轨迹 19 流线特点 非定常流动时 流线的形状随时间改变 定常流动时 其形 状不随时间改变 此时 流线与迹线重合 流体质点 沿流线方向 流线是一条光滑曲线 流线之间不能 相交 流线上某点切线方向与该点速度方向一致 20 总流按边界性质分为有压流 靠压力 无压流 靠重力 射流 靠消耗 自身的动能 来实现流动的 21 过流断面 与总流或流束中的流线处处垂直的断面称为过流断面 越大越 好 22 水力直径 总流的过流断面上 流体与固体接触的长度称为湿周 用 表 示 总流过流断面的面积 A 与湿周 之比称为水力半 径 R 水力半径的 4 倍称为水力直径用 di 表示 di 4 4 23 连续性方程实质 是质量守恒定律在流体力学中的表现形式 24 势函数应用条件 连续无旋 流函数应用条件 连续 精品文档 3欢迎下载 25 伯努利方程应用条件 理想不可压缩流体 作定常流动 作用于流体上 的质量力只有重力 沿同一条流线 或微小流束 26 动量方程应用条件 密度不变 不可压缩流体 定常流动 27 伯努利方程实质 机械能守恒及转换定律在流体力学中反映 28 a 称为动能修正系数 它表示截面上实际的平均单位重量流体的动能以平 均流速表示的单位重量流体动能之比 29 能量损失的两种形式 发生在沿流程边界形状 过流断面 变化不大的 区域 一般在缓变流区域的阻力称沿程阻力 发生 在流道边界形状急剧变化的地方 一般在急变流区域 的阻力称为局部阻力 30 黏性流体的流动状态有层流和紊流两种 当流体分层流动时 层与层之间的流体互不渗混 这种流动状态叫层流 若流体质点除了有沿轴向的运动外 还有极不规则的横向相互混杂和干 扰运动 这种流动状态叫紊流 31 流体判别准则 雷诺数 Re 32 时均化 在紊流中 流体质点作复杂的无规律运动 如果对某点的速度进 行长时间的观察 不难发现 虽然每一时刻的大小和方向都在变化 但它总是 围绕某个平均值上下变动 如果流场中各空间点的流动参量的时均值不随时间 变化 就可以用时均值代替瞬时值 认为紊流运动也是定常流动 33 水力粗糙 管 与水力光滑 管 粗糙高度几乎全被层流底层淹没 管壁对紊流区流体的流动影响最小 这 与流体在完全光滑的管道中流动类似 阻力较小 这时管子称为水力光滑 管 管壁上几乎所有的凸峰都暴露在紊流中 紊流区的流体质点与凸峰相互碰 撞 加剧了紊流 使流动阻力增加 此时管子称为水力粗糙管 34 长管 局部损失在总损失中所占的比列较小 2000 空气的流动状态为紊流 7 20 的水在直径 d 100mm 管中流动 当流量 Q 15 7L s 时 试判别流态 欲改变流 态 流量应变为多少 其他条件不变 精品文档 9欢迎下载 解 20 时水的黏度是 1 003 10 6 2 平均流速为 v 4 2 4 15 7 10 3 3 14 0 12 2 水流的雷诺数为 Re 2 0 1 1 003 10 6 199402 2000 水在管中呈紊流状态 欲改变水的流态 必须有雷诺数为 Re 2000 即 4 2 4 2000 这时流量为 Q 2000 4 0 157 8 某输油管路长 l 4000m 管径 d 0 3m 输送运动粘度为 2 5的原油 油 10 4 2 的密度为 856 当体积流量 Q 240时 求油泵为克服沿程阻力所需增加的功 3 3 率 0 3mm 解 油在管道内的平均流速为 v 4 2 4 0 32 240 3600 0 943 求雷诺数并判别流态 Re 为层流 0 943 0 3 2 5 10 4 1132 3 2000 由莫迪图取 0 031 将已知数据代入达西公式 并稍加整理 得 2 2 0 031 30 0 3 1 52 2 9 807 0 36 2 10 两水池间用长 l 20m 直径 d 100mm 的管路连接 管壁粗糙度 0 3mm 其间有一个 全开的闸门 两个 R d 的 90 圆弯管 请按短管计算 求 H 1 5m 时管中的流量 Q 解 立上 下两个水面的能量方程 1 1 1 2 1 2 2 2 2 2 2 2 1 2 1 2 1 2 0 这里设两水面的上升和下降速度为零 池面面积远远大于管道断面面积 即 H 弯 阀 进 出 2 2 5 20 0 1 0 5 2 0 291 0 1 1 2 2 200 2 182 2 2 v 5 2 9 8 200 2 182 98 200 2 182 现在由于不知道流速 无法判别流态 也就无法计算沿程阻力系数 只能采用试算的方法 精品文档 11欢迎下载 水的运动粘度取为 1 003 10 6 2 相对粗糙度为 0 3 100 0 003 试取并代入 v 得 1 0 025 98 200 2 182 1 3 69 R 1 1 3 69 0 1 1 003 10 6 367896 又因为 4160 2 0 85 4160 100 2 0 3 0 85 321858 R 1 流动处于阻力平方区 采用尼古拉兹公式得 2 1 14 2 2 1 14 2 100 0 3 2 0 0261 代入 v 得 98 200 2 182 2 3 64 R 2 2 3 64 0 1 1 003 10 6 362606 流动处于阻力平方区 采用尼古拉兹公式得 3