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单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,选择题：,P14,：,d,、,c,、,d,、,b,、,b,；,a,、,c,、,a,P39,：,a,、,c,、,b,、,c,、,c,；,c,、,b,、,b,、,c,、,a,；,b,P64,：,d,、,b,、,c,、,b,、,c,；,c,P104,：,c,、,a,、,c,、,a,、,d,；,d,P125,：,d,、,d,、,d,、,d,、,b,；,a,、,c,、,d,、,c,P170,：,a,、,b,、,d,、,d,、,c,；,c,、,d,、,c,、,c,、,b,；,b,P199,：,b,、,b,、,c,、,c,、,d,；,a,、,a,P243,：,b,、,c,、,c,P272,：,b,、,a,、,c,、,d,、,c,第1页,第1页,工程流体力学,第,1,章 绪论,第,2,章 流体静力学,第,3,章 流体运动学,第,4,章 流体动力学基础,第,5,章 量纲分析和相同原理,理解,第,6,章 流动阻力和水头损失,第,7,章 孔口、管嘴出流和有压管流,第,8,章 明渠流动,第,10,章 渗流,第2页,第2页,第,1,章 绪论,1.,流体上作用力归纳为两类,流体内部不承受拉力,2.,牛顿内摩擦定律,单位质量力矢量：,3.,几种概念,黏性,：液体质点间存在相对运动而产生内摩擦力以抵抗剪切变形性质。流体流动产生能量损失主要原因,液体黏性只有流动才表现出来。,动力黏度,：,又称绝对黏度、动力黏性系数、黏度,，,Pas,。,运动黏度,：,又称相对黏度、运动黏性系数，,m,2,/s,。,无黏性流体,：,黏性不起作用或不起主要作用，忽略黏性影响，,=0,。,不可压缩流体,：流体密度随压强改变很小,(,r,=Const),。,连续介质模型,：流体为没有间隙充斥所占据整个空间一个连续介质，物理量是空间坐标和时间连续函数一个假设模型：,u,=,u(t,x,y,z),。,第3页,第3页,第,2,章 流体静力学,（,1,）,流体质点之间不存在相对运动，处于相对平衡状态。,（,2,）流体内部不存在剪应力，只存在压应力正应力，称为,静压强,。,（,3,）,不考虑流体黏性。,1,静止流体特性,（,1,）方向沿作用面内法线方向；（,2,）大小与作用面方位无关。,2,流体静压强两个基本特性,故静止流体任一点静压强,p,是与位置相关、方向无关、空间上连续函数。,p=p(x,，,y,，,z),(2-1),3,静止流体平衡微分方程,(1),欧拉平衡方程,：,静压强空间改变与单位质量力关系,欧拉平衡方程式全微分式,:,(2),等压面,：,等压面与质量力正交,不一定是水平面。,(3),重力场静压强分布,:,p,p,0,gh,4,压强度量,p,abs,=p,a,+,gh,(,2,),相对压强,(,表压强，压力表,),：,当地大气压强,(,3,),真空度,:,注：绝对压强为正值，相对压强可正可负，真空压强,(,真空度,),不能为负值。最小真空压强为零，相对压强也为,0,，而绝对压强,p,abs,=p,a,。,(1),绝对压强,：,绝对真空,p=p,abs,p,a,p,v,p,a,p,abs,=,p,真空高度,:,第4页,第4页,流体静力学,5,水头,z,位置高度,(,位置水头,),重力势能,(,位能,),测压管高度,(,压强水头,),，压强势能,(,压能,),测压管水头，总势能,(,位能,+,压能,),单位重量,液体,6,总压力计算,(1),平面上压力,:,P,gsina,y,c,A,gh,c,A,p,c,A,(2),曲面上压力,:,水平分力,铅垂分力,压力体拟定：设想取铅垂线沿曲面边沿平行移动一周，割出以自由液面（或延伸面）为上底，曲面本身为下底柱体。,实压力体,虚压力体,曲面总压力,P,第5页,第5页,第,3,章 流体运动学,2,流体质点加速度,迁移加速度,(,位变加速度,),：,速度随位置改变,，,速度场不均匀性,。