湖南大学流体力学

PAGEPAGE1湖南大学流体力学第一篇：湖南大学流体力学1.如图2-16所示测量装置，活塞直径d=35㎜，油的相对密度dHg油=0.92，水银的相对密度d=13.6，活塞与缸壁无泄漏和摩擦。当活塞重为15Ｎ时，h=700㎜，试计算Ｕ形管测压计的液面高差Δh值。2.如图2-17所示为双杯双液微压计，杯内和Ｕ形管内分别装有密度ρ1=lOOOkg/m3和密度ρ2=13600kg/m3的两种不同液体，大截面杯的直径Ｄ＝100mm，Ｕ形管的直径d=10mm，测得h=30mm，计算两杯内的压强差为多少?3.已知密闭水箱中的液面高度h4=60mm，测压管中的液面高度h1=100cm，Ｕ形管中右端工作介质高度，如图2-19所示。试求Ｕ形管中左端工作介质高度h3为多少？4.图2-22表示一个两边都承受水压的矩形水闸，如果两边的水深分别为h1=2m，h2=4m，试求每米宽度水闸上所承受的净总压力及其作用点的位置。二．1、在重力作用下静止液体中，等压面水平面的条件是（）A同一种液体B相互连通C不连通D同一种液体，相互连通。2、金属压力表的读值是（）：A绝对压强；B相对压强；C绝对压强加当地大气压；D相对压强加当地大气压。3、某点的真空压强为65000Pa，当地大气压为0.1MPa，该点的绝对压强为：（）A65000Pa；B55000Pa；C35000Pa；D165000Pa;4、静止流场中的压强分布规律()A仅适用于不可压缩流体；B仅适用于理想流体；C仅适用于粘性流体；D既适用于理想流体，也适用于粘性流第二篇：湖南大学流体力学动量定理和伯努利方程动量定理和伯努利方程1输油管上水平90º转弯处，设固定支座。所输油品相对密度为0.8，管径300mm，通过流量100L/s断面1处压力2.23大气压，断面2处压力2.11大气压。求支座受压力大小和方向？解：Q＝100L/s＝0.1m3/s＝AV1＝AV23.140.32A0.07065m24Q0.14V1V21.4154m/s2A3.140.3p12.23at2.1854105Pap22.11at2.067810Pa5x方向动量方程：p1ARxQ0V1Rxp1AQV12.18541050.070650.810000.11.415415553.083Ny方向动量方程：Ryp2AQV20Ryp2AQV22.06781050.070650.810000.11.415414722.239N2RRxRy15553.083214722.239221415.945N2arctgRyRx43.43消防队员利用消火唧筒熄灭火焰，消火唧筒口径d＝1cm，水龙带端部口径D＝5cm，从消火唧筒射出的流速V＝20XXs，求消防队员用手握住消火唧筒所需的力R（设唧筒水头损失为1m水柱）？解：20XX.140.012QV2A21.57103m3/s4d1V1V220XX.8m/sD25对1－1、2－2列伯努利方程：2p1V12V22hw2g2g20XX0.82V22V12p1Pa2ghw980029.8120XX803.140.052P1p1A120XX80411.1045N4动量方程：RPV2V11QR10001.5710(20XX.8)411.1045381N消防队员所需力为381N，方向向左。3第三篇：流体力学课件流体力学是力学的一个分支，主要研究在各种力的作用下，流体本身的静止状态和运动状态以及流体和固体界壁间有相对运动时的相互作用和流动规律。下面小编给大家带来流体力学课件，欢迎大家阅读。流体力学课件一、流体的基本特征1.物质的三态在地球上，物质存在的主要形式有：固体、液体和气体。流体和固体的区别:从力学分析的意义上看，在于它们对外力抵抗的能力不同。固体：既能承受压力，也能承受拉力与抵抗拉伸变形。流体：只能承受压力，一般不能承受拉力与抵抗拉伸变形。液体和气体的区别：气体易于压缩;而液体难于压缩;液体有一定的体积，存在一个自由液面;气体能充满任意形状的容器，无一定的体积，不存在自由液面。液体和气体的共同点：两者均具有易流动性，即在任何微小切应力作用下都会发生变形或流动，故二者统称为流体。2.