流体力学期末总复习课件

工程流体力学总复习工程流体力学工程流体力学是很重要的一门专业基是很重要的一门专业基础课，教材内容及课堂讲授内容均为最基础课，教材内容及课堂讲授内容均为最基本、甚至常识性的知识，希望大家都能认本、甚至常识性的知识，希望大家都能认真复习，掌握教学大纲要求掌握的内容。真复习，掌握教学大纲要求掌握的内容。工程流体力学总复习工程流体力学是很重要的一门专业基础1 1 1、流体力学的任务是研究流体的平衡与宏观、流体力学的任务是研究流体的平衡与宏观机械运动规律机械运动规律。2 2、引入流体质点和流体的连续介质模型假设，、引入流体质点和流体的连续介质模型假设，把流体看成没有间隙的连续介质，则流体的把流体看成没有间隙的连续介质，则流体的一切物理量都可看作时空的连续函数，可采一切物理量都可看作时空的连续函数，可采用连续函数理论作为分析工具。用连续函数理论作为分析工具。3 3、流体的压缩性，一般可用体积压缩系数、流体的压缩性，一般可用体积压缩系数k k 和体积模量和体积模量E E来描述。在压强变化不大时，液来描述。在压强变化不大时，液体可视为不可压缩流体。体可视为不可压缩流体。1、流体力学的任务是研究流体的平衡与宏观机械运动规律。2、引2 4 4、粘性是流体最重要的物理性质。它是流体运、粘性是流体最重要的物理性质。它是流体运动时产生内摩擦力，抵抗剪切变形的一种性质。动时产生内摩擦力，抵抗剪切变形的一种性质。不同流体粘性的大小用动力粘度不同流体粘性的大小用动力粘度 或运动粘度或运动粘度 来反映。温度是影响粘度的主要因素，随着温来反映。温度是影响粘度的主要因素，随着温度升高，液体的粘度下降。理想流体是忽略粘度升高，液体的粘度下降。理想流体是忽略粘性的假想流体。性的假想流体。应重点理解和掌握的主要概念有：流体质点、流体的连续介流体质点、流体的连续介质模型、粘性、粘度、粘温关系、理想流体。质模型、粘性、粘度、粘温关系、理想流体。流体区别于固体的特性。还应熟练掌握牛顿内流体区别于固体的特性。还应熟练掌握牛顿内摩擦定律及其应用摩擦定律及其应用。4、粘性是流体最重要的物理性质。它是流体运动时产生内摩擦力，3 流体静力学主要研究流体在静止状态下的力学流体静力学主要研究流体在静止状态下的力学规律。静止流体中粘性不起作用，表面力只有规律。静止流体中粘性不起作用，表面力只有压应力。所以流体静力学的核心问题是以压强压应力。所以流体静力学的核心问题是以压强为中心，主要阐述流体静压强的特性、欧拉平为中心，主要阐述流体静压强的特性、欧拉平衡微分方程、静压强的分布规律、作用在平面衡微分方程、静压强的分布规律、作用在平面壁或曲面壁上的静压力的计算方法等。壁或曲面壁上的静压力的计算方法等。掌握以下基本概念：掌握以下基本概念：绝对压强、相对压强、真绝对压强、相对压强、真空度、测压管水头、压力体、压力中心。空度、测压管水头、压力体、压力中心。掌握静压强的两个重要特性掌握静压强的两个重要特性流体静力学主要研究流体在静止状态下的力学规律。静止流体中粘性4 掌握并熟练运用静力学基本方程、静压强分掌握并熟练运用静力学基本方程、静压强分布规律（重力作用下），理解其物理意义，布规律（重力作用下），理解其物理意义，掌握并能运用欧拉平衡微分方程及其综合表掌握并能运用欧拉平衡微分方程及其综合表达式，理解其物理意义，达式，理解其物理意义，掌握作用在平面壁和曲面壁上的静压力的掌握作用在平面壁和曲面壁上的静压力的计算方法。计算方法。掌握并熟练运用静力学基本方程、静压强分布规律（重力作用下），5 第2章重点复习内容 本章介绍流体运动分析所需要的基本概念及描本章介绍流体运动分析所需要的基本概念及描述流体运动的方法，建立描述流场中流体运动的普述流体运动的方法，建立描述流场中流体运动的普遍关系式。物理学和理论力学中的质量守恒定律、遍关系式。