复习提纲(12土木、12船舶)

1、流体力学复习提纲第1章绪论§ 1.2作用在流体上的力一、作用在流体上的力一一力的类型及判别二、各类力的单位§ 1.3流体的主要物理性质一. 和流体运动有关的主要物理性质：惯性、黏性和压缩性；二. 和惯性、黏性和压缩性相关的参数（量度） ：惯性一一质量黏性一一黏度，动力黏度和运动黏度，两个黏度的单位及相互间的关系；液体、气体的黏度随温度的变化规律可压缩性和热膨胀性一一压缩系数、热膨胀系数、体积弹性模量三三个力学模型：连续介质模型、不可压缩流体模型、理想流体模型四牛顿流体和非牛顿流体的概念及牛顿内摩擦定律一一文字表述、数学表达式及其使用第2章流体静力学§ 2.1静止流

2、体中应力的特性（二个特性）§ 2.2流体平衡微分方程（欧拉平衡微分方程）一、方程的形式、物理意义及适用条件二. 流体静止的必要条件一一质量力有势（质量力为有势力或保守力）三等压面、等压面的性质及使用、正压流体的概念§ 2.3重力场中流体静压强的分布规律一液体静力学基本方程（液体静压强分布规律）一一方程形式、方程所表示的物理意义 液体静力学基本方程的三个推论（包括帕斯卡原理）及使用二气体压强的分布：一般情况下，按常密度计算：p二C三压强的度量1. 绝对压强pabs、相对压强p （表压）、真空度pv、当地大气压Pa及相互关系2开口容器液面下某点的相对压强的计算：P = -gh四

3、.有关水头的名称及物理意义2位置高度或位置水头 Z；测压管高度或压强水头 卫（ = hp）; 速度水头 g2 g测压管水头Hp二；真空高度 必 皿=应（二忖）fgg 8静水压力§ 2.5静止液体作用在平面上的总压力一. 分析法1 总压力的大小：P = phcA二PcA2总压力的方向：沿受压面的内法线方向。3. 总压力的作用点（压力中心）：yD和Xd的计算。4 使用实例：水对闸门等的作用力及相关量的计算二. 图算法1 .压强分布图及绘制2 利用压强分布图计算总压力§ 2.6液体作用在曲面上的总压力一. 作用在二向曲面上的总压力水平分力：Px=ghcAx二PcAx;垂直分力：P

4、z二'gV（其中，V为压力体体积）PP总作用力的方向：tan ' - - arc ta门二，二为总压力作用线和水平面夹角Px巳二. 压力体的概念及压力体的界定：实压力体、虚压力体、压力体叠加；压力体体积的计算三. 液体作用在潜体和浮体上的总压力第3章流体运动学§ 3.1流体运动的描述一. 描述流体运动的两种方法 拉格朗日法和欧拉法（特点、优缺点）二. 欧拉法1 流场的概念2. 速度场及流体质点的加速度：表达式（矢量形式、分量形式）；当地加速度（时变加速度）和迁移加速度（位变加速度）3. 质点的任意物理量 A的随体导数（质点导数）：时变导数和位变导数§ 3.2

5、欧拉法的基本概念一. 流动的分类及各类流动的相应定义、特征恒定流（定常）和非恒定流； 一维、二维、三维流动；均匀流和非均匀流； 有旋流动和无旋流动; 急变流和渐变流二. 流线1. 流线的概念和性质；2.流线方程及求解，画流线图三. 迹线1. 迹线的概念；2.迹线方程及求解四. 特例：定常流动的流线和迹线的特点及相互关系五. 流量（体积流量、质量流量）及计算；断面平均流速§ 3.3连续性方程一. 连续性微分方程的一般形式及特殊条件下的简化，能利用连续性方程判别流动能否出现流体总流的连续性方程（要求能使用）第4章流体动力学基础§ 4.1流体的运动微分方程一无黏性流体运动微分方程

6、一一欧拉运动微分方程1 方程的表达式：分量形式、向量式、展开式2、方程的物理意义：无黏性流体运动时，质量力、表面力（压力）和惯性力相平衡二. 黏性流体运动微分方程N-S方程1. 表达式：向量式、（分量形式、展开式）2. 物理意义：黏性流体运动时，质量力、表面力（压力、黏性力）和惯性力相平衡三. 渐变流过流断面上动压强的分布规律（和静压强分布规律相同）§ 4.2§ 4.4 伯努利方程*一. 无黏性流体元流的伯努利积分及适用条件二. 无黏性流体元流的伯努利方程1. 方程形式及适用条件、方程的物理意义和几何意义2. 水头线及绘制三. 黏性流体元流的伯努利方程方程形式及适用条件、方

