1、第一章 流體的物理性質(zhì)1連續(xù)介質(zhì)假設(shè)流體力學(xué)的任務(wù)是研究流體的宏觀運動規(guī)律。在流體力學(xué)領(lǐng)域里，一般不考慮流體的微觀結(jié)構(gòu)，而是采用一種簡化的模型來代替流體的真實微觀結(jié)構(gòu)。按照這種假設(shè)，流體充滿一個空間時是不留任何空隙的，即把流體看作是連續(xù)介質(zhì)。2液體的相對密度是指其密度與標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下4純水的密度的比值，用表示，即3氣體的相對密度是指氣體密度與特定溫度和壓力下氫氣或者空氣的密度的比值。6粘性流體所具有的阻礙流體流動，即阻礙流體質(zhì)點間相對運動的性質(zhì)稱為粘滯性，簡稱粘性。7牛頓流體和非牛頓流體符合牛頓內(nèi)摩擦定律的流體稱為牛頓流體，否則稱為非牛頓流體。8動力粘度牛頓內(nèi)摩擦定律中的比例系數(shù)稱為流體的動力粘

2、度或粘度，它的大小可以反映流體粘性的大小，其數(shù)值等于單位速度梯度引起的粘性切應(yīng)力的大小。單位為Pas，常用單位mPas、泊（P）、厘泊（cP），其換算關(guān)系：1厘泊(1cP)=1毫帕斯卡秒(1mPa.s)100厘泊(100cP)=1泊(1P)1000毫帕斯卡秒(1mPas)=1帕斯卡.秒(1Pas)9運動粘度流體力學(xué)中，將動力粘度與密度的比值稱為運動粘度，用來表示，即,其單位為m2/s，常用單位mm2/s、斯（St）、厘斯（cSt），其換算關(guān)系：1m2/s1106mm2/s1104 St=1106 cSt1 St=100 cSt10質(zhì)量力作用在每一個流體質(zhì)點上，并與作用的流體質(zhì)量成正比。對于均質(zhì)

3、流體，質(zhì)量力也必然與流體的體積成正比。所以質(zhì)量力又稱為體積力。2牛頓內(nèi)摩擦定律的應(yīng)用（1）符合牛頓內(nèi)摩擦定律的流體稱為牛頓流體，否則稱為非牛頓流體。常見的牛頓流體包括空氣、水、酒精等等；非牛頓流體有聚合物溶液、原油、泥漿、血液等等。（2）靜止流體中，由于流體質(zhì)點間不存在相對運動，速度梯度為0，因而不存在粘性切應(yīng)力。（3）流體的粘性切應(yīng)力與壓力的關(guān)系不大，而取決于速度梯度的大?。?（4）牛頓內(nèi)摩擦定律只適用于層流流動，不適用于紊流流動，紊流流動中除了粘性切應(yīng)力之外還存在更為復(fù)雜的紊流附加應(yīng)力。 3流體粘度與壓力和溫度之間的關(guān)系液體的粘度隨著溫度的升高而減小，氣體的粘度隨著溫度的升高而增大。第二章

4、 流體靜力學(xué)2靜壓力在靜止流體中，流體單位面積上所受到的垂直于該表面的力，即物理學(xué)中的壓強(qiáng)，稱為流體靜壓力，簡稱壓力，用p表示，單位Pa。3等壓面在充滿平衡流體的空間里，靜壓力相等的各點所組成的面稱為等壓面。4壓力中心總壓力的作用點稱為壓力中心。5壓力體是由受力曲面、液體的自由表面（或其延長面）以及兩者間的鉛垂面所圍成的封閉體積。2靜壓力的性質(zhì)（1）靜壓力沿著作用面的內(nèi)法線方向，即垂直地指向作用面；（2）靜止流體中任何一點上各個方向的靜壓力大小相等，與作用方向無關(guān)；（3）等壓面與質(zhì)量力垂直。4靜力學(xué)基本方程式的適用條件及其意義。（1）其適用條件是：重力作用下靜止的均質(zhì)流體。（2）幾何意義：z稱

