《流体力学》复习提纲Ⅰ.doc

流体力学与流体机械(上)复习提纲第一章 流体及其物理性质1流体如何定义？流体为什么具有流动性？流体与固体有何本质区别？液体与气体的特点有何不同？2何谓流体微团和流体质点？把流体作为连续性介质假设有何实际意义？分析该假设的合理性。3理解和熟练掌握流体的密度、重度、比重和比容等重要物性参数的概念，特别需要注意比重和重度的区别，均匀流体和非均匀流体，以及混合流体的密度、重度等物性参数的应如何计算？重度与密度之间的关系，熟练掌握等压条件下气体密度的简化计算式(1-13)。4何谓流体的压缩性和膨胀性？流体压缩性和膨胀性的大小如何度量？流体的体积压缩系数p、体积弹性系数E及体积膨胀系数T的单位是什么？如何用这三个系数的大小来判别流体压缩性的大小？5理解和熟练掌握 理想气体状态方程的形式和物理意义，以及方程中各物理量的单位。6 可压缩流体和不可压缩流体是如何定义的？液体就是不可压缩流体、而气体就是可压缩流体吗？不可压缩流体是真是存在的流体吗？引入不可压缩流体的概念有何实际意义？在什么情况下可以认为流体是不可压缩的？ 7理解和掌握马赫数M的概念及其物理意义，为什么说当M0.3时，流体的可压缩性可以忽略不计？8何谓流体的粘性和粘性力(内摩擦力)？为什么流体会具有粘性？重点掌握流体的粘性是怎样产生的？流体与固体壁面间的粘性和粘性力是如何构成的？流体的内摩擦力与固体壁面间的摩擦力有何区别？它们所遵循的规律相同吗？9深入理解和熟练掌握牛顿内摩擦定律的内容、数学表达式的形式及其物理含义和工程应用。何谓速度梯度？10深入理解和熟练掌握流体的动力粘度和运动粘度的物理本质及含义、二者之间的区别与联系，分析影响流体的粘性的两大主要因素压力和温度对流体的粘性的影响。11处于静止状态或等速运动状态下的流体是没有粘性的吗？何谓流体的粘性切应力？12了解流体粘度的常用测量方法及恩氏粘度的概念，以及恩氏粘度如何转换成运动粘度和动力粘度。13何谓粘性流体？何谓理想流体？理想流体是真是存在的流体吗？把实际流体假设成为理想流体有何实际意义？何谓完全气体？何谓牛顿流体？何谓非牛顿流体？非牛顿流体又可分为哪几类？14何谓表面张力？表面张力是怎样产生的？表面张力的大小如何表示？它的单位是什么？影响表面张力的主要因素有哪些？表面张力所引起的附加法向压力应如何计算？15何谓毛细现象？产生毛细现象的根本原因是什么？毛细现象在工程上会造成什么影响？液体在毛细管内上升或下降的高度应如何计算？第二章 流体静力学1理解和掌握静止与相对静止的概念及区别，理解和掌握惯性参照系与非惯性参照系的概念及区别。2何谓表面力？表面力有哪几种？表面力在工程上通常以何种形式来表示，其单位是什么？表面力是沿着表面连续分布的力还是集中的力？何谓质量力？质量力有哪几种？在工程上质量力通常以何种形式来度量？何谓单位质量力？其单位是什么？深入理解和熟练掌握惯性力是一种什么样的力？3何谓流体的静压力？运动的流体具有静压力吗？流体的静压力具有哪两个基本特性？如何证明这两个基本特性？4深入理解和熟练掌握流体平衡微分方程式的推导过程、方程式的形式(包括全微分方程式的形式)、方程的物理意义和使用条件。5理解和掌握有势质量力及力的势函数的概念，满足什么条件的质量力才是有势的质量力？有势质量力所做的功与路径有关吗？力的势函数与流体静压力之间有何联系？6何谓等压面？等压面有哪几个主要特性？学会利用等压面的特性分析工程问题，熟练掌握等压面微分方程的形式和物理含义，以及该微分方程式的积分。7何谓重力流体？深入理解和熟练掌握流体静力学基本方程(包括水静力学基本方程)的推导过程、方程的形式、物理意义(包括力学意义、能量意义和几何意义)和使用条件。8深入理解和熟练掌握流体的静压、位压，比压力能、比位能、比势能，静压头、位压头、测压管压头的概念，物理意义以及各自的单位。9在工程应用中学会基准面的选取和等压面的确定。10理解和掌握绝对压力、相对压力的概念，正压、负压和零压的概念，真空度和真空高度的概念，以及它们之间的相互关系。