7、程的物理意义和几何意义。四. 黏性流体恒定总流的伯努利方程*1. 渐变流及其性质2. 方程形式及适用条件，方程的物理意义和几何意义3. 黏性流体恒定总流的总水头线、测压管水头线及沿途变化规律；水力坡度和测压管水头线坡度 的定义及意义五. 以相对压强计算时气体的伯努利方程六. 有能量输入或输出的伯努利方程一一应考虑输入、输入的能量项_ Hm七. 毕托管和流量计：作用、工作原理附：利用伯努利方程求解实际问题的步骤：1 .根据问题特征，确定方程的基本形式（流动方向未知时，可先假定）；2. 选取基准面、计算断面、计算点基准面：尽量使问题简单。一般，使一个断面的z值为零，另一断面的 z为正值；计算断面：

8、应是渐变流断面，并使一个断面的已知量最多，另一断面含待求量；计算点：一般取计算断面中心或自由液面处。3. 确定各计算点的流动参数；4. 将各已知量代入方程，求出未知量。5. 注意问题：使用伯努利方程求解实际问题时，应将基准面、计算断面等的选取交代清楚，并写出分析计 算过程；所求解的量应有计算式及数据代入过程，最后写出计算结果，并标明相应的单位；如需 对计算结果进行“四舍五入”处理的，应保留不少于3位的有效数字八. 流体流动方向的判别§ 4.5恒定总流的动量方程*.方程的表达式：矢量式、投影式二方程的物理意义及使用条件三. 能使用动量方程求解实际问题（如：求流体对闸门、水坝、弯管、挡水

9、板、沟坎等的作用力）附：使用动量方程解题的步骤 ：1. 取控制体：根据题意，选取合适的过流断面，并将两过流断面间的水体作为控制体；2. 选取合适的坐标系3. 作简图，进行受力分析：分析控制体的受力情况，并在控制体上标出全部作用力的方向，并按 坐标轴方向投影。控制体所受的作用力包括：（1）相邻水流作用于两端渐变流断面上的动水总压力（用相对压强）;（2）固壁边界对控制体内水体上的作用力；（3）作用于控制体内水体上的重力（水平问题可不考虑重力的影响）4. 标出各两过流断面的流速方向，并按坐标轴方向投影；5. 列动量方程，求解未知量§ 4.6无黏性流体的无旋流动一. 有旋流动和无旋流动的概念

10、；二. 无黏性流体无旋流动的伯努利方程及物理意义三. 速度势函数：速度势函数存在的充分必要条件，速度势函数的性质和求解；四. 平面流动和流函数：流函数存在的充分必要条件，流函数主要性质和求解第6章流动阻力和水头损失§ 6.1流动阻力和水头损失的分类一. 水头损失的分类及成因：沿程阻力和沿程水头损失 hf、局部阻力和局部水头损失 hj、总水头损失hw = h f h二. 水头损失的计算公式l21. 圆管沿程水头损失 一一达西公式：hf二，d 2g22. 局部程水头损失：h -2g§ 6.2黏性流体的两种流态一.两种流态层流和紊流、层流和紊流流动中沿程损失和流速的关系 二.雷诺

11、数及流态判别1.雷诺数及其物理意义= 2300圆管流雷诺数：Re 二也二惯性力；圆管流（下）临界雷诺数：Re。= 一=虫V V 黏性力卩 V2 .当量直径和水力半径的定义及计算4A用当量直径de代替管子内径d计算雷诺数，Rec =2300 ；A用水力半径R=-代替管子内径d计算雷诺数，并取 Rec,R=575§ 6.3沿程水头损失和剪应力的关系一均匀流动方程式 一一反映沿程水头损失和剪应力的关系 二圆管过流断面上剪应力分布规律（如右图）§ 6.4圆管中的层流流动一. 流动特征及剪应力分布规律二. 流速分布1 .过流断面上流速分布（抛物线分布）Q 12 .平均流速：VUmax

12、A 2三.沿程水头损失的计算:64 , hfRe2 264 l vl v=扎Re d 2gd 2g§ 6.5紊流运动一. 紊流的主要特征：不规则性和有涡性。二. 分析处理方法一一时均化（几种速度：瞬时速度、时均速度、涨落速度、断面平均速度）三. 过流断面上进均流速分布（对数分布或指数分布）四. 黏性底层的概念及无滑移（黏附）条件 § 6.6紊流的沿程水头损失l2一. 沿程水头损失计算公式一一达西公式：hf = d 2g二. 尼古拉兹实验：阻力分区情况及各阻力区沿程阻力系数的变化规律（掌握各阻力区和Re、ks/d及流速的关系）.非圆管的沿程损失：用当量直径de代替d，仍可使用