物理学和理论力学中的质量守恒定律、牛顿运动定律、机械能守恒定律及动量守恒定律等牛顿运动定律、机械能守恒定律及动量守恒定律等同样是流体运动遵循的规律，是本章推演流体运动同样是流体运动遵循的规律，是本章推演流体运动普遍关系式的理论依据。普遍关系式的理论依据。建立流体运动的关系式，目的在于确定流体的建立流体运动的关系式，目的在于确定流体的流速、加速度、压强等运动参数随时间与空间的变流速、加速度、压强等运动参数随时间与空间的变化规律及相互间的关系。化规律及相互间的关系。第2章重点复习内容 本章介绍流体运动分析所需6 深刻理解，熟练掌握以下主要概念：深刻理解，熟练掌握以下主要概念：定常流动、均匀流动、定常流动、均匀流动、控制体、质点导数、流线及其性质、一元流动、流控制体、质点导数、流线及其性质、一元流动、流管流束、过流断面、流量、断面平均流速。管流束、过流断面、流量、断面平均流速。理解描述流体运动的欧拉法。理解描述流体运动的欧拉法。掌握并熟练运用连续方程。掌握并熟练运用连续方程。掌握并熟练运用伯努利方程，理解其物理意义。掌握并熟练运用伯努利方程，理解其物理意义。理解理想流体运动微分方程及其物理意义。理解理想流体运动微分方程及其物理意义。掌握并熟练运用动量积分方程和动量矩积分方程。掌握并熟练运用动量积分方程和动量矩积分方程。深刻理解，熟练掌握以下主要概念：定常流动、均匀流动、控制体、7 应用伯努利方程解决工程实际应用问题时应注意以应用伯努利方程解决工程实际应用问题时应注意以下几点：下几点：1 1、适用条件：不可压缩流体、定常流动、质量力只、适用条件：不可压缩流体、定常流动、质量力只有重力作用。有重力作用。2 2、往往与连续方程联合使用。、往往与连续方程联合使用。3 3、在选取适当的位置势能为零的水平基准面后，可、在选取适当的位置势能为零的水平基准面后，可选择过流断面上任意高度为已知点选择过流断面上任意高度为已知点 z z1 1 和和 z z2 2 列出伯列出伯努利方程。（三选一列）努利方程。（三选一列）4 4、所选用的过流断面必须是缓变过流断面。且其中、所选用的过流断面必须是缓变过流断面。且其中一个断面应选在待求未知量所在处，另一个断面应一个断面应选在待求未知量所在处，另一个断面应选在各参数已知处。选在各参数已知处。应用伯努利方程解决工程实际应用问题时应注意以下几点：8 5 5、压强、压强 p p 可取绝对压强或计示压强。但两个断面可取绝对压强或计示压强。但两个断面必须采用同一种表示方法。必须采用同一种表示方法。6 6、一般取、一般取 1 1=2 27 7、沿流程若有能量输入或输出时（经水泵、通风机、沿流程若有能量输入或输出时（经水泵、通风机等），等），式中：式中：H H 单位重力流体流经流体机械获得单位重力流体流经流体机械获得 (+(+)或失去或失去 ()的能量。（水泵的扬程）的能量。（水泵的扬程）5、压强 p 可取绝对压强或计示压强。但两个断面必须采用同一9 三、应用动量方程应注意的几点三、应用动量方程应注意的几点1 1、控制表面的一部分必须与对流体质点系有作用、控制表面的一部分必须与对流体质点系有作用力的固体壁面相重合。有一部分必须是压强、流力的固体壁面相重合。有一部分必须是压强、流速已知或为所求的过流断面。在取控制体时要特速已知或为所求的过流断面。在取控制体时要特别注意。别注意。2 2、F F 是作用在控制体内流体质点系上的所有是作用在控制体内流体质点系上的所有外力的矢量和。外力既包括表面力（固体壁面及外力的矢量和。外力既包括表面力（固体壁面及控制体外部液体对流体质点系的作用），也包括控制体外部液体对流体质点系的作用），也包括质量力。质量力。三、应用动量方程应注意的几点2、F 是作用在控制体内流10 3 3、外力和流速的方向，与所选定的坐标方向相、外力和流速的方向，与所选定的坐标方向相同时取同时取“+”+”，反之为，反之为“”。4 4、动量方程中的、动量方程中的 F F 是外界（包括固体）对流体是外界（包括固体）对流体质点系施加的。