,当地加速度,(,时变加速度,),：给定空间点,速度随时间改变,流场,不恒定性,；,4,流动分类,恒定流、非恒定流是相对时间而言，均匀、非均匀流是相对空间而言；恒定流可是均匀流，也能够是非均匀流，非恒定流也是如此。,（,1,）恒定流,：流场中任何,流动要素,均不随时间改变。,非恒定流,：流场中,流动要素,只要有一个随时间而改变。,（,2,）均匀流,：流线为直线、且互相平行流动，即迁移加速度,=0(,非均匀流,),3,过流断面,与流线相垂直横断面，普通是曲面。过流断面上各点,(,z,+,p,/,g,)=c,。,5,流线、迹线,流线方程,(,固定,t,，对,x,、,y,、,z,积分,),迹线方程,(,对,t,积分，解微分方程组,),6,三维流动连续性微分方程,质量守恒定律,流动连续性积分方程,v,1,A,1,=,v,2,A,2,流场中流体微团无旋转运动,(,无涡流、有势流,),7,无旋、有旋流动：,1,流体运动描述,拉格朗日法,:,综合足够多流体质点随时间运动得整个流动规律,质点系法,欧拉法,:,综合各空间点运动要素改变规律，以“流场”为研究对象,流场法,第6页,第6页,第,4,章 流体动力学基础,1,无黏性流体运动微分方程,(,欧拉方程,),外力和运动关系,流体运动力,：表面力、质量力。表面力有法向应力,(,压力,),、切向应力,(,黏滞力,),。,2,黏性流体动压强,由于黏性作用产生剪应力使任一点法向应力大小与作用面方位相关，即,p,xx,p,yy,p,zz,。可证实同一点任意三个正交面上法向应力之和都不变，即,与静压强类似，任一点动压强大小与作用面方位无关,黏性流体动压强,:,p,（,p,xx,p,yy,p,zz,）,/3,无黏性流体动压强,:,静压强特性：静止液体内任何点（,z,+,p,/,g,）,=c,。,动水压强特性：流体,流动,过流断面上各点（,z,+,p,/,g,）,=c,。,3,伯努利方程,(,元流,),(,总流,),z,：计算点位能,(,位置高度、位置水头,),；,：两断面间平均机械能损失,(,水头损失,),。,：过流断面上平均动能,(,平均流速高度、流速水头,),；,：计算点压能,(,测压管高度、压强水头,),；,能量守恒定律,单位重量流体,总水头,测压管水头,第7页,第7页,应用条件,：恒定流；质量力只有重力；不可压缩流体；所取过流断面为渐变流断面,(,两断面间没有任何限制,),；两断面间无分流、汇流；两过流断面间除水头损失外，无其它机械能输入或输出。,流体动力学基础,黏性流体水头线：,:,沿程单调下降，,J(,能坡,),(1),总水头线,H,(2),测压管水头线,H,p,：可升可降或不变,应用注意事项：,合理选取基准面，拟定位置水头。基准面应以简化计算为原则。,压强水头 可采用绝对压强或相对压强，但两断面必须选取一致。工程计算多采用相对压强更以便。,选好过流断面上计算点，拟定测压管水头。,正确拟定方程中水头损失,h,w,。,选取过流断面满足渐变流，但两过流断面间可是急变流；并使所选断面上未知量尽也许少，使方程求解简化。,正确选定,。,值与断面流速分布相关，实际工程多为,1.05,1.10,，普通可取,1,=,2,=1,。,第8页,第8页,流体动力学基础,4,恒定总流动量方程,动量校正系数，校正以断面平均速度计算动量与实际流速动量差值,(3),合理选取坐标系，拟定流速、作用力方向，能减少方程未知数。,应用注意事项：,(1),合理选取控制断面位置，使控制断面上流动满足均匀流或渐变流。,(2),正确拟定外力合力。总流控制体所有表面力以及质量力。,(4),动量方程动量应当是流出动量减去流入动量。,适合于任何质量力场作用下实际流动,不可压缩恒定流，控制体进出口断面都是渐变流,(,断面间可是急变流,),。,合用范围：,(3),四周围界对水流总作用力。,外力：,(1),质量力；,(2),表面力,(,切力可不计,),；,5,无黏性流体无旋流动,理解,无旋流场所有各点上皆成立,欧拉积分：,由伯努利积分和欧拉积分得伯努利方程，形式上完全相同，但合用范围不同。