流体的连续介质模型微观：流体是由大量做无规则运动的分子组成的，分子之间存在空隙，但在标准状况下，1cm3液体中含有3.3×1022个左右的分子，相邻分子间的距离约为3.1×10-8cm。1cm3气体中含有2.7×1019个左右的分子，相邻分子间的距离约为3.2×10-7cm。宏观：考虑宏观特性，在流动空间和时间上所采用的一切特征尺度和特征时间都比分子距离和分子碰撞时间大得多。(1)概念连续介质(continuum/continuousmedium)：质点连续充满所占空间的流体或固体。连续介质模型(continuumcontinuousmediummodel)：把流体视为没有间隙地充满它所占据的整个空间的一种连续介质，且其所有的物理量都是空间坐标和时间的连续函数的一种假设模型：u=u(t,x,y,z)。(2)优点排除了分子运动的复杂性。物理量作为时空连续函数，则可以利用连续函数这一数学工具来研究问题。3.流体的分类(1)根据流体受压体积缩小的性质，流体可分为：可压缩流体(compressibleflow)：流体密度随压强变化不能忽略的流体。不可压缩流体(incompressibleflow)：流体密度随压强变化很小，流体的密度可视为常数的流体。注：(a)严格地说，不存在完全不可压缩的流体。(b)一般情况下的液体都可视为不可压缩流体(发生水击时除外)。(c)对于气体，当所受压强变化相对较小时，可视为不可压缩流体。(d)管路中压降较大时，应作为可压缩流体。(2)根据流体是否具有粘性，可分为：实际流体：指具有粘度的流体，在运动时具有抵抗剪切变形的能力。理想流体：是指既无粘性又完全不可压缩流体，在运动时也不能抵抗剪切变形。二、惯性一切物质都具有质量，流体也不例外。质量是物质的基本属性之一，是物体惯性大小的量度，质量越大，惯性也越大。单位体积流体的质量称为密度(density)，单位：kg/m3。三、压缩性1.压缩性流体的可压缩性(compressibility)：作用在流体上的压力变化可引起流体的体积变化或密度变化，这一现象称为流体的可压缩性。压缩性可用体积压缩率k来量度。2.体积压缩率k体积压缩率k(coefficientofvolumecompressibility)：流体体积的相对缩小值与压强增值之比，即当压强增大一个单位值时，流体体积的相对减小值。3.体积模量K流体的压缩性在工程上往往用体积模量来表示。体积模量K(bulkmodulusofelasticity)是体积压缩率的倒数。k与K随温度和压强而变化，但变化甚微。说明：a.K越大，越不易被压缩，当K时，表示该流体绝对不可压缩。b.流体的种类不同，其k和K值不同。c.同一种流体的k和K值随温度、压强的变化而变化。d.在一定温度和中等压强下，水的体积模量变化不大一般工程设计中，水的K=2×109Pa，说明Dp=1个大气压时。Dp不大的条件下，水的压缩性可忽略，相应的水的密度可视为常数。四、粘度1.粘性粘性：即在运动的状态下，流体所产生的抵抗剪切变形的性质。2.粘度(1)定义流体的粘度：粘性大小由粘度来量度。流体的粘度是由流动流体的内聚力和分子的动量交换所引起的。(2)分类动力粘度：又称绝对粘度、动力粘性系数、粘度，是反映流体粘滞性大小的系数，单位：N"s/m2。运动粘度ν：又称相对粘度、运动粘性系数。(3)粘度的影响因素流体粘度的数值随流体种类不同而不同，并随压强、温度变化而变化。1)流体种类。一般地，相同条件下，液体的粘度大于气体的粘度。2)压强。对常见的流体，如水、气体等，m值随压强的变化不大，一般可忽略不计。3)温度。是影响粘度的主要因素。当温度升高时，液体的粘度减小，气体的粘度增加。a.液体：内聚力是产生粘度的主要因素，当温度升高，分子间距离增大，吸引力减小，因而使剪切变形速度所产生的切应力减小，所以m值减小。b.气体：气体分子间距离大，内聚力很小，所以粘度主要是由气体分子运动动量交换的结果所引起的。温度升高，分子运动加快，动量交换频繁，所以粘度增加。3.牛顿内摩擦定律a.牛顿内摩擦定律：液体运动时，相邻液层间所产生的切应力与剪切变形的速率成正比。说明：1)流体的切应力与剪切变形速率，或角变形率成正比。