工程流体力学相关概念公式.docx

第二章 流体及其物理性质流体：是一种受任何微小剪切力作用都能连续变形的物质。流体连续介质假说：可以不去考虑分子间存在的空隙，而把流体视为由无数连续分布的流体微团所组成的连续介质。作用在流体上的力：表面力和质量力。流体密度：单位体积内所具有的质量。压缩性：随着压强的增高，体积便缩小。压缩系数：用单位压强所引起的体积变化率。膨胀性：随着温度的升高，体积便膨胀。体胀系数：单位温升所引起的体积变化率。粘性：流体微团间发生相对滑移时产生切向阻力的性质。牛顿内摩擦定律：作用在流层上的切向应力与速度梯度成正比，其比例系数为流体的动力粘度。粘性与温度的关系：液体的粘度随温度上升而减小，气体的年度随温度上升而增大。牛顿流体：凡作用在流体上的切向应力与它所引起的角变形速度（速度梯度）之间的关系符合牛顿内摩擦定律的流体。第三章 流体静力学流体静压强两个特性：一。流体静压强的方向沿作用面的内法线方向。 二。静止流体中任一点流体静压强的大小与其作用面在空间的方位无关，只是该点坐标的连续函数，即静止流体中任一点上不论来自何方的静压强均相等。等压面：压强相等的各点组成的面。作用于静止流体中任一点的质量力必垂直于通过该点的等压面。帕斯卡原理：施于在重力作用下不可压缩流体表面上的压强，将以同一数值沿各个方向传递到流体中的所有流体质点。水头：单位重量流体所具有的能量用液柱高度表示。压力体：液体作用在曲面上的总压力的铅直分力的大小恰好等于压力体的液体重力，但并非作用在曲面上的一定是它上面压力体的液体重力。（纯数学概念，与体内有无液体无关）第四章 流体运动学和流体动力学基础流体运动的描述方法：欧拉方法和拉格朗日方法。流线：在某一瞬时，一条曲线上的每一点的速度矢量总是在该点与此曲线相切。流管：在流场内作一本身不是流线又不相交的封闭曲线，通过这样的封闭曲线上各点的流线所构成的管状表面。有效截面：处处与流线相垂直的流束的截面。湿周：在总流的有效截面上，流体同固体边界接触部分的周长。水力半径：总流的有效面积与湿周之比。第五章 相似原理和量纲分析力学相似：包括几何相似、运动相似、动力相似。弗劳德数Fr的物理意义：惯性力与重力的比值。雷诺数Re的物理意义：惯性力与粘滞力的比值。斯特劳哈尔Sr的物理意义：当地惯性力与迁移惯性力的比值。第六章 管内流动和水力计算 液体出流局部能量损失：发生在流动状态急剧变化的急变流中的能量损失，是在管件附近的局部范围内主要由流体微团的碰撞、流体中产生的漩涡等造成的损失。粘性底层：由于靠近管壁紊流脉动受到限制，粘滞力的作用增强，在紧贴管壁很薄的流层中紊流脉动消失，粘滞力的阻滞作用使流速急剧下降，速度分布比较陡峭，速度梯度大。水利光滑：粘性底层完全淹没了管壁的粗糙凸出部分。莫迪图的五个区域：1、层流区。2、临界区。3、光滑管区。4、过渡区。5、完全紊流粗糙管区。局部损失原因：1、管道截面突然扩大。原因一：流体惯性形成漩涡，漩涡的运动。 原因二：流速由大变小，产生碰撞。 2、管道截面突然缩小。原因一：流体惯性产生漩涡，漩涡的运动。 原因二：在流线弯曲、流体加速和减速过程中，流体的碰撞、速度变化等。 3、弯管。 原因一：由切向应力产生的沿程损失，特别是在流动方向改变、流速分布变化中产生的损失。 原因二：形成漩涡所产生的损失。 原因三： 由二次流形成的双螺旋流动所产生的损失。水击现象：在压力管道中，由于液体流速的急剧改变，从而造成瞬时压力显著、 反复、迅速变化的现象，称为水击，也称水锤。 产生的原因： 当压力管道的阀门突然关闭或开启时，当水泵突然停止 或启动时，因瞬时流速发生急剧变化，引起液体动量迅速改变，而使压力显著变化。管道上止回阀失灵，也会发生水击现象。在蒸汽管道中，若暖管不充分，疏水不彻底，导致送出的蒸汽部分凝结成水，体积突然缩小，造成局部真空，周围介质将高速向此处冲击，也会发出巨大的音响和振动。