实际问题中常常要计算的是流体质点系施加的。实际问题中常常要计算的是流体对固体的作用力，应与前者等值反向。对固体的作用力，应与前者等值反向。3、外力和流速的方向，与所选定的坐标方向相同时取“+”，反之11 第3章重点复习内容v实际流体与理想流体的不同之处在于实际实际流体与理想流体的不同之处在于实际流体具有粘性，这在实际流体的伯努利方流体具有粘性，这在实际流体的伯努利方程中表现为能量（水头）损失。程中表现为能量（水头）损失。v本章讲述管中流动的两种形态本章讲述管中流动的两种形态层流和层流和湍流；能量（水头）损失的两种形式湍流；能量（水头）损失的两种形式沿程能量（水头）损失和局部能量（水头）沿程能量（水头）损失和局部能量（水头）损失及其计算损失及其计算。第3章重点复习内容12 第3章重点复习内容v本章学习要求：本章学习要求：1.1.掌握两种流态和雷诺数的概念及流态的判掌握两种流态和雷诺数的概念及流态的判别方法；别方法；2.2.了解圆管层流及湍流的运动规律、速度分了解圆管层流及湍流的运动规律、速度分布；布；3.3.掌握管路沿程压强（水头）损失（特别是掌握管路沿程压强（水头）损失（特别是）和局部压强（水头）损失的计算方法。和局部压强（水头）损失的计算方法。第3章重点复习内容13 第4章重点复习内容边界层、边界层流动分离的条件边界层、边界层流动分离的条件管道流动结合孔口出流做管路计算管道流动结合孔口出流做管路计算薄壁孔口自由出流和淹没出流薄壁孔口自由出流和淹没出流平板缝隙流动平板缝隙流动第4章重点复习内容14 第5章重点复习内容v本章主要介绍了相似原理和量纲分析。本章主要介绍了相似原理和量纲分析。v在设计模型流动实验时，需要使模型流在设计模型流动实验时，需要使模型流动与实物流动具有一定的对应关系，这动与实物流动具有一定的对应关系，这就要求两个流动满足几何、运动、动力就要求两个流动满足几何、运动、动力这三个层次上的相似（力学相似），其这三个层次上的相似（力学相似），其中动力相似是流动相似的主导因素。中动力相似是流动相似的主导因素。第5章重点复习内容15 动力相似要求两个流动各个同名力的比动力相似要求两个流动各个同名力的比值都相等，由此提出了不同的相似准则，值都相等，由此提出了不同的相似准则，并定义了不同的相似准数。从理论上说，并定义了不同的相似准数。从理论上说，只有当两个流动的各同名相似准数都相只有当两个流动的各同名相似准数都相等时，流动才严格地满足动力相似。但等时，流动才严格地满足动力相似。但在大多数情况下，并不需要、且常常也在大多数情况下，并不需要、且常常也不可能同时满足所有的相似准则。因此，不可能同时满足所有的相似准则。因此，在设计模型流动时需要认真分析流动的在设计模型流动时需要认真分析流动的各个影响因素，优先考虑起主导作用的各个影响因素，优先考虑起主导作用的相似准则。相似准则。动力相似要求两个流动各个同名力的比值都相等，由此提出了不同的16 量纲分析是以量纲的和谐性原理为量纲分析是以量纲的和谐性原理为依据，以依据，以 定理为基础的。定理为基础的。一个流动现象通常会与多个物理量一个流动现象通常会与多个物理量相关。运用量纲分析（相关。运用量纲分析（定理法）可以定理法）可以综合若干个物理量的影响，组成无量纲综合若干个物理量的影响，组成无量纲综合量，使问题相关参量的数目减至最综合量，使问题相关参量的数目减至最小，从而揭示参量之间的内在联系，使小，从而揭示参量之间的内在联系，使问题得到简化。问题得到简化。量纲分析是以量纲的和谐性原理为依据，以 定理为基础的17 本章要求理解力学相似、量纲及量本章要求理解力学相似、量纲及量纲和谐性原理等概念，纲和谐性原理等概念，重点掌握：重点掌握：量纲分析的量纲分析的 定理法；雷诺相似准则和定理法；雷诺相似准则和弗劳德相似准则。弗劳德相似准则。