——区别于固体的重要特性:固体的切应力与角变形的大小成正比。2)流体的切应力与动力粘度m成正比。3)对于平衡流体du/dy=0，对于理想流体m=0，所以均不产生切应力，即t=0。b.牛顿平板实验与内摩擦定律2.牛顿流体、非牛顿流体牛顿流体(newtonianfluids)：是指任一点上的剪应力都同剪切变形速率呈线性函数关系的流体，即遵循牛顿内摩擦定律的流体称为牛顿流体。非牛顿流体：不符合上述条件的均称为非牛顿流体第四篇：(流体力学定义)流体力学定义：研究流体的平衡及运动规律流体与固体之间的相互作用规律以及流体的机械运动与其它形式的运动之间的相互作用规律的一门科学流体特征：流体具有受到任何微小剪切力都能产生连续形变的特征即流体的流动性不能抵抗拉力和切向力但能承受压力流体连续介质模型：流体由流体质点组成流体质点充满所占空间流体质点之间无任何间隙存在流体质点是微观上充分大宏观上充分小的分子团流体的压缩性：在一定温度下作用在流体上的压强增高时流体的体积将减小这种特性称为流体的压缩性不可压缩流动与不可压缩流体：流体的压缩性及相应的体积弹性模量是随流体的种类温度和压力而变化的当压缩性对所研究的流动影响不大可以忽略不计时这种流动称为不可压缩流动反之称为可压缩流动流体的膨胀性：在压强一定的条件下随着流体温度升高其体积增大的性质称为流体的膨胀性流体的粘性：粘性是指流体微团发生相对运动时产生切向做功的性质是流体发生机械能损失的根据温度对粘性的影响：液体随温度的升高液体的粘度减小气体：随温度的升高气体的粘性增加实际流体与理想流体：实际流体具有粘性因此在流体流动时都产生粘性力忽略粘性或假定没有粘性的流体称为理想流体作用在流体上的力：1表面力包括压力切向力2质量力静力学：研究流体在静止状态下的平衡条件及其内部的压力分布规律。静止流体的压强特征：1流体静压强方向沿着作用内面法线方向，即垂直指向作用面。2静止流体中任意一点的静压强与作用面方位无关，即在静止流体中的任意点上，受到来自各个方向的静压强大小均相等。压强的表示方法：绝对压强相对压强真空压强静力学基本方程的几何意义：z位置水头p/ρg压强水头，z+p/ρg总水头。静力学基本方程的物理意义：位置水头z表示单位重量的流体从某一基准面算起所有的位置势能。简称比位能。压强水头p/pg表示单位重量流体从压强大为大气压强算起所具有的压强势能简称比压能静止流体作用在壁面上的力总压力：静止流体作用在任意形状面上的总压力大小等于平面形心处的压强乘以该平面的面积。静止流体作用在曲面上的总压力的大小和方向：水平方向：水平方向投影面上所受的力。垂直方向：压力体的液重。压力体：由液体的自由表面（或其延伸面）承受压力的曲面和由该曲面的边线向上垂直引伸到自由液面（或其延伸面）的各个表面所围成的体积。它是为求静止流体作用在曲面上的力的垂直分量拉格朗日法：着眼于流体质点本身的运动情况，考察流体质点运动的全过程，所以又称跟踪法。欧拉法：着眼于流场的某个固定位置观察不同流体质点流经该位置时的参数变化情况。又称站岗法。迹线：同一流体质点在一段时间内的运动轨迹线称为迹线。流线：某一瞬时，在流场中画出由不同流体质点组成的空间曲线，该曲线上任一点的切线方向与流体在该点的速度方向一致，这条曲线即为流线。流管：在流场中任取一条不是流线的封闭曲线L过曲线上各点做流线，由这些流线围成的一个管状曲面称为流管。流束：流管内全部流体的总和，称为流束。有效断面：在流束或总流中，与所有流线相互垂直的断面称为有效断面。湿周水力半径缓变流和急变流：缓变流是指流场中流线之间夹角较小和流线曲率半径比较大的流动。不同时具备上面两个条件的流动称为急变流流函数的性质：1等流函数线为流线2平面流动中任意两条流线间的流函数差值等于两条流线间的单宽流量层流流体呈层状流,层与层之间不相掺混湍流流体质点边撞击边掺混边流动边界层（附面层）：流体固壁附近的一个很薄的粘性流体流动层，在此薄层内流体速度梯度很大，薄层外流体速度梯度很小粘性底层：贴近壁面处厚度极薄的流体层，在这一层中，受壁面的制约流动仍保持为粘性层流状态过渡区：在粘性底层外有一个由粘性底层向湍流区发展的过渡层湍流区：在距壁面稍远处流动为充分发展的湍流状态此区域称为湍流区水力光滑管:当雷诺数较小时，近壁处粘性底层完全掩盖住管壁粗糙突起,此时粗糙度对湍流不起作用.