伯努利积分仅在同一流线上成立，有旋流动和元旋流动都合用；欧拉积分在整个流场成立，只合用无旋流动。,第9页,第9页,第,5,章 量纲分析和相同原理,1,量纲,(,因次,),：,各种物理量属性（类别）,基本量纲：,M,、,L,、,T,、,：,质量、长度、时间、温度,导出量纲：,量纲公式,2,量纲友好原理,正确反应客观规律物理方程中各项有相同量纲,不同量纲物理量不能相加减，但能够相乘除得另一物理量，如mv=I。由试验资料或实测数据所归纳公式常有带量纲系数，量纲不友好。量纲分析法由量纲友好原理简化普通函数关系，以指导试验研究。,3,量纲分析法：,瑞利法,、,定理,(,布金汉定理,),4,相同理论,模型试验理论基础,(1),力,学,相同,几何相同,:,边界条件和初始条件相同,运动相同,:,相应点速度和,加速度,方向相同、大小成百分比,动力相同,:,各种作用力方向相同，大小成百分比。,黏滞力,T,、重力,G,、压力,P,、,弹性力,E,、惯性力,I,理解,第10页,第10页,(2),相同准则,:,判断相同原则,量纲分析和相同原理,流体质点两类作用力：,维持原有运动状态力：惯性力,I,；,改变其运动状态力：重力,G,、黏滞力,T,、动水压力,P,等。,雷诺准则：,黏滞力相同准则,黏滞力,弗劳德准则：,重力相同准则,重力,(Re),p,=(Re),m,(Fr),p,=(Fr),m,欧拉准则：,压力相同准则,压力,(Eu),p,=(Eu),m,柯西准则,:,弹性力相同,准则,弹性力,(Ca),p,=(Ca),m,独立准则：,雷诺准则、弗劳德准则,导出准则：,欧拉准则,满足几何相同与独立准则是流体力学相同充足和必要条件。,不可压缩流体恒定流动力相同：,满足雷诺、弗劳德和欧拉三个准则。,因压强常为待求量，只要相应点惯性力、黏性力和重力相同，由力多边形相同，压强自行相同。,第11页,第11页,量纲分析和相同原理,4,模型试验,模型律选择原则：,确保对流动起主要作用力相同，可不满足次要力相同。,实际模型律选择：,（,1,）自由液面流动：弗劳德准则,重力,液面上下自由变动流动，如堰顶溢流、闸孔出流、明渠流动、孔口出流,（,2,）管道流动（第,6,章）,雷诺数较小：雷诺准则,黏滞力（,Re,）,层流区、临界过渡区、紊流光滑区和紊流过渡区,雷诺数较大：几何相同,管壁粗糙度,(,自模区，自动满足动力相同,),紊流粗糙区（即阻力平方区）,第12页,第12页,第,6,章 流动阻力和水头损失,1,水头损失计算公式,沿程摩阻系数（沿程阻力系数），试验拟定,达西魏斯巴赫公式,（,6-1,）,合用范围,：层流、紊流，各种过流断面形状均匀流沿程水头损失通用公式。,(2),局部水头损失,（,6-2,）,局部水头损失系数,(,局部阻力系数,),，试验拟定,(1),沿程水头损失,2,两种流态,层流,：,流体质点作有序、,互不渗入层状运动；,紊流,：质点运动形式以杂乱无章、互相掺混与涡体旋转为特性。,(1),圆管流雷诺数,Re,c,下临界雷诺数，普通为常数实用上称为临界雷诺数,(,紊流层流,),；,流态判别原则：,层流：,Re,Re,c,；临界流：,Re=Re,c,；紊流：,Re,Re,c,上临界雷诺数,易受外界干扰，,不是常数,(2),非圆通道流雷诺数,湿周,(,过流断面上流体与固体壁接触周界,),3,雷诺数,Re,c,2300,第13页,第13页,流动阻力和水头损失,4,沿程水头损失与剪应力关系,5,圆管中层流流动,(1),断面流速分布,圆管层流流速在断面,r,按抛物线分布,圆管层流沿程损失与断面平均流速一次方成正比,圆管层流沿程损失系数,与雷诺数,Re,成反比，与边壁粗糙度,k,s,无关。,（,6-17,）,(2),沿程损失表示式,(3),雷诺数物理意义,表征质点所受惯性作用和黏性作用之比。当,Re,Re,c,，流动受黏性作用控制，使流体因受扰动所引起紊动
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