5、為位置水頭，p/g稱為壓力水頭，而zp/g稱為測壓管水頭。因此，靜力學(xué)基本方程的幾何意義是：靜止流體中測壓管水頭為常數(shù)。（3）物理意義：z稱為比位能，p/g代表單位重力流體所具有的壓力勢能，簡稱比壓能。比位能與比壓能之和叫做靜止流體的比勢能或總比能。因此，流體靜力學(xué)基本方程的物理意義是：靜止流體中總比能為常數(shù)。5流體靜壓力的表示方法絕對壓力：；相對壓力：（當(dāng)pabpa時，pM稱為表壓）；真空壓力：（當(dāng)pabpa時）。題22圖paCpa30cm10cmhAB水水銀【22】如圖所示的U形管中裝有水銀與水，試求：(1)A、C兩點的絕對壓力及表壓力各為多少？(2)求A、B兩點的高度差h？【解】(1)

6、(2)選取U形管中水銀的最低液面為等壓面，則得 【24】 油罐內(nèi)裝有相對密度為0.7的汽油，為測定油面高度，利用連通器原理，把U形管內(nèi)裝上相對密度為1.26的甘油，一端接通油罐頂部空間，一端接壓氣管。同時，壓力管的另一支引入油罐底以上的0.4m處，壓氣后，當(dāng)液面有氣逸出時，根據(jù)U形管內(nèi)油面高度差h=0.7m來計算油罐內(nèi)的油深H= ?p00.4mp壓力氣體題24圖hH【解】選取U形管中甘油最低液面為等壓面，由氣體各點壓力相等，可知油罐底以上0.4m處的油壓即為壓力管中氣體壓力，則得AB1mh題25圖【25】 圖示兩水管以U形壓力計相連，A、B兩點高差1m，U形管內(nèi)裝有水銀，若讀數(shù)h=0.5m，求

7、A、B兩點的壓力差為多少？【解】 選取U形管內(nèi)水銀最低液面為等壓面，設(shè)B點到水銀最高液面的垂直高度為x，則得hBHH0.4myCoyDyDP題27圖【27】圖示一個安全閘門，寬為0.6m，高為1.0m。距底邊0.4m處裝有閘門轉(zhuǎn)軸，使之僅可以繞轉(zhuǎn)軸順時針方向旋轉(zhuǎn)。不計各處的摩擦力，問門前水深h為多深時，閘門即可自行打開？【解】分析如圖所示，由公式可知，水深h越大，則形心和總壓力的作用點間距離越小，即D點上移。當(dāng)D點剛好位于轉(zhuǎn)軸時，閘門剛好平衡。即得BR=1m油水H0.5m0.5m1.9mAo汞H等效自由液面oAxyCC()h*=pB/ogPxPZP題28圖【28】有一壓力貯油箱（見圖），其寬度

8、（垂直于紙面方向）b=2m，箱內(nèi)油層厚h1=1.9m，密度0=800kg/m3，油層下有積水，厚度h2=0.4m，箱底有一U型水銀壓差計，所測之值如圖所示，試求作用在半徑R=1m的圓柱面AB上的總壓力（大小和方向）?！窘狻糠治鋈鐖D所示，首先需確定自由液面，選取水銀壓差計最低液面為等壓面，則由pB不為零可知等效自由液面的高度曲面水平受力曲面垂直受力則 （方向向上）1.0m0.5m1.0m（）（）題211圖第三章 流體運動學(xué)1穩(wěn)定流動如果流場中每一空間點上的所有運動參數(shù)均不隨時間變化，則稱為穩(wěn)定流動，也稱作恒定流動或定常流動。2不穩(wěn)定流動如果流場中每一空間點上的部分或所有運動參數(shù)隨時間變化，則稱為

9、不穩(wěn)定流動，也稱作非恒定流動或非定常流動。3跡線流體質(zhì)點在不同時刻的運動軌跡稱為跡線。4流線流線是用來描述流場中各點流動方向的曲線，在某一時刻該曲線上任意一點的速度矢量總是在該點與此曲線相切。6流線的性質(zhì)（1）流線不能相交，但流線可以相切；（2）流線在駐點（u=0）或者奇點（u）處可以相交；（3）穩(wěn)定流動時流線的形狀和位置不隨時間變化；（4）對于不穩(wěn)定流動，如果不穩(wěn)定僅僅是由速度的大小隨時間變化引起的，則流線的形狀和位置不隨時間變化，跡線也與流線重合；如果不穩(wěn)定僅僅是由速度的方向隨時間變化引起的，則流線的形狀和位置就會隨時間變化，跡線也不會與流線重合；（5）流線的疏密程度反映出流速的大小。流線

