2022年流体力学知识点.docx

《2022年流体力学知识点.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《2022年流体力学知识点.docx（18页珍藏版）》请在taowenge.com淘文阁网|工程机械CAD图纸|机械工程制图|CAD装配图下载|SolidWorks_CaTia_CAD_UG_PROE_设计图分享下载上搜索。

1、精选学习资料 - - - - - - - - - 学习必备 欢迎下载1.方法：理论分析；试验；数值运算；2.容重（重度）容重：指单位体积流体的重量；水的容重常用值： =9800 N/m3 3.流体的粘性 流体内部质点之间或流层间因相对运动而产生内摩擦力（切力）以抵抗相对运动的性质；粘性产生的缘由 2）分子间吸引力形成的阻力 运动的流体所产生的内摩擦力1）分子不规章运动的动量交换形成的阻力 即粘性力 的大小与与以下因素有关：接触面的面积成正比；与两平板间的距离 h 成反比；AU与流速 U 成正比；与流体的物理性质（黏度）成正比；Th牛顿内摩擦定律公式为：U duT A A4. 压缩系数 h dy

2、压缩系数：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：dVdp / V ddp /（m 2 /N ）（质量 m 不变, dm=d v= dv+vd =0, dV d）dp dp体积弹性模量体积弹性模量是体积压缩系数的倒数；液体 与随温度和压强而变化,但变化甚微；K 1dV dp/ V d dp/（N/m 2 ）5.流体的压缩性是流体的基本属性；6.抱负流体：是一种假想的、完全没有粘性的流体；实际上这种流体是不存在的；依据抱负流体的定义可知,当抱负流体运动时,不论流层间有无相对运动,其内部都不会产生内摩擦力,流层间也没有热量传输；这就给讨论流体的运动规律等

3、带来很大的便利；因此,在讨论实际流体的运动规律时,常先将其作为抱负流体来处理；Eg:按连续介质的概念,流体质点是指: 1m/s 速A、流体的分子； B、流体内的固体颗粒；C、几何的点；D、几何尺寸同流淌空间相比是微小量,又含有大量分子的微元体；D 如图,在两块相距20mm 的平板间布满动力粘度为0.065（N s）/m2 的油,假如以度拉动距上平板5mm,面积为0.5m2 的薄板（不计厚度） ；求（ 1）需要的拉力F；（ 2）当薄板距下平面多少时？F 最小；1.解 （1）duu平板上侧摩擦切应力：dy.006514 . 33（N/m2）1.0015平板下侧摩擦切应力：1.0 065.0113（

4、N/m2）005拉力：F12A 134 .330 5.8.665（N）（2）F0. 0651201HH对方程两边求导,当F0求得H10 mm此时 F 最小；名师归纳总结 一底面积为40 45cm2,高为 1cm 的木块,质量为5kg,沿着涂有润滑油的斜面对下第 1 页,共 10 页作等速运动 ,如下列图,已知木块运动速度u =1m/s,油层厚度d =1mm,由木块所带动的油- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 学习必备 欢迎下载层的运动速度呈直线分布,求油的粘度；解：等速 as =0 由牛顿定律：Fs=mas=0 mgsin A=0 （呈直线分布） q =

5、tan-15/12=22.62 1.流体静压强的特性a 静压强的方向 沿作用面的内法线方向b、在静止流体内部,任一点的流体静压强的大小与作用面的方向无关,只与该点的位置有关；2.流体静力学基本方程式结论：pp 0+h1）仅在重力作用下,静止流体中某一点的静水压强随深度按线性规律增加；2）仅在重力作用下,静止流体中某一点的静水压强等于表面压强加上流体的容重与该点淹 没深度的乘积；3）自由表面下深度h 相等的各点压强均相等 只有重力作用下的同一连续连通的静止流体的等压面是水平面；结论：在同一种液体中,无论哪一点 几何意义：Z+P/ 总是一个常数；位置水头 z ：任一点在基准面 0-0 以上的位置高

6、度,表示单位重量流体从某一基准面算起 所具有的位置势能,简称位能；压强水头 p：表示单位重量流体从压强为大气压算起所具有的压强势能,简 称压能（压强水头） ,是该点在压强作用下沿测压管所能上升的高度；测压管水头（Zp）：测压管水头,它表示测压管水面相对于基准面的高度；两水头相加等于常数,表示同一容器的静止液体中,全部各点的测压管水头均相等；因此,在同一容器的静止液体中,全部各点的测压管水面必定在同一水平面上；能量意义：式中 z 表示单位重量流体相对于某一基准面的位能,称为比位能；从物理学得知,名师归纳总结 把质量为m 的物体从基准面提升肯定高度z 后,该物体所具有的位能是mgz,就单位第 2

