流体力学知识重点(全)

流体力学知识点总结 流体力学研究流体在外力作用下的宏观运动规律 流体质点 流体质点 1 流体质点无线尺度 只做平移运动 2 流体质点不做随即热运动 只有在外力的作用下作宏观运动 3 将以流体质点为中心的周围临街体积的范围内的流体相关特性统计的平均值作为流体质 点的物理属性 流体元 流体元 就有线尺度的流体单元 称为流体 质元 简称流体元 流体元可看做大量流体 质点构成的微小单元 连续介质假设 连续介质假设 假设流体是有连续分布的流体质点组成的介质 连续性介质模型的内容 连续性介质模型的内容 根据流体指点概念和连续介质模型 每个流体质点具有确定的宏观 物理量 当流体质点位于某空间点时 若将流体质点的物理量 可以建立物理的空间连续分 布函数 根据物理学基本定律 可以建立物理量满足的微分方程 用数学连续函数理论求解 这些方程 可获得该物理量随空间位置和时间的连续变化规律 分子的内聚力 分子的内聚力 当两层液体做相对运动时 两层液体的分子的平均距离加大 分子间的作用 力变现为吸引力 这就是分子的内聚力 液体快速流层通过分子内聚力带动慢流层 漫流层通过分子的内聚力阻滞快流层的运动 表 现为内摩擦力 流体在固体表面的不滑移条件 分子之间的内聚力将流体粘附在固体表面 随固体一起运动 或静止 牛顿流体 牛顿流体 动力粘度为常数的流体称为牛顿流体 牛顿的粘性定律表明 牛顿的粘性定律表明 牛顿流体的粘性切应力与流体的切变率成正比 还表明对一定的流体 作用于流体上的粘性切应力由相邻两层流体之间的速度梯度决定的 而不是由速度决定的 温度对粘度的影响温度对粘度的影响 温度对流体的粘度影响很大 液体的粘度随温度升高而减小 气体的粘 度则相反 随温度的升高而增大 压强对粘性的影响 压强的变化对粘度几乎没有什么影响 只有发生几百个大气压的变化时 粘度才有明显改变 高压时气体和液体的粘度增大 毛细现象 毛细现象 玻璃管内的液体在表面张力的作用下液面升高或降低的现象称为毛细现象 描述流体运动的两种方法描述流体运动的两种方法 拉格朗日法 拉格朗日法 拉格朗日法又称为随体法 它着眼于流体质点 跟随流体质点一起运动 记录 流体质点在运动过程中会各种物理量随所到位置和时间的变化规律 跟中所有质点便可了解 整个流体运动的全貌 欧拉法 欧拉法 欧拉法又称当地法 它着眼于空间点 把流体的物理量表示为空间位置和时间的函 数 空间点的物理量是指 某个时刻占据空间点的 流体质点的物理量 不同时刻占据该空间点的流体质点不同 速度场 速度场 速度场是由流体空间各个坐标点的速度矢量构成的场 速度场不仅描述速度矢量的 空间分布 还可描述这种分布随时间的变化 定常流动 定常流动 流动参数不随时间变化的流动 反之 流体参数随时间变化的流动称为不定长流 动 迹线 迹线 流体质点运动的轨迹 在流场中对某一质点作标记 将其在不同时刻的所在位置点连 成线就是该流体质点的迹线 流线 流线 流线是指示某一时刻流场中各点速度矢量方向的假象曲线 流面 流面 经过一条非流线的曲线上各点的所有流线构成的面 对于定常流场 流线也是迹线 脉线 脉线 脉线是相继通过某固定点的流体质点连城的线 流体线 流体线 在流场中某时刻标记的一串首尾相连接的流体质点的连线 称为该时刻的流体线 由于这一串流体质点由同一时刻的标记 每一个质点到达下一时刻的流体线位置时间相同 因此又称为时间线 流管 流管 在流场中由通过任意非流线的封闭曲线上每一点流线所围成的管状面称为流管 流束 流束 流管内的流体称为流束 总流 总流 工程上还将管道和管道壁所围成的流体看做无数微元流束的总和 称为总流 恒定流 恒定流 以时间为标准 若各空间点上的流动参数 速度 压强 密度等 皆不随时间变化 这样的流动是恒定流 反之为非恒定流 均匀流 均匀流 若质点的迁移加速度为零 即流动是均匀流 反之为非均匀流 内流 内流 被限制在固体避免之间的粘性流动称为内流 外流 外流 外流通常是指流体对物体的外部绕流 固体壁面对流动的影响通常局限在有限的范围 内 流场可以使无限的 按照流场中涡量是否为零 可以讲流体分为无旋流动和有旋流动 系统 系统 是指一群确定的流体质点 在运动过程中系统的形状 体积 表面积可以不断的改变 但是要始终包含这些确定的流体质点 所有流体质点物理量的总和称为系统的物理量 更准 确的应称为系统的广延量 系统的广延量随时间的变化率称为系统导数 控制体 控制体 流场中人为选定的空间几何区域 它的边界面称为控制面 流体的连续性原理 按照拉格朗日的观点 一个流体系统所包含的流体物质 质量 在流动 过程中始终保持不变 按照欧拉的观点 如果流体的密度不变 不可压缩流体 流进控制 