11深入理解和熟练掌握大气浮力作用下气体静力学基本方程的推导过程、方程的形式、物理意义和使用条件。注意：该方程中使用的是相对压力。12特别提醒：要深入理解和熟练掌握密闭容器内热气体和冷气体的绝对压力及相对压力沿高度方向的变化规律，并能够做出深入分析。13根据水静力学基本方程，掌握测压管、U型管及斜管微压计等测压计的测量原理和测压方法。14深入理解和熟练掌握匀速直线运动液体、等加速运动液体、等角速度旋转液体在相对平衡时，其液体内部静压力的分布规律、等压面的形状和等压面方程、以及自由液面方程的推导方法和推导过程。注意分析密闭容器内充满液体时的特殊情况。15匀速直线运动液体、等加速运动液体、等角速度旋转液体在相对平衡时，其液体内部静压力在深度方向的分布规律与静止液体中的静压力分布规律有何不同？16静止液体作用在平面上总压力的计算有哪两种方法？何谓面积矩(静面矩)和惯性矩？静力矩定理和面积矩的内容是什么？何谓平行力系求和原理？17如何确定作用在平面上的总压力的大小和方向？如何确定总压力的作用点(压力中心)？熟练常见图形(如矩形、三角形、圆形和椭圆形)的面积A、形心位置yc和惯性矩Ixc计算公式。18何谓静压力分布图？如何用图解法来确定作用在平面上的总压力的大小和方向？简述图解法的适用条件，分析图解法的优缺点。19如何确定静止液体作用在曲面上的总压力的水平分力和垂直分力的大小和方向？总压力的方向和作用点应如何确定？20何谓压力体？何谓实压力体和虚压力体？第三章 流体动力学基础1造成流体流动的原因可分为哪两大方面？何谓自然流动？何谓强制流动。2研究流体运动的方法有哪两种？拉格朗日法和欧拉法各自的着眼点有何不同？用这两种方法来确定流体质点的位置、速度、加速度，以及其它流动参量对时间的变化率等公式有何不同？为什么在工程应用上常用的是欧拉方法而不用拉格朗日方法？3何谓当地加速度(或时变加速度)？何谓迁移加速度(或位变加速度)？在什么情况下流体质点的当地加速度为零？在什么情况下流体质点的迁移加速度为零？在什么情况下流体质点的总加速度为零？4流体质点其它流动参量对时间的总变化率及当地变化率和迁移变化率应如何计算？在什么情况下流动参量的当地变化率为零？在什么情况下流动参量的迁移变化率为零？在什么情况下流动参量对时间的总变化率为零？5何谓流场？何谓稳定流场和非稳定流场？何谓一维流场、二维流场和三维流场？如何区分稳定流场和非稳定流场？如何区分一维流场、二维流场和三维流场？何谓控制体和控制面？控制体的位置、形状和大小随流体的流动以及过程的进行而改变吗？控制面一定要是实际存在的表面吗？6何谓迹线？何谓流线？举例说明。迹线与流线各自具有什么特点？流线具有哪些重要性质？注意流线交点的三个特例驻点、奇点和切点。熟练掌握流线微分方程的形式和含义，注意该方程的积分。7何谓流管和流束？流管和流束具有哪些重要性质？流体能够穿过流管流进流出吗？何谓微元流管和微元流束？何谓有效截面？何谓均匀流和非均匀流？对于均匀流来说，流体质点的迁移加速度为零吗？8熟练掌握流量(体积流量、质量流量和重量流量)的概念、单位及其计算；平均流速的概念，平均流速是一个假想的流速，引入平均流速有何实际意义？9连续性方程是质量守恒定律在流体力学中的应用。深入理解和熟练掌握直角坐标系下可压缩流体稳定流动和不稳定流动的三维连续性方程、不可压缩流体的三维连续性方程的推导过程、方程的形式和物理意义及其适用条件。特别是直角坐标系下不可压缩流体的三维连续性方程的形式、物理意义和适用条件、以及工程应用。10理解和掌握圆柱坐标系下可压缩流体稳定流动和不稳定流动的三维连续性方程、不可压缩流体的三维连续性方程的推导过程、方程的形式和物理意义及适用条件。特别是圆柱坐标系下不可压缩流体的三维连续性方程的形式、物理意义和适用条件及其工程应用。11深入理解和熟练掌握可压缩流体和不可压缩流体一维稳定管流的连续性方程的形式、物理意义和适用条件及其工程应用，特别强调的是不可压缩流体一维稳定管流的连续性方程工程应用。