10、密的地方速度大，流線稀的地方速度小。7系統(tǒng)的特點(確定物質(zhì)的集合)（1）系統(tǒng)始終包含著相同的流體質(zhì)點；（2）系統(tǒng)的形狀和位置可以隨時間變化；（3）邊界上可有力的作用和能量的交換，但不能有質(zhì)量的交換。8控制體的特點（根據(jù)需要選擇的具有確定位置和體積形狀的流場空間）（1）控制體內(nèi)的流體質(zhì)點是不固定的；（2）控制體的位置和形狀不會隨時間變化；（3）控制面上不僅可以有力的作用和能量交換，而且還可以有質(zhì)量的交換。第四章 流體動力學(xué)3揚程泵使單位重力液體增加的能量通常稱為泵的揚程，用H來表示。二、難點分析1理想流體伯努利方程（1）適用條件理想不可壓縮流體，質(zhì)量力只有重力，單位重力流體沿穩(wěn)定流的流線或微小流

11、束流動。（2）幾何意義z、p/g以及兩者之和的幾何意義分別表示位置水頭、壓力水頭和測壓管水頭，u2/2g稱為速度水頭。三者之和稱為總水頭。因此，伯努利方程的幾何意義是：沿流線總水頭為常數(shù)。（3）物理意義z、p/g分別稱為比位能和比壓能，u2/2g表示單位重力流體所具有的動能，稱為比動能。因此，伯努利方程的物理意義是：沿流線總比能為常數(shù)。3實際流體總流的伯努利方程:式中：a1、a2為動能修正系數(shù)，工程中常取1；v1、v2分別為總流1、2斷面的平均流速；為1、2兩斷面間單位重力流體的能量損失。適用條件是：穩(wěn)定流；不可壓縮流體；作用于流體上的質(zhì)量力只有重力；所取斷面為緩變流斷面。7泵的有效功率 泵的

12、有效功率與和泵軸功率之比稱為泵效，用泵表示，即 電動機(jī)的效率電 習(xí)題詳解題 42圖水u=0.8h油1122【42】一個倒置的U形測壓管，上部為相對密度0.8的油，用來測定水管中點的速度。若讀數(shù)h=200mm，求管中流速u=?【解】選取如圖所示11、22斷面列伯努利方程，以水管軸線為基準(zhǔn)線同時，選取U形測壓管中油的最高液面為等壓面，則【43】圖示為一文丘里管和壓力計，試推導(dǎo)體積流量和壓力計讀數(shù)之間的關(guān)系式。當(dāng)z1=z2時，=1000kg/m3，H=13.6103kg/m3，d1=500mm，d2=50mm，H=0.4m，流量系數(shù)=0.9時，求Q=？【解】列11、22所在斷面的伯努利方程、以過11

13、斷面中心點的水平線為基準(zhǔn)線。題 43圖d1Hm汞mmd2QZ1Z2水平基準(zhǔn)線1122選取壓力計中汞的最低液面為等壓面，則又由、，得所以 【44】管路閥門關(guān)閉時，壓力表讀數(shù)為49.8kPa，閥門打開后，讀數(shù)降為9.8kPa。設(shè)從管路進(jìn)口至裝表處的水頭損失為流速水頭的2倍，求管路中的平均流速。題 44圖paH1122【解】當(dāng)管路閥門關(guān)閉時，由壓力表度數(shù)可確定管路軸線到自有液面的高度H當(dāng)管路打開時，列11和22斷面的伯努利方程，則得【46】一變直徑的管段AB，直徑dA=0.2m，dB0.4m，高差h=1.0m，用壓力表測得pA=70kPa，pB=40kPa，用流量計測得流量Q=0.2m3/s。試判斷

14、水在管段中流動的方向。AB題 46圖【解】列A點和B點所在斷面的伯努利方程則 故流動方向為A-B?！?10】用73.5103W的水泵抽水，泵的效率為90，管徑為0.3m，全管路的水頭損失為1m，吸水管水頭損失為0.2m，試求抽水量、管內(nèi)流速及泵前真空表的讀數(shù)。27m2m真空表題 410圖【解】列兩自由液面的伯努利方程，則得 H=30m又由得列最低自由液面和真空表所在斷面的伯努利方程，則得 故真空表的度數(shù)為26.62kPa。 y60pAABpB題 414圖oxRRyRxF【414】水流經(jīng)過60漸細(xì)彎頭AB，已知A處管徑dA0.5m，B處管徑dB0.25m，通過的流量為0.1m3/s，B處壓力pB