13、圆管的相应公式计算。§ 6.7局部水头损失2一. 计算公式：h jJ 2g二. 几种典型的局部水头损失系数：管道入口、出口（记住具体数值）；突然扩大、突然缩小、弯管 多数局部阻碍的阻力系数均由实验测定三. 注意：局部阻碍前后流道截面积发生变化时，应注意和v的对应 § 6.8边界层概念和绕流阻力一.边界层概念1.平板边界层（边界层的名义厚度：y二、处，u =0.99U 0）（1）平板上部流场的分区：主流区和边界层区（注意主流区和边界层区的区别）;（2）沿流动方向，边界层厚度的变化规律；=3 105沿流动方向，边界层内流态的变化规律；平板绕流的临界雷诺数为Rexc3 106，一

14、般工程计算中可取 Rexc =匕空 =5 105v2管道进口段的边界层：入口段和定型段（充分发展段）3曲面边界层（以绕无限长圆柱体为例）（1）曲面边界层的分离现象（2）绕流阻力和压差阻力；工程设计中减小绕流阻力的方法：将物体外形设计成流线型。（3）卡门涡街及其危害pu2（4）绕流阻力的计算：D二Cd 2 A第7章孔口、管嘴出流和有压管流§ 7.1孔口出流一概说1.孔口出流及类型：恒定出流、变水头出流；自由出流、淹没出流；2 孔口出流的水头损失特征：沿流动方向的边界长度很短，水头损失只局部损失二薄壁小孔恒定出流1 自由出流和淹没出流（注意两者作用水头的差别）2 收缩断面流速及孔口的流量

15、的计算；收缩系数、速度系数和流量系数及相互关系三柱形容器孔口的变水头出流（放水时间的计算）§ 7.2管嘴出流一、概说：管嘴出流及管嘴出流的水头损失的特征二、圆柱形外管嘴恒定出流1 基本计算公式：管嘴出口流速及管嘴流量的计算公式2 .孔口自由出流和管嘴自由出流的过流能力比较流量倍数、管嘴出流的过流能力大于孔口自由出流的原因3 .收缩断面的真空4 圆柱形外管嘴的正常工作条件：真空度要求、管嘴长度要求§ 7.3短管的水力计算工程中有压管流的分类：短管和长管（注意两者的特征）一. 短管自由出流（水箱水位恒定）：w :、0作用水头、水头损失，流速、流量、流量系数的计算（公式详见教材）

16、二. 短管淹没出流：v1 : v2 : 0作用水头、水头损失，流速、流量、流量系数的计算（公式详见教材），流量比较三短管水力计算方法：通过建立伯努利方程求解（考虑各项沿程损失和局部损失）；或直接利用相应基本公式求解 § 7.4长管的水力计算长管：水头损失以沿程损失为主，不计局部水头损失和流速水头。二.长管计算类型简单管路一一沿程直径不变，流量也不变的管道2 _l V8 九222水头损失：H = hf2 51Q - alQ = SQ ,d 2ggir2d58Z比阻和阻抗：比阻a ，阻抗S = alg兀d水头损失特征：长管的全部作用水头都消耗于沿程水头损失，总水头线是连续下降的直线, 并

17、和测压管水头线重合。串联管道一一由直径不同的管段顺序连接起来的管道 相关规律(1)节点流量平衡式：Qi =qi Qi i水头损失规律：串联管道的总水头损失等于各管段水头损失之和。 关键之一：每一管段流量的计算(2)特例：节点无流量分出时,nQ"i = Q2二=Q; S = ' Si，即流量相等、阻抗相加并联管道一一在两节点之间并接两根以上管段的管道 相关规律(1)节点流量平衡式；水头损失规律(并联管道各管段的水头损失相等)(2)特例：A、B节点无流量分出时，有:nQ =7 Qi (流量相加)i 1并联管路的流量分配规律:11J 1；=+ ,+=艺一=SS2i 吕.Si1 1

18、1Q1.Q2.Q3:S1 S2S3沿程均匀泄流管道(1)沿程均匀泄流管道的水力计算一一将沿途泄流量折算成通过流量来计算管道的沿程水头损失(2)计算公式：整个泄流管段的水头损失：hal(Qz QzQt Qt2)3 近似式：hf k alQ'，其中：Q Qz 0.55Q特 例：管段无通过流量，只有泄流量，hfalQt23三、阻力变化对管内流动的影响情况分析 § 7.5有压管道中的水击一一为非恒定流问题水击现象；水击发生的原因及水击的危害；水击的类型(直接、间接)；防止水击危害的措施课后选择题参考答案1.1 d;1.2 c;1.3 d;1.4 b;1.5 b;1.6 a;1.7 c; 1.8 a2.1 a;2.2 c;2.3 b;2.4 c;2.5 c;2.6 c;2.7 b; 2.8 b; 2.9 c; 2.10 a; 2.11 b3.1 d;3.