7、页,共 10 页重量物体所具有的位能为：mgz/mg=z ；表示单位重量流体的压力能,称为比压力能；由于压力为p、体积为 V 的流体所做的膨胀功为pV ,就单位重量物体所具有的压力能为：pV/G=p/ ；- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - Zp学习必备欢迎下载称为单位重量流体的总势能；重力作用下静止流体中各点的单位重量流体的总势能是相等的；这就是静止流体中的能量 守恒定律；3.压强的两种运算基准（肯定压强和相对压强）a.肯定压强：是以肯定真空状态下的压强（肯定零压强）为基准计量的压强,用 P 表示；b. 相对压强：又称 “ 表压强 ” ,是以当地工程大气

8、压 at 为基准计量的压强；用表示 P ,P e可“ ” 可“ ” ,也可为 “ 0” ；c.真空：是指肯定压强小于一个大气压的受压状态,是负的相对压强；正压：相对压强为正值（压力表读数）；负压：相对压强为负值；真空度：负压的肯定值真空表读数,用Pv 表示 ；pAA点相对压强PaA点肯定压强B点真空度大气压强PaBB点肯定压强肯定压强400F= sin ycA= hcA=pcA 上式说明：静止液体作用在任意外形平面上的总压力的大小,等于该平面形心处的静压力 与平面面积的乘积；液体总压力的方向垂直指向受压面的内法线方向；结论：（ 1）水静压力大小为形心处压强乘以平面面积；（ 2）水静压力方向垂直

9、于受压平面,并指向平面内法线方向；（ 3）作用点 yD 在形心下方,用 yD= yC+ JC/ycA 来算；5.绘制静水压强分布图静压力分布图是依据水静力学基本方程p=p0+ h,直接在受压面上绘制表示各点静压力大小和方向的图形；静水压强分布图绘制规章：1）依据肯定的比例尺,用肯定长度的线段代表静水压强的大小；2） 用箭头标出静水压强的方向,并与该处作用面垂直；受压面为平面的情形下,压强分布图的外包线为直线；当受压面为曲线时,曲面的长度与水深不成直线函数关系,故压强分布图外包线亦为曲线；液体作用在底边平行于水平面的矩形平面上的总压力,等于静压力分布图的面积与矩形平面宽度的乘积；或者说,其总压力

10、等于静压力分布图的体积；总压力的作用线,必定通过静压力分布图的形心,其方向垂直指向受压面的内法线方向；名师归纳总结 - - - - - - -第 3 页,共 10 页精选学习资料 - - - - - - - - - 学习必备 欢迎下载6.压力体压力体体积的组成：受压曲面本身；通过曲面四周边缘所作的铅垂面；自由液面或自由液面的延长线；压力体的种类：实压力体和虚压力体；实压力体 Fz 方向向下,虚压力体 Fz 方向向上；静水总压力2 21）作用在曲面上的静水总压力大小：P P x P z2）作用线与水平方向的夹角： arctan P zP xEg 如下列图,下述两个静力学方程哪个正确？A A B

11、答案 B 2：仅在重力作用下 ,静止液体中任意一点对同一基准面的单位势能为 _C_？A. 随深度增加而增加；B. 随深度增加而削减；C. 常数； D. 不确定；3：试问图示中 A、 B、 C、 D 点的测压管高度,测压管水头；（ D 点闸门关闭,以 D 点所在的水平面为基准面）A:0m ,6m B:2m,6m C:3m ,6m D:6m, 6m 3: 相对压强是指该点的肯定气压与 _ 的差值；A 标准大气压； B 当地大气压；C 真空压强；D 工程大气压；答案： B 4:某点的真空度为 65000Pa, 当地大气压为 0.1MPa 该点的肯定压强为（ B ）；A:65000Pa B:35000

12、Pa C:165000Pa D:100000Pa 5: 露天水池 ,水深 5m 处的相对压强（B ）；A:5kPa B:49kPa C:147kPa D:205kPa 6: 一密闭容器内下部为水,上部为空气,液面下 4.2m 处测压管高度为 2.2m,设当地大气压为 1 个工程大气压,就容器内肯定压强为几米水柱 . 答案： B A. 2m；B. 8m； C. 1m ； D. -2m ；7: 某点的肯定压强等于 0.4 个工程大气压,其相对压强为 _C_ ；A.0.6 工程大气压； B.-0.4 工程大气压；C.-58.8kPa D.-39.2kPa 8: 仅在重力作用下,静止液体的测压管水头线