水力粗糙管:随着雷诺数增加,当管壁突起完全暴露在湍流区时形成粗糙管.几何相似；指原型流动与模型流动的空间及边界对应的几何尺寸称比例运动相似指原型和模型两个流场的空间和边界所对点上的速度方向相同大小成比例动力相似指原型和模型两个流场对应点上的各种同类力方向相同大小成比例欧拉数物理意义压力与惯性力的比值雷诺数物理意义惯性力与粘性力的比值局部阻力产生的原因1流动中流速的重新分布2在漩涡中粘性力做功3流体中质点相互掺混撞击引起的变化减小局部损失的措施:减少沿程损失.1.减小管道长度L.2.合理增大管径d.3降低管壁当量粗糙度.4.尽可能采用圆管.5.降低系统粘度压力管路:凡是液体充满全管,并在一定压差下流动的管路成为压力管路长管：指流体沿管路流动时的水头损失以沿程损失为主而局部损失和速度水头二者的总和与沿程阻力相比很小短管指流体沿管道流动时局部损失和速度水头在损失中所占比例较大串联管路:不同管径的管段逐渐收尾连接而成的管路.并联管路:入口端和出口端分别连接在一起的两条或两条以上的简单管路或串联管路.串联管路各段流量相等总阻力为各段阻力之和并联管路总流量为各支管流量之和各支管阻力都相等水击现象：在有压管路系统中由于阀门突然关闭或开启（或其它原因）使管内流速发生突然变化从而引起管内压力急剧交替升降的现象称为水击现象水击波的传播过程:1.当阀门关闭后t=1/c时刻水击压力波传至管路入口处.此时管路中液体全部收到压缩.并停止了流动.同时整个管壁受压膨胀.此过程为减速增压过程.2.当t=2/c时管内压力全部恢复到起始压力.并以U速度倒流.同时管壁全部恢复原状.3.当阀门关闭后t=3/c时.减压波传到管道入口处.主管内流体处于低压静止状态,管壁处于收缩状态.4.在t=4/c时,不平衡断面一次以速度C传到阀门处.而此时正是第一个过程的开始.水击:由于某种原因引起管内液体流速突然变化,例如迅速开关阀门.突然停泵等.都会引起管内压力突然变化.这种现象叫管路中的水击减小水击的措施:1适当延长阀门开闭时间2缩短受水击影响的管道长度来降低水击压力3减小阀门关闭前管道中流速以减小水击压力4在管路适当位置上设置蓄能器,以吸收压能.减小水击压力5水击压力与水击压力波传播速度有关减小水击压力波速度就能减小水击压力流体质点：宏观上充分小，微观上充分大的分之团流体的运动方式：1、平移运动2、旋转运动3、变形运动（线变形和角变形）控制体：对于流体可用流道中连续流动的流体的某一定界来推导，则这个界区叫做控制体。等压面在一种连续的静止流体中静压力相等的各点组成的面性质1等压面就是等势面2作用在静止流体中的任一点的质量力与通过该点的等压面垂直3两互不相混的流体处于平衡状态时他们的分界面是等压面不可压缩流体：在流动过程中密度不变的流体为不可压缩流体为什么要减小水击；水击现象的出现将影响管路系统的正常运动和水泵的正常运转造成管壁和关键的破裂第五篇：流体力学总结1，迹线某一流体质点在空间运动时，不同时刻流经的点组成的连线。2，切应力由于液体质点的相对运动，产生一种内摩擦力抵抗这种运动，而此力与作用面平行，称切应力。3，理想流体把流体看作绝对不可压缩、不能膨胀、无粘滞性、无表面张力的连续介质，称为理想流体。4，流线某一瞬时在流场中绘出的一条曲线，该曲线上的所有各点的速度向量都与曲线相切。5，流函数二维流动中，由连续性方程导出、其值沿流线保持不变的标量函数。6，势函数某函数对相应坐标的偏导数，等于单位质量力在相应坐标轴上的投影，该函数称为势函数。7，连续介质认为真实流体所占有的空间可以近似的看做由“流体质点”连续地、无空隙地充满着的，称为连续介质。8，粘性流体实际流体都是粘性流体。粘性指流体质点间由于相对运动而产生的阻碍相对运动的性质。9，有势流液体流动时每个液体质点都存在速度势函数的流动称为势流，不存在绕自身轴的旋转运动。,10，涡旋强度指微小涡束的涡旋通量（wd）。d：横断面积；w：旋转角速度。11，流管指流面中所包含的流体。流面：在流场中作一空间曲线（非流线），过曲线上各点作流线所形成的面。