本章要求理解力学相似、量纲及量纲和谐性原理等18 v本章主要介绍气体动力学的基础知识本章主要介绍气体动力学的基础知识和基本方程，讨论了可压缩气体一元和基本方程，讨论了可压缩气体一元定常等熵流动中各种参数之间的关系定常等熵流动中各种参数之间的关系和变化规律。和变化规律。第6章重点复习内容第6章重点复习内容19 1 1、掌握声速、马赫数的基本概念及表、掌握声速、马赫数的基本概念及表达式，理解微小扰动波的传播过程和传达式，理解微小扰动波的传播过程和传播特征。播特征。2 2、掌握一元定常气流的基本方程，了、掌握一元定常气流的基本方程，了解气流速度与密度的关系，理解变截面解气流速度与密度的关系，理解变截面管流中流动参数的变化规律。管流中流动参数的变化规律。3 3、掌握一元等熵气流的两种特定状态、掌握一元等熵气流的两种特定状态及其参数，掌握流动参数与马赫数的关及其参数，掌握流动参数与马赫数的关系。系。1、掌握声速、马赫数的基本概念及表达式，理解微小扰动波的传播20 解题步骤要尽可能详细，具体作如下要求解题步骤要尽可能详细，具体作如下要求：说明采用的理论根据（如说明采用的理论根据（如:以以0-0为基准面，为基准面，对断面对断面1-1、2-2列伯努利方程；根据傅汝德列伯努利方程；根据傅汝德相似准数，有：）相似准数，有：）书写要整洁、清楚、无误书写要整洁、清楚、无误在代入数值进行计算前，要求列出公式，在代入数值进行计算前，要求列出公式，如：如：Ma=u/c=300/335.4关于解题技巧解题步骤要尽可能详细，具体作如下要求：关于解题技巧21 压力体压力体是从积分式是从积分式 得到的一个体积，它是一个纯数学得到的一个体积，它是一个纯数学概念，与该体积内是否存在液体无关。概念，与该体积内是否存在液体无关。故故压力体压力体可进一步定义为：可进一步定义为：压强等于大气压的自由表面或压强等于大气压的自由表面或其延伸面与曲面所围成的垂直柱面之间的封闭体积其延伸面与曲面所围成的垂直柱面之间的封闭体积.自由液面与曲面之间通常由同一种流体连通，若其间有自由液面与曲面之间通常由同一种流体连通，若其间有不同密不同密度的流体，则压力体的体积应为各部分流体压力体体积的叠加度的流体，则压力体的体积应为各部分流体压力体体积的叠加。曲面所受垂直分力的方向可以向上，也可以向下。当压力体和曲面所受垂直分力的方向可以向上，也可以向下。当压力体和液体在曲面的同侧时，压力体内实有液体，称为液体在曲面的同侧时，压力体内实有液体，称为实压力体，实压力体，方向向下方向向下，如图，如图1.6.4a所示；当压力体和液体在曲面的异侧时，所示；当压力体和液体在曲面的异侧时，压力体内虚空，称为压力体内虚空，称为虚压力体。方向向上虚压力体。方向向上，如图，如图1.6.4b所示；所示；对于复杂曲面，可以分别考虑各段曲面的压力体然后相叠加，对于复杂曲面，可以分别考虑各段曲面的压力体然后相叠加，如图如图1.6.4c所示。所示。1.6.3 1.6.3 关于压力体关于压力体压力体是从积分式 得到的一个体积，它是一个纯22 （a）实压力体）实压力体（b）虚压力体）虚压力体（c）图图1.6.4 （a）实压力体（b）虚压力体（c）图1.6.4 23 1.36 密闭盛水容器密闭盛水容器,水深水深h1=60cm,h2=100cm,水银测压计读值水银测压计读值h=25cm(=13.6103 kg/m3)，如图，如图1.36所示，试求半径所示，试求半径R=0.5m的半球形盖的半球形盖AB所受总压力的水平分力和垂直分力。所受总压力的水平分力和垂直分力。题题1.361.36图图1.36 密闭盛水容器,水深h1=60cm,h2=10024 解：设自由液面处压强为p0,垂直分力向下，压力体体积即为半球体积垂直分力向下，压力体体积即为半球体积水平分力方向向左。水平分力方向向左。解：设自由液面处压强为p0,垂直分力向下，压力体体积即为半球25 123水银123水银26