12理想流体的运动微分方程是牛顿第二定律在流体力学上的具体应用。深入理解和熟练掌握直角坐标系下理想流体的运动微分方程、圆柱坐标系下的理想流体运动微分方程和理想流体沿流线流动的运动微分方程的推导过程、方程的形式、物理意义和适用条件及其工程应用。注意压力梯度的概念。13深入理解和熟练掌握理想流体沿流线稳定流动的伯努利方程的推导过程、方程的几种不同形式、方程的物理意义(力学意义、能量意义和几何意义)和适用条件及其工程应用，更重要的是工程应用，需要加强工程训练。14运动流体的静压、位压、动压和总压或全压，运动流体的比压力能、比位能、比动能、比势能和比机械能(单位流体的总机械能)，运动流体的静压头、位压头、动压头、测压管压头和总压头的概念。特别需要注意的是上述各参量的物理意义和单位。15理想流体的伯努利方程体现了流体的机械能守恒和各种能量之间的相互转换关系。在应用伯努利方程解决工程问题时需要注意的问题：基准面的选取问题、方程中压力的取值问题等。16理解和掌握理想流体沿流线非稳定流动的伯努利方程的推导过程、方程的形式、方程的物理意义和适用条件。17理解和掌握沿弯曲流线主法线方向上的流体运动微分方程的推导过程、方程的形式和物理意义，沿弯曲流线主法线方向上流体速度的变化规律，沿弯曲流线主法线方向上流体压力的变化规律，沿弯曲河道主法线方向上流体液位的变化规律。18流体的动量方程是动量守恒定律在流体力学中的具体应用。动量守恒定律有哪两种不同的表述方式？深入理解和熟练掌握流体的动量方程的推导过程、方程的形式、方程的物理意义和适用条件及其工程应用。特别是稳定流动流体的动量方程的应用。稳定流动的动量方程具有什么特点？何谓动量修正系数？其物理意义如何？19流体的动量矩方程是动量矩守恒定律在流体力学中的具体应用。动量矩守恒定律如何表述？动量矩方程的推导过程、方程的形式、方程的物理意义和适用条件，特别是稳定流动流体的动量矩方程。20在应用动量方程解决工程问题时应当注意那些问题？第四章 流体的有旋流动和无旋流动1流体微团的运动可以分解为哪几种简单的运动？流体微团的旋转角速度和涡量应如何计算？何谓流体的无旋流动和有旋流动？判断流体微团是否有旋取决于流体微团的运动轨迹吗？何谓线变形运动？线变形速度和体积变形率(体积膨胀率)应如何计算？何谓角变形运动？角变形速度如何计算？2何谓涡量场？何谓涡线、涡管、涡束和涡旋截面？理解和掌握涡线微分方程形式、意义及应用。何谓旋涡强度(涡通量)？何谓速度环量？理解和掌握斯托克斯定理的内容、物理意义及工程应用。理解和熟练掌握有旋流动的运动学性质(亥姆霍兹定理)和推论。3注意区别：涡量场与速度场、涡线与流线、涡管与流管、涡束与流束、涡旋截面与过流截面、涡线微分方程与流线微分方程、旋涡强度(涡通量)与流量，这些形式上相类似的参量的意义。4何谓平面流动？什么是流函数？流函数存在的充分和必要条件是什么？流函数与速度分量之间存在着什么关系？5深入理解和熟练掌握流函数的几个重要性质的内容及工程应用。什么样的函数为调和函数？6何谓有势流动(势流)？何为速度位势和速度势函数？速度势函数存在的条件是什么？速度势函数与速度分量之间存在着何种关系？7速度势函数的性质有哪些？应熟练掌握速度势函数函数的几个重要性质的内容及工程应用。何谓共轭调和函数？8何为流网？如何根据流网定性地得出流场中各点的速度分布和压力分布？9何谓均匀直线流？理解和掌握均匀直线流的流场结构、流线和等势线的形状、流线方程和等势线方程、速度分布和压力分布规律、流函数和速度势函数的形式等。10何谓源流和汇流？何谓点源和点汇？何谓源流强度和汇流强度？源流强度和汇流强度的单位是什么？点源和点汇在现实生活和工程实际中存在吗？理解和掌握源流和汇流的流场结构、流线和等势线的形状、流线方程和等势线方程、速度分布和压力分布规律、流函数和速度势函数的形式等。11何谓涡流和点涡？