预防措施：1、避免直接水击，可采取增加阀门起闭时间；2、 采用过载保护，在管道上装设安全阀门或空气室以缓冲水击压强； 3、尽量缩短管道的长度，减低管内流速，使用弹性好的管道。第七章 气体的一维流动激波：当超声速气流绕过大的障碍物时,气流在障碍物前将受到急剧的压缩,它的压强、温度、密度都将突跃地升高，而速度则突跃地降低，这种流动参数发生突跃变化的强压缩波。正激波前后气流速度的特点和关系：1、气流经过激波，速度降低，动量减小，熵值增加，因而必有作用在气流上与来流方向相反的力；2、引起激波的物体，必然受到与上述作用力大小相等、与来流方向相同的反作用力，即气流作用在物体上的阻力，这种阻力因激波的存在而产生，称为波阻。3、激波越强，波阻越大。激波强弱判定：1、压强比。2、来流马赫数。第八章 理想流体的有旋运动和无旋运动流体微团的运动由三部分组成：1平移运动2旋转运动3含有线变形和角变形的变形运动。判断有旋无旋：流体微团的旋转角速度等于零的流动为无旋。欧拉方程的意义：在流场的某点，单位质量流体的当地加速度与迁移加速度之和等于作用在它上面的重力与压力之和。涡线：任一时刻，涡线上每一点的切向量都与该点的涡向量相切。涡管：某一时刻，由涡线组成的管状曲面。涡束：截面积无限小的涡管。涡通量：旋转角速度的值与垂直于角速度方向的微源涡管横截面积的乘积的两倍。涡量场的通量（涡强）。速度环量：速度在某一封闭周线切线上的分量沿该封闭周线的积分。斯托克斯定理：涡通量和速度环量都是反映旋涡作用的强弱。平面涡流：前提：重力作用，理想不可压流体。 一无限长，涡通量为J的铅直涡束，像刚体一样以等角速度绕自身轴旋转。涡束周围的流体受涡束的诱导将绕涡束轴做对应的等速圆周运动。涡束内的流动为有旋流动，称为涡核区；涡束外的流动为无旋流动，称为环流区。均匀等速流：流线平行，流速相等。源流：在无限平面上，流体从一点沿径向直线均匀向各方流出，汇流：若流体沿径向直线均匀从各方流入一点，称为汇流。第九章 粘性流体绕过物体的流动边界层：在大雷诺数下紧靠物体表面流速从零急剧增加到与来流速度相同数量级的薄层。 特点：1与物体的特征长度相比，边界层的厚度很小；2边界层沿流体流动方向逐渐增厚，其外边界不与流线重合；3沿壁面法线方向边界层被的速度梯度很大；4在边界内层黏滞力与惯性力属同一数量级；5沿壁面法线方向边界层内各点的压强相等，都等于主流在边界层外边界对应点上 的压强；6边界层内流体的流动也有层流和湍流两种流动状态。位移厚度：被挤入主流，使主流增加了厚度为的一层流体，故称为位移厚度。动量损失厚度：主流减去入流动量便是边界层内因黏性减速而减少的动量，故称为动量损失厚度。边界层分离又称为流动分离，是指原来紧贴壁面流动的边界层脱离壁面的现象。（1）沿曲面的流速先升高后降低，相应压强先降低后升高；（2）边界层内流体微团被粘滞力阻滞，动能损耗，逐渐减速，边界层逐渐增厚，动量逐渐被损耗尽，越来越多被停滞的流体微团在壁面和主流之间堆积；（3）同时压强继续升高使部分流体微团向相反方向流动。造成边界层分离。分离时形成旋涡。边界层是一个薄层，它紧靠物面，沿壁面法线方向存在着很大的速度梯度和旋度的流动区域。粘性应力对边界层的流体来说是阻力，所以随着流体沿物面向后流动，边界层内的流体会逐渐减速，增压。由于流体流动的连续性，边界层会变厚以在同一时间内流过更多的低速流体。因此边界层内存在着正压梯度，流动在正压梯度作用下，会进一步减速，最后整个边界层内的流体的动能都不足以长久的维持流动一直向下游进行，以致在物体表面某处其速度会与势流的速度方向相反，即产生逆流。该逆流会把边界层向势流中排挤，造成边界层突然变厚或分离。边界层分离之后，它将从紧靠物面的地方抬起进入主流，与主流发生参混。结果是整个参混区域的压力趋于一致。物体阻力：阻力是由流体绕过物体流动