13、必定 _A_. A 水平 B 线形降低 C 线形上升 D 呈曲线9: 某点压强为 1.0kgf/cm2, 用国际单位表示该处的压强为 _B_kPa ；A.100; B.98; C.1000; D.980 10: 仅在重力作用下,静止液体的 _D_ 线必为水平线；A.位置水头；B.测压管高度；C. 压强水头 ; D.测压管水头 . 11: 某液体的容重为 ,在液体内部 B 点较 A 点低 1m,其 B 点的压强比 A 点的压强大_A_Pa. 名师归纳总结 A. ; B.9800; C.10000; D.不能确定第 4 页,共 10 页- - - - - - -精选学习资料 - - - - - -

14、 - - - 学习必备 欢迎下载12: 仅在重力作用下,静止液体中任意点对同一基准面的_B_为一常数；A.单位位能；B.单位势能；C. 单位压能；D.单位动能1.描述流体运动的两种方法a.拉格朗日方法 b、欧拉法Eg 1 恒定流是： B A、流淌随时间按肯定规律变化；B、流场中任意空间点的运动要素不随时间变化；C、各过流断面的速度分布相同；D、各过流断面的压强相同；2.恒定总流的连续性方程 1Q2 Q 21V 1 A 12V 2A 2Eg 2：断面为 50 50cm2 的送风管,通过a, b,c,d 四个 40 40cm2 的送风口向室内输送空气,送风口气流平均速度均为5m/s,1 2 1 b

15、 2 c 3 3 d 求：通过送风管1-1,2-2,3-3 各断面的流速和流量；解：每一送风口流量 Q 0.4 0.4 5=0.8m3/s Q0 a Q04Q 3.2m3/s依据连续性方程Q0Q QQ Q0Q3Q2.4m3/s Q0Q 2Q Q Q02Q2Q1.6m3/s Q0Q33Q Q3 Q03Q0.8m3/s 各断面流速V 1Q 12.49.6m s2 u 1p2z 2u2A0.50.5V 2Q 21.66.4m sA0.50.5V 3Q 30.83.2m sA0.50.53. 伯努利方程p 1z 12pzu2常数2g2g2g式中各项物理意义：Z：是断面对于选定基准面的高度,水力学中称位

16、置水头,表示单位重量的位置势能,称单位位能；是断面压强作用使流体沿测压管所能上升的高度,水力学中称为压强水头,表示压力做功能供应应单位重量流体的能量,称为单位压能；是以断面流速 u 为初速度的铅直上升射流所能达到的理论高度,水力学中称为流速水头,表示单位重量的动能 ,称为单位动能；Hppz表示断面测压管水面相对于基准面的高度,称为测压管水头, 说明单位重量流体具有的势能称为单位势能；名师归纳总结 Hpzu2第 5 页,共 10 页2g- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 学习必备 欢迎下载称为总水头,说明单位重量流体具有的总能量,称为单位总能量；例水在水平

17、长管中流淌,在管壁B 点安置测压管 图 3-15；测压管中水面Cc 相对于管中点 A 的高度是 30m,求 A 点的压强单位重量元流伯努利方程p1z 12 u 1p2z2A u2 2hl122g2g问题 1：粘性流体总水头线沿程的变化是：D.前三种情形都有可能；A.沿程下降；B.沿程上升；C.保持水平；问题 2：粘性流体测压管水头线的沿程变化是：D A.沿程下降； B.沿程上升；C.保持水平； D.前三种情形都有可能；名师归纳总结 例水在直径为10cm 的 60 水平弯管中以5m/s 流速流淌, 弯管前端压强为0.1at,如不计第 6 页,共 10 页缺失,亦不考虑重力作用,求水流对弯管的作用

18、力；2 P2 解： 1）取掌握体,进口、出口及管壁组成1122；2）挑选坐标系,如图x 轴与弯y 管进口前管道轴线一样；FGP 1P 2Rx 1 由于不考虑重力,G02 管壁水作用力为R 壁角；水,假设与 x 轴成另：P 1 p 1向（已知）A 1方向沿 x 轴正方P1 60P 2p2A 2方向垂直于断面22,且指向掌握体内（未知）；2 V 1z2p22 V 2z 2A 2cos601 水 cos R壁- 水依据伯努利方程z1p 12g2gV 1V 22截面积不变z1p1pp9807N2 mp2R 壁由动量方程：F xp1A 1 QV 2xV 1x V 1A 1 V 2 cos60V 1 AV