15、1.8105Pa。設(shè)彎頭在同一水平面上摩擦力不計，求彎所受推力?！窘狻窟x取A和B斷面及管壁圍成的空間為控制體，建立如圖所示坐標(biāo)系。列x方向動量方程其中pA可由列A斷面和B斷面的伯努利方程得、得 列y方向動量方程得，則【415】消防隊員利用消火唧筒熄滅火焰，消火唧筒出口直徑d=1cm，入口直徑D=5cm。從消火唧筒設(shè)出的流速v=20m/s。求消防隊員手握住消火唧筒所需要的力（設(shè)唧筒水頭損失為1m）？題 415圖DFdyxoR2211【解】選取消火唧筒的出口斷面和入口斷面與管壁圍成的空間為控制體，建立如圖所示坐標(biāo)系。列x方向的動量方程其中p1可由列11和22斷面的伯努利方程求得又由、得 F題 41

16、7圖xyo【417】水射流以19.8m/s的速度從直徑d=0.1m的噴口射出，沖擊一個固定的對稱葉片，葉片的轉(zhuǎn)角=135，求射流葉片的沖擊力。若葉片以12m/s的速度后退，而噴口仍固定不動，沖擊力將為多大？【解】建立如圖所示坐標(biāo)系（1）列x方向的動量方程其中 則（2）若葉片以12m/s的速度后退，其流體相對葉片的速度v=7.8m/s，代入上式得。第五章 量綱分析與相似原理4量綱和諧原理一個正確、完整地反映客觀規(guī)律的物理方程中，各項的量綱是一致的，這就是量綱和諧原理，或稱量綱一致性原理。5相似準(zhǔn)數(shù)與相似準(zhǔn)則在兩個動力相似的流動中的無量綱數(shù)稱為相似準(zhǔn)數(shù)，例如雷諾數(shù)。作為判斷流動是否動力相似的條件稱

17、為相似準(zhǔn)則。（1）幾何相似指兩個流動對應(yīng)的線段成比例，對應(yīng)角度相等，對應(yīng)的邊界性質(zhì)（指固體邊界的粗糙度或者自由液面）相同。（2）運動相似是指兩個流動對應(yīng)點處的同名運動學(xué)量成比例。（3）動力相似是指兩個流動對應(yīng)點上的同名動力學(xué)量成比例。4相似準(zhǔn)則：重力相似準(zhǔn)則、粘性力相似準(zhǔn)則、壓力相似準(zhǔn)則【54】假設(shè)理想液體通過小孔的流量Q與小孔的直徑d，液體密度以及壓差有關(guān)，用量綱分析法建立理想液體的流量表達(dá)式。【解】利用瑞利法（1）分析物理現(xiàn)象，假定（2）寫出量綱方程或（3）利用量綱和諧原理確定上式中的指數(shù)解得回代到物理方程中得第六章 粘性流體動力學(xué)基礎(chǔ)一、學(xué)習(xí)引導(dǎo)1沿程阻力與沿程水頭損失流體沿均一直徑的直

18、管段流動時所產(chǎn)生的阻力，稱為沿程阻力?？朔爻套枇σ鸬哪芰繐p失，稱為沿程水頭損失，用hf表示。2局部阻力與局部水頭損失流體流過局部管件時所產(chǎn)生的阻力，稱為局部阻力?？朔植孔枇λ牡哪芰糠Q為局部水頭損失，用hj表示。3濕周過流斷面上流體與固體邊壁接觸的周界長度。4水力半徑將過流斷面面積A與濕周長的比值稱為水力半徑，以Rh表示，即: 水力半徑愈大，流體流動阻力愈?。凰Π霃接?，流體的流動阻力愈大?！?6】 管徑400mm，測得層流狀態(tài)下管軸心處最大速度為4m/s，求斷面平均流速？此平均流速相當(dāng)于半徑為若干處的實際流速？【解】由圓管層流速度分布公式平均流速為最大流速的一半，可知平均流速同時可得 令可得題610圖h【610】如圖所示，某設(shè)備需潤滑油的流量為Q=0.4cm3/s，油從高位郵箱經(jīng)d6mm