点涡(自由涡)在现实生活和工程实际中存在吗？理解和掌握涡流和点涡的流场结构、流线和等势线的形状、流线方程和等势线方程、速度分布和压力分布规律、流函数和速度势函数的形式等。注意区别：涡核区内的流函数与势流区的流函数是不同的；涡核区内的压力分布规律与势流区的压力分布规律是不同的。同时需要注意，涡核内、外的压力降是相等的，都等于以涡核边缘的速度计算的动压。12理解和掌握有势流动的叠加原理和叠加方法。有势流动的叠加有何实用意义？13何谓螺旋流？螺旋流是由哪几种简单的有势流动叠加而成？螺旋流在工程上有何实用价值？理解和掌握螺旋流的流场结构、流线和等势线的形状、流线方程和等势线方程、速度分布和压力分布规律、流函数和速度势函数的形式等。14何谓偶极流？偶极流是由哪几种简单的有势流动叠加而成？偶极流是由同强度的点源和点汇简单叠加的结果吗？何谓偶极矩(偶极强度)？其单位为何？理解和掌握偶极流的流场结构、流线和等势线的形状、流线方程和等势线方程、速度分布和压力分布规律、流函数和速度势函数的形式等。 15均匀直线流绕圆柱体无环量的平面流动是由均匀直线流和偶极流叠加而成的组合平面流动吗？理解和掌握均匀直线流绕圆柱体无环量的平面流动的流场结构、流线和等势线的形状、流线方程和等势线方程、速度分布和压力分布规律、流函数和速度势函数的形式等。16何谓零值流线？理解和掌握均匀直线流绕圆柱体无环量的平面流动圆柱面上各点的速度分布和压力分布，无因次压力系数的概念？作用在圆柱体上的阻力和升力的计算。注意：当理想流体的均匀直线流无环量地绕流圆柱体时，作用在圆柱体上的阻力和升力均为零。第五章 粘性流体的流动阻力与管路计算1何谓层流？何谓紊流？不同的流动状态对流体的流动阻力、传热及传质等现象有何不同影响？何谓上临界速度？何谓下临界速度？何谓雷诺数？上临界雷诺数和下临界雷诺数如何确定？上临界雷诺数有实用意义吗？如何判别流体的流动状态？2一定流量的流体通过固定的管道时，克服阻力所消耗的能量是压力能还是动能或位能？何谓压头损失？何谓压力损失？何谓比能损失？它们的单位是什么？何谓总流？何谓缓变流和急变流？ 缓变流具有哪些特性？何谓动能修正系数？说明其物理意义。对于圆管内的层流流动，其动能修正系数=？3深入理解和熟练掌握粘性流体总流的伯努利方程和粘性流体总流相对于大气的伯努利方程的几种不同形式、各项的物理意义、方程的使用条件及其工程应用。更重要的是工程应用。4何谓沿程阻力(或摩擦阻力)？何谓沿程损失(或摩擦损失)？沿程阻力或沿程损失是怎样产生的？在层流状态和紊流状态下，造成沿程阻力或沿程损失的原因是相同的吗？分析之。牢记计算沿程阻力的达希威斯巴赫公式。分析影响沿程阻力系数或摩擦阻力系数的因素。5何谓局部阻力？何谓局部损失？局部阻力或局部损失是怎样产生的？局部损失中也包含由于摩擦而引起的损失吗？牢记计算局部阻力的经验公式。分析影响局部阻力系数的因素。6何谓附面层或边界层？何谓管内流动的起始段和充分发展段？何谓压力坡度或比摩阻？其单位为何?何谓水力坡度？它是无因次量还是有因次量？7粘性流体在圆管中作层流流动时，其切应力的大小与半径的几次方成正比？其速度分布规律为旋转抛物面吗？熟记管轴线上的最大速度及管截面上的平均速度的计算式和计算流量的哈根泊肃叶公式。8注意：粘性流体在圆管中层流流动时，管截面上的平均速度仅等于轴心最大速度的一半，其流量与管径的四次方成正比；圆管层流流动沿程阻力系数=64/Re；圆管内层流流动的沿程阻力与平均流速的一次方成正比；沿程阻力系数仅与雷诺数Re有关，而与管壁的粗糙度无关；其动能修正系数2，动量修正系数4/3。9何谓紊流流动的时均值与脉动值？紊流流动的瞬时值与时均值和脉动值之间的关系如何？时均速度与截面上的平均速度是相同的吗？何谓稳定紊流和非稳定紊流？何谓紊流强度或紊流度？10何谓紊流附加切应力？紊流附加切应力是如何产生的？紊流附加切应力应当如何理解？粘性摩擦应力与紊流附加切应力两者有着何种本质区别？10普朗特混合长度理论的核心内容是什么？