19、2 cos601F yp2A 2 sin60R 壁水sin QV 2yV 1y VAV 2 sin600就2 AV sin60R 壁水272N,60R 水壁R 壁水- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 学习必备 欢迎下载1. 能量缺失可分为两类：沿程缺失和局部缺失影响因素： a 流淌状态：层流、紊流b 流速 c 管道的长度、内径d 流体的粘度e 管壁粗糙程度2. 两种状态：层流和紊流a.层流：流体分层运动,各层间互不干扰、互不相混的流淌状态b.紊流：流体质点运动彼此混杂、相互干扰,完全无规章的流淌状态Reudud3. 雷诺数ReVd / 通常用下临界雷诺数

20、来判别流体的流淌状态,即取圆管内流淌的临界雷诺数为Rec=2300；对于圆截面管道,当Re2000 时为层流, Re2000 时为紊流；hf322LV（层流沿程缺失与平均流速V 成一次方）d与hfL2 V比较 得64d2gRe- 圆管层流沿程阻力系数表达式（只与雷诺数有关）例 在管径 d=1cm,管长 L=5m 的圆管中, 冷冻机润滑油作层流运动,测得流量 Q=80cm3/s,水头缺失 hf =30m oil ,试求油的运动粘滞系数 ？解：管中润滑油的平均流速 QV 102cm/s沿程阻力系数为 A h f2 1.13L Vd 2g 是层流 64 Re 64 56.6Re Vd 102 1 2

21、Re 56.6 1.82cm /s4. 沿程缺失系数的变化可分为：层流区,临界过渡区,紊流光滑区,紊流过渡区,紊流粗糙区；5. 水力半径 R= 过流断面面积 /湿周长 =A/x 1. 流淌的力学相像几何相像（空间相像）运动相像（时间相像）动力相像（时间相像）【例 4-3】 图 4-5 所示为弧形闸门放水时的情形；已知水深 h=6m ；模型闸门是按长 度 C l 1 20 比例尺制作的, 试验时的开度与模型的相同；试求流淌相像时模型闸门前 的 水 深 ； 在 模 型 实 验 中 测 得 收 缩 截 面 的 平 均 流 速 v 2 . 0 m s, 流 量q V 3 10 2m 3s,水作用在闸门

22、上的力 F 102 N,绕闸门轴的力矩M 120 N m；试求在原型上收缩截面的平均流速、流量以及作用在闸门上的力和力矩 ；名师归纳总结 - - - - - - -第 7 页,共 10 页精选学习资料 - - - - - - - - - 【解】学习必备欢迎下载Clh6200 .（m）按长度比例尺,模型闸门前的水深h在重力作用下水从闸门下出流,要是流淌相像,弗劳德数必需相等,由此可得CvCl12；于是,原型上的待求量可按有关比例尺运算如下：s收缩截面的平均流速vv CvvCl122. 020128. 944m流量q Vq VCq Vq VCl520 .03205253.67m3s作用在闸门上的力

23、FFCFFC31022038 .1605 10Nl力矩MMCmMCl41202041 .920107Nm1. 泵与风机的分类 按工作原理不同,泵与风机通常分为三大类；1.叶轮式泵与风机 通过高速旋转的叶轮对流体做功,使流体获得能量；依据流体流过叶轮时的方向不同,又可分为三种；1离心式泵与风机2轴流式泵与风机3混流式泵与风机2.容积式泵与风机 通过工作室容积的转变对流体做功,使流体获得能量；依据工作室容积转变的方式不同,又可分为两种；1往复式2旋转式3. 流体在叶轮中的运动及速度三角形 流体在叶轮中的运动很复杂；它一方面随叶轮旋转作圆周运动,即牵连运动,另一方面沿叶片方向作相对于叶片的相对运动,

24、二者合成为肯定运动,如图11-7 所示；圆周速度u 沿圆周的切线方向,相对速度w 沿叶片弯曲方向,肯定速度c 是 u 与 w 的向量和,即cuw湿 周流体在叶轮中的运动a圆周运动；b相对运动；c肯定运动流体在流道中任意点的三种速度,可以绘成速度图 即速度三角形 ,如图；其中圆周速度 u 沿圆周切线方向,用水平线段表示；相对速度 w 与圆周速度 u 的反向夹角,叫做安装角,它表示叶片弯曲的方向；肯定速度 c 与圆周速度 u 的夹角,叫做工作角,它表示流体运动的方向；速度图 速度三角形 名师归纳总结 - - - - - - -第 8 页,共 10 页精选学习资料 - - - - - - - - -