,12，激波在气体、液体和固体介质中，应力、密度和温度等物理量在波阵面上发生突跃变化的压缩波。二，问答1，速度势函数具有什么性质？答：速度势函数具有下列性质：（1）速度势函数可允许相差一任意常数，而不影响流体的运动；（2）φ（x，y）=常数时是等势线，它的法线方向和速度矢量的方向重合；（3）沿曲线M0M的速度环量等于M点上φ值和M0点上φ值之差；MM0udxvdy(M)(M0)（4）若考虑的是单连通区域，则由于封闭回线的速度环量vdr0因此速度势函数将是单值函数；若考虑的是双连通区域，则速度环量Γ可以不等于零，因此φ可以是多值函数，它们的关系是（M）(M0)k1其中，k1是封闭回线的圈数。2，水流运动的流函数具有什么性质？答：流函数ψ具有下列性质：（1）ψ可以差一任意常数，而不影响流体的运动；（2）ψ（x,y）=常数时是流线，亦即它的切线方向与速度矢量的方向重合；（3）通过曲线M0M的流量等于M点和M0点上流函数之差，即Q（M）(M)(4)在单连通区域内若不存在源汇，则由Qvnds0推出流函数ψ是单值函数；若单连通区域内有源汇或在双连通区域内，则一般Qvnds0由此，流函数ψ一般说来是多值函数，且各值之间的关系为（M）（M0）k1Q其中，k1是封闭回线的圈数。3，什么是单连通区域？什么是多联通区域？答：（1）如果区域内任一封闭曲线可以不出边界地连续的收缩到一点，则此连通区域成为单连通区域。（2）能做多个分隔面而不破坏区域连通性的称之为多连通区域。（3）分隔面：是这样的曲面，它整个位于区域内部，而且它和区域边界的交线是一条封闭曲线。4，动力粘滞系数μ和运动粘滞系数ν的区别和联系是什么？答：联系：都可以用来表示液体粘滞性的大小；ν由μ推导而来：区别：μ是动力量（Pas），ν是运动量(m/s);后者不包括力的量纲而仅仅具有运动量纲。5，描述液体运动的两种方法？区别？答：拉格朗日法，欧拉法区别：拉格朗日法着眼于每个流体质点自始至终的运动过程，描述它们的位置随时间变化的规律；而欧拉法是着眼于空间点，设法在空间中的每一个点上描述出流体运动随时间的变化状况。6，在什么条件下流线和迹线重合？答：流线是同一时刻不同质点所组成的线，与拉格朗日观点联系；迹线是流体质点在空间运动时所描绘出来的曲线，与欧拉观点联系。在定常运动时，二者必然是重合的。定常运动：流场内函数不依赖时间t的运动称为定常运动。7，“均匀流一定是恒定流，急变流一定是非恒定流”，这种说法是否正确？为什么？答：不正确。均匀流是相对于空间分布而言，恒定是相对于时间而言，是判断流体运动的两个不同标准。如：当流量不变，通过一变直径管道时，虽然是恒定流，但它不是均匀流。8，对于简单剪切流动，因其流线平行，流体质点作直线运动，所以该运动是无涡流。这种判断是否正确？为什么？答：不正确。无涡流指液体流动时各质点不存在绕自身轴的旋转运动。对于剪切流动，尽管流体流线平行，但（rotv）z-a（a为常数），处处有旋。9，流体力学中的系统是什么意思？有哪些特点？答：系统也称体系，是指某一确定流体的点集合的总体。系统随流体运动而运动，其边界把系统和外界分开；系统边界的形状和所包围的空间大小随运动而变化。在系统的边界上，没有流体流入或留出，即系统与外界没有质量交换，始终由同一些流体质点组成，但可以通过边界与边界发生力的作用和能量交换。210，简述流体膨胀性的意义及其影响因素。答：膨胀性：流体温度升高时，流体体积也增加的特性。又定义为在压强不变的条件下，温度升高一个单位时流体体积的相对增加量。影响因素：温度，液体本身的性质。11，微分形式和积分形式的基本方程各有什么特点？答：微分形式是了解流动过程各参数的变化规律。积分形式是流动过程在某处参数发生不连续变化时采用的形式。12，什么是涡旋不生不灭定理？答：即拉格朗日定理：若流体理想、正压，且外力有势。如果初始时刻在某部分流体内无旋，则以前或以后任一时刻中这部分流体皆无旋。反之，若初始时刻该部分流体有旋，则以前或以后的任何时刻中这一部分流体皆有旋。13.试分析图中三种情况下水体A受哪些表面力和质量力？（1）静止水池；（2）顺直渠道水流；（3）平面弯道水流。答：（1）压应力；重力。（2）压应力，切应力；重力。（3）