何谓涡动粘性系数？涡动粘性系数是流体的物性参数吗？在什么情况下，流体的粘性摩擦应力与紊流附加切应力相比可以忽略不计？11何谓层流底层？它对紊流流动的阻力、传热和传质等现象有何重要的影响？影响层流底层厚度的因素主要有哪两方面？何谓紊流过渡区和紊流核心？为什么说在工程实际中，强紊流流动可按理想流体处理？12何谓水力光滑？何谓水力粗糙？何谓“完全粗糙”？ 何谓绝对粗糙度和相对粗糙度及相对光滑度？何谓切应力当量速度？圆管内紊流(包括水力光滑管和水力粗糙管)速度分布的对数分布规律如何？ 13圆管内紊流速度分布的指数分布规律如何？ 管截面上的平均流速与管中心最大速度间的关系式为何？14在尼古拉兹实验曲线中和莫迪曲线中，分别将流动分成哪几个区域？各流动区域的分界线如何确定？各流动区域内的沿程阻力系数的影响因素相同吗？各流动区域内的沿程阻力系数应如何计算？在各流动区域中沿程阻力与平均速度的几次方成正比？熟记布拉修斯公式(552)、阿尔特索里公式(557)和尼古拉兹公式(560)。15何谓润湿周长(湿周)？何谓水力半径？水力半径与管道的半径相等吗？何谓当量直径？当量直径等于水力半径的两倍吗？非圆截面管道的雷诺数和沿程阻力应如何计算？在应用当量直径对矩形截面管道和圆环形截面管道的沿程阻力进行计算时应当注意哪些问题？16分析影响局部阻力系数K的原因。掌握管道截面突然扩大时局部阻力产生的原因及局部阻力系数和局部阻力的计算；注意锐缘的管道出口的局部阻力系数K=1。掌握管道截面突然收缩时局部阻力产生的原因及局部阻力系数和局部阻力的计算；注意锐缘的管道入口的局部阻力系数K=0.5。掌握流体流过弯管时的局部阻力产生的原因及计算。注意：对于复杂管件的局部阻力系数都是与其相应的计算速度相关联的，不能随便混用。17熟记管道截面突然扩大时的局部阻力理论计算公式：。18注意薄壁孔口和厚壁孔口的区别。理解和掌握孔口截面的缩流系数(收缩系数)、速度系数和流量系数的概念及其物理意义。为什么在相同条件下(A和H分别相同)，圆柱形外管嘴(=0.82)的流量比圆小孔口(=0.62)的流量要大？需要熟记经过圆小孔口稳定流出和经过管嘴稳定流出的速度和流量计算公式(5-85)-(5-87)，以及工业炉门逸气量和吸气量的计算公式(5-93)和(5-94)。19管路计算的目的是什么？管路计算的主要内容有哪些？工程中所遇到的管路计算问题可分为哪三类？何谓长管和短管？何谓管路阻抗？注意SH和SP的区别。20熟练掌握简单管路、串联管路、并联管路、分支管路、均匀泄流管路以及环状管网的流量和压头损失计算原则、方法和计算公式。21并联管路的重要性质：并联管路各条支路中流体的压头损失都相等。但应注意：并联管路各条支路中流体的压头损失相等，是指各条支路的单位重量流体的机械能损失相等，但由于各条支路的流量并不一定相等，所以各条支路中全部流体的总机械能损失并不一定相等。22对于均匀泄流管路，比较式(5-117)和(5-99)，你会得出什么样的结论？第六章 流体绕物体的流动1.理解和掌握粘性流体运动微分方程的推导过程和方法，以及切向应力和法向应力的计算。理解和掌握粘性切应力的大小与流体微团角变形速度间的关系、附加法向应力的大小与流体微团线变形速率之间的关系。2理解和熟练掌握纳维斯托克斯方程的物理意义和使用条件。注意：作用在流体微元六面体上的表面应力有十八个分力，但独立的分力只有六个。3.何谓绕流运动？什么是附面层？附面层的厚度如何定义？附面层有哪些重要的基本特征？层流附面层、紊流附面层和混合附面层如何定义？判别层流附面层和紊流附面层的准则是什么？4当粘性流体绕物体流动时，为什么要将整个绕流流场划分为附面层区、尾涡区和外部势流区？对平板而言，层流转变为紊流的临界雷诺数是多少？工程上常取 Rexc=？5了解层流附面层微分方程的简化方法和过程以及层流附面层微分方程的使用条件。注意：附面层的计算主要解决的是附面层厚度沿界面的变化、流体压力分布和流动阻力的计算