25、 肯定速度 c 可以分解为径向分速度学习必备欢迎下载cu；径向分速度与流量有关,切向cr 和切向分速度分速度与压头有关；即c rc sin基本假设ccosc u1叶轮具有无限多个叶片,叶片厚度极薄；2流过叶轮的流体是不行压缩抱负流体3流体在叶片之间的流道中流淌时,为稳固的层流流淌；叶轮可分为三种型式：1.后弯式 2 90 ,叶片出口方向与叶轮旋转方向相反；2.径向式 2=90 ,叶片出口方向沿叶轮的半径方向；3.前弯式 290 ,叶片出口方向与叶轮旋转方向一样；取外径相同、转速相同 u2 相同 、流量相同 cr2 相同 的三种型式叶轮,见图,比较其理论压头；由式 11-16可知：后弯式290

26、,cot 20,就 HT u22/g；径向式2=90 ,cot 2=0,就 HT=u22/g ；前弯式290 , cot 2 0,就HT u22/g；因此,在流量、尺寸、转速相同的条件下,前弯式叶轮产生的理论压头最大,后弯式叶轮的理论压头最小,径向式居中；三种型式叶轮a后弯式290 ； b径向式2=90 ； c前弯式290泵与风机的理论压头与理论流量是线性关系1后弯式叶轮 290 , cot 2 0,B0,当 QT 增大时, HT 减小, HT-QT 线向下倾斜；2前弯式叶轮 290 , cot 2 0,B0 ,当 QT 增大时, HT 增大, HT-QT 线向上倾斜三种叶型的理论功率曲线a-

27、前弯式； b-径向式； c-后弯式1）对于径向式叶轮 2=90 cot 2=0,B=0,理论功率曲线是一条直线；2）对于前弯式叶轮,2 90 , cot 20, B0,理论功率曲线是向上凹的二次曲线；3）对于后向式叶轮,2 90 , cot 20, B0,理论功率曲线是向下凹的二次曲线泵与风机的实际性能曲线泵与风机在运行中的缺失,按产生的缘由,可分为三种：机械缺失,容积缺失和水力缺失；常用的泵与风机实际压头曲线有三种类型：陡降型、缓降型与驼峰型；转速转变时性能参数的变化同一台泵或风机,当转速转变时,性能参数随之变化；此时Cl=1,相像律简化为名师归纳总结 - - - - - - -第 9 页,

28、共 10 页精选学习资料 - - - - - - - - - 学习必备欢迎下载n2QnHQnHnpn2Nn3 pnNn叶轮直径转变时性能参数的变化 对于同一系列的泵或风机,当转速和流体的密度不变,仅叶轮直径不同时,性能参数随之变化；此时np/nm=1 , p/ m=1,相像律简化为HD 22QD 23QD 2HD 21. 泵与风机的联合工作pD22ND25pD2ND2两台或两台以上的泵或风机在同一管路系统中工作,称为联合运行；联合运行分为并 联和串联两种情形；目的在于增加流量或增加压头；并联工作的特点是各台机器的压头相同,而总流量等于并联后各台机器流量之和；泵或风机串联工作的特点是通过各台机器

29、的流量相同,而总压头为串联后各台机器压 头的总和；并联运行的工况分析 串联机组的工况分析 转变泵或风机转速的方法有以下几种：1转变电机转速2调换皮带轮3采纳液力联轴器转变泵与风机性能曲线的调剂方法a,转变泵与风机的转数,b 转变风机进口导流叶片角度 c 切削水泵叶轮调剂其他性能曲 线 d 转变叶片宽度和角度的调剂方法 泵内汽蚀现象 流淌着的液体因局部压力降低形成空泡而引起的不正常工况；又称“ 空化 ” ；液体被吸入叶 轮时会显现局部压降,并在叶片进口部位的背面形成低压区,当该处压力低于液体在相应 温度下的饱和蒸气压时,液体气化并显现气泡,溶解于液体的气体也会逸出；当气泡随液 流进入高压区时,快速缩小凝聚,在瞬时造成小范畴局部真空,四周液体急速冲来,造成相互撞击, 同时以高压冲击与气泡接触的零件表面,相伴着发生噪音和振动,此现象即称 “ 气蚀” ；名师归纳总结 - - - - - - -第 10 页,共 10 页