体的物质 质量 应该等于流出控制体的物质 质量 通常将后者称为连续性原理 伯努力方程的适用条件 伯努力方程的适用条件 1 无粘性流体 2 不可压缩流体 3 定长流动 4 沿流线 沿总流的伯努力的方程适用条件 沿总流的伯努力的方程适用条件 1 无粘性流体 2 不可压缩流体 3 定常流动 4 沿流 束 并且计算截面符合缓变流条件 非均匀流 非均匀流 分为渐变流和急变流 流体质点的迁移加速度很小的流动或是流线近于平行直线 的流动定义为渐变流 反之为急变流 均匀流的性质对于渐变流近似成立的原因 均匀流的性质对于渐变流近似成立的原因 1 渐变流的过流断面近于平面 面上各点的速 度方向近于平行 2 渐变流过流断面上的动压强与静压强的分布规律相同 湍流 湍流 湍流运动是各种大小和不同涡量的涡旋叠加而形成的流动 在湍流运动中随即和逆序 运动并存 粘性影响区域 粘性影响区域 由壁面不滑移条件 在物体周围形成从物体熟读为零到外流速速梯度的区域 空化空化 液体内局部压强降低到液体的饱和蒸气压时 液体内部或液固交界面上出现的蒸气或 气体空泡的形成 发展和溃灭的过程 空蚀 空蚀 当流场低压区产生的空泡运动到高压区时 或者局部流场由低压周期性的变为高压时 空泡将发生溃灭 液体中运动物体受空化冲击后 表面出现的变形和材料剥蚀现象 又称剥 蚀或气蚀 空蚀的两种破坏形式空蚀的两种破坏形式 1 当空泡离壁面较近时 空泡在溃灭是形成的一股微射流连续打击壁面 造成直接损伤 2 空泡溃灭形成冲击波的同时冲击壁面 无数空泡溃灭造成连续冲击将引起壁面材料的疲 劳破坏 边界层 边界层 当 Re 1 时 粘性影响区域缩小到壁面区域狭窄的区域内称为边界层 边界层特点 边界层特点 1 厚度很小 2 随着沿平板流的深入 边界层的厚度不断增长 边界层分离 边界层分离 边界层分离又称流动分离 是指原来紧贴壁面流动的边界层脱离壁面的现象 声速 声速 声速是弹性介质中微弱扰动传播速度的总称 其传播速度金和仅和戒指的弹性和质量 之比有关 激波 激波 理论分析和实验都表明 当一个强烈的压缩扰动在超声速流场中传播是 在一定条件 下降形成强压波阵面 称为激波 范诺线 范诺线 1 当 Ma 1 时 ds 0 表示范诺线在最大熵值点上的速度达到声速 2 当 Ma1 时 ds 与 dT 同号 表示温度上升时 比熵也增大 状态沿范诺线的下半支按照 逆时针的方向进行 超声速在绝热摩擦管中减速 但是最多达到声速 Ma 1 流动中的温 度 压强 密度均增大 总压降低 绝热摩擦管中的雍塞现象绝热摩擦管中的雍塞现象 实际管长 L Lmax 时将会发生雍塞现象 1 对于亚声速流 雍塞造成的压强扰动可以向上游传播至入口 使入口发生溢流 直至出 口截面正好是临界截面为止 2 对于超声速流 雍塞在管中产生激波 激波后变成亚声速流 使临界截面移至出口截面 处 激波的位置视雍塞的严重条件而定 特别严重时激波的位置甚至发生在出口截面之 前 形成溢流 是流量减少 瑞利线 瑞利线 1 对于亚声速流 Ma0 将会引起流动加速 dV 0 但是最多加速 到 Ma 1 顺时针方向沿瑞利线上半支 2 对于超声速流 Ma 1 冷却 dq0 顺时针方向沿瑞利线下半支 反之亦然 加热造成的雍塞现象 1 对于亚声速流 压强扰动逆向传至进口截面 造成溢流使流量减小 2 对于超声速流 雍塞在管中产生激波 时总压损失更大 激波向上游推移 这个过程直 至进口截面前才停止 超声速气流先通过激波变成亚声速流 然后再造成溢流 减少流 量后才能通过管道 多普勒效应 多普勒效应 由于传来的声波的疏密不同 位于不同位置上的观察着将听到不同频率的声音 这种现象称为多普勒效应 马赫锥 马赫锥 流体以超声速流动时 此时马赫波不再保持平面 而是以 O 为顶点的向流场速度 方向的扩张圆锥面 从点声源发出的球形压强的波阵面均与圆锥相切 该圆锥面称为马赫锥 母线称为马赫线 圆锥的半锥角称为马赫角 超声速流场的基本特征 在超声速流场中微弱的扰动波的传播是有界的 水头损失的的构成 水头损失的的构成 1 沿程损失 是沿等截面管流动时管壁切应力引起的摩擦损失 2 局部损失 是由 1 截面变化引起的速度的重新分布 2 流体元相互碰撞和增加摩擦 3 二次流 4 流动分离形成漩涡等原因引起的损失 加速度公式的物理意义加速度公式的物理意义 B 点加速度 B 点速度随时间的变化率 B 的当地变化率 B 因空间位置的差异而引起的变 化率 B 点的沿各个轴方向的迁移变化率 N S 方程的物理意义 方程的物理意义 质量 加速度 惯性力 体积力 压差力 压强梯度 粘性力 粘性切应力的散度 伯努力方程的物理意义 伯努力方程的物理意义 速度水头 位