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流体力学基本概念

来源:用户分享 时间:2025/12/13 14:04:29 本文由loading 分享 下载这篇文档手机版
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连续介质模型: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)。 不可压缩流体:流体密度随压强变化很小,流体的密度可视为常数的流体(??=const)。 9. 毛细液柱高度h与 C 成反比。

(A) 表面张力系数 (B) 接触角 (C) 管径 (D) 粘性系数

1. 流体的切应力与剪切变形速率有关,而固体的切应力与剪切变形大小有关。 2.流体的粘度与哪些因素有关?它们随温度如何变化?

流体的种类、温度、压强。 液体粘度随温度升高而减小,气体粘度随温度升高而增大。

3.为什么荷叶上的露珠总是呈球形?表面张力的作用。

4.一块毛巾,一头搭在脸盆内的水中,一头在脸盆外,过了一段时间后,脸盆外的台子上湿了一大块,为什么?毛细现象。

5.为什么测压管的管径通常不能小于1cm?

如管的内径过小,就会引起毛细现象,毛细管内液面上升或下降的高度较大,从而引起过大的误差。

6.在高原上煮鸡蛋为什么须给锅加盖?高原上,压强低,水不到100℃就会沸腾,鸡蛋煮不熟,所以须加盖。 4. 流体平衡微分方程

或 dp=ρ(Xdx+Ydy+Zdz) 全微分方程 dp=ρdW 其积分为: p=ρW+C 或 p=p0+ρ(W-W0) 5. 流体静力学基本方程

重力作用下静压强的分布: z?p?常数;p=p0+γh

?6. 平面上流体静压力 P=γhcA

压力中心 zD?zc?Jc zcA

1.什么是等压面?等压面的条件是什么?

等压面是指流体中压强相等的各点所组成的面。 只有重力作用下的等压面应满足的条件是:静止、连通、连续均质流体、同一水平面。

2.盛有液体的敞口容器作自由落体时,容器壁面AB上的压强分布如何?

∵dp=ρ(Xdx+Ydy+Zdz)=ρ(g-g)dz=0 ∴p =const,自由液面上p = 0 ∴p = 0

3.若人所能承受的最大压力为 1.274MPa(相对压强),则潜水员的极限潜水深度为多少?

潜水员的极限潜水深度为:1.274×106÷9800=130(米) 4.为什么虹吸管能将水输送到一定的高度? 因为虹吸管内出现了真空。

1. 欧拉法、拉格朗日方法各以什么作为其研究对象?对于工程来说,哪种方法是可行的?

欧拉法以流场为研究对象,拉格朗日方法以流体质点为研究对象;在工程中,欧拉法是可行 概念 流 定 义 备 注 流线方程为:dl?dx?dy?dz uuxuyuz 时间t为参变量。 迹线方程为:dx?dy?dz?dt uxuyuz 流线是表示流体流动趋势的一条曲线,在同一瞬时线上各质点的速度向量都与其相切,它描述了流线 场中不同质点在同一时刻的运动情况。 迹线是指某一质点在某一时段内的运动轨迹,线 它描述流场中同一质点在不同时刻的运动情况。 迹 式中时间t为自变量。 流体质点的运动要素只是坐标的函数,与时间无关。――恒定流动 过流场中某固定点所作的流线,不随时间而改变——流线与迹线重合

书上第11页

注意:

在定常流动情况下,流线的位置不随时间而变,且与迹线重合。 在非定常流动情况下,流线的位置随时间而变;流线与迹线不重合。 流管:在流场中取任一封闭曲线(不是流线),通过该封闭曲线的每一点作流线,这些流线所组成的管状空间。

一、直角坐标系中欧拉变数的连续性方程

微元六面体,边长分别为dx、dy、dz,中心点流速为ux、uy、uz,密度为ρ。 1、可压缩流体三维流动连续性方程:

???(?ux)?(?uy)?(?uz)????0 ?t?x?y?z适用范围:定常流动或非定常流动;可压缩流体或不可压缩流体。

物理意义:单位时间内通过单位体积表面流入的流体质量,等于单位时间内内部质量的增量。

2、可压缩定常流动连续性方程 当为恒定流时,有

???(?ux)?(?uy)?(?uz)=0: ???0 ?t?x?y?z3、不可压缩流体定常流动或非定常流动连续性方程

?ux?uy?uz当为不可压缩流时,有ρ=常数,则: ???0

?x?y?z 不可压缩流体流动时,流速在x、y、z轴方向的分量沿其轴向的变化率,互相约束。

物理意义:不可压缩流体单位时间内流入单位空间的流体质量(体积),与流出的流体质量(体积)之差等于零

对不可压缩流体 Q1=Q2 或

v1A2 ?v2A1物理意义:对于保证连续流动的不可压缩流体,过水断面面积与断面平均流速成反比,即流线密集的地方流速大 ,而流线疏展的地方流速小。

粘性流体——存在内摩擦力 取微元六面体,微团受力——重力、流体动压强、切向应力

dux?2ux?2ux?2ux?1?p?X-??(2?2?2)?dtρ?x?x?y?z?222?不可压缩粘性流体的运动微分方程:duy?Y-1?p??(?uy??uy??uy)?

?dtρ?y?x2?y2?z2?duz?2uz?2uz?2uz?1?p?Z-??(2?2?2)?dtρ?z?x?y?z??ν——流体运动粘性系数

维尔(纳维)—斯托克斯方程,N-S方程

1)流线:各点切线方向与该处流体质点速度方向一致的曲线。 2)迹线:流体某质点运动轨迹的连线。

3)流束:充满在流管中的液流。流束的极限是一条流线。无数流束之和就构成总流。 4)过水断面:水道(管道、明渠等)中垂直于水流流动方向的横断面,即与流束或总流的流线成正交的横断面。

5)点流速:流体流动中任一点的流速,常用u表示。一般情况下过水断面上各点的点流速是不相等的。

6)平均流速:由通过过水断面的流量Q除以过水断面的面积A而得的流速,常用v表示,即v??AudA 。

A7)流量:单位时间内通过微元流束(或总流)过水断面的流体体积。 8)定常流动:流体质点运动要素只与空间位置有关,与时间无关。 9)非定常流动:流体质点运动要素与空间位置和时间都有关。

10)缓变流:水流的流线几乎是平行直线的流动。或者虽有弯曲但曲率半径又很大的流体流动。缓变流同一过水断面上的动水压强分布规律同静水压强,即z?p?常数。但需要注

?意:对于不同断面z?p一般不相等。

?11)急变流:流线间夹角很大或曲率半径较小或二者兼而有之,流线是曲线。急变流过水断面上的动水压强不按静水压强规律分布。

二、恒定总流连续性方程

不可压缩流体无分叉流时:v1A1=v2A2,即Q1=Q2 ,即任意断面间断面平均流速的大小与过水断面面积成反比 。

三、恒定总流伯努利方程

221.伯努利方程z1+p1+?1v1=z2+p2+?2v2+ hl

?2g?2g各项物理意义和几何意义:

z ——单位重量流体具有的位能(位置水头)

p/γ——单位重量流体具有的压能(压强水头、测压管高度) αv/2g——单位重量流体具有的动能(速度水头)

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