流体力学名词解释.ppt

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1、表解表解1-1 名词解释名词解释名词名词解解 释释相关公式相关公式流体流体在切应力作用下在切应力作用下,且不论该切应力多且不论该切应力多么地小么地小,都将连续不断地变形的物质。都将连续不断地变形的物质。惯性惯性密度密度物体维持原有运动状态能力的性质。物体维持原有运动状态能力的性质。单位体积的质量。单位体积的质量。比容比容 或或比体积比体积流体密度的倒数。流体密度的倒数。即即单位质量流体所占据的体积。单位质量流体所占据的体积。重力特性重力特性容重容重流体受地球引力作用的特性。流体受地球引力作用的特性。即即单位体积的重量。单位体积的重量。比重比重 或或相对密度相对密度流体的密度或容重与流体的密度或

2、容重与4水的密度或容水的密度或容重之比值。重之比值。表解表解1-1 名词解释名词解释 (续续1)名词名词解解 释释相关公式相关公式黏滞性黏滞性流体所具有的抵抗两层流体流体所具有的抵抗两层流体相对流动相对流动(或普遍地说，抵抗或普遍地说，抵抗变形变形)的性质。的性质。压缩性压缩性流体体积或密度随压力增加流体体积或密度随压力增加或减小时发生变化的性质。或减小时发生变化的性质。热胀性热胀性一定压力下，流体体积随温一定压力下，流体体积随温度变化而变化的性质。度变化而变化的性质。表解表解1-1 名词解释名词解释 (续续2)名词名词解解 释释相关公式相关公式理想气体理想气体状态方程状态方程温度不过高温度不

3、过高,压强不过大时压强不过大时,气体密度、压强和温度三者气体密度、压强和温度三者所遵循的关系。所遵循的关系。表面张力表面张力由于分子间的吸引力，在液由于分子间的吸引力，在液体的自由表面上所承受的极体的自由表面上所承受的极其微小的张紧力。其微小的张紧力。润湿现象润湿现象当液体与固体壁面接触时，当液体与固体壁面接触时，若附着力大于内聚力时，液若附着力大于内聚力时，液体能湿润固体。体能湿润固体。毛细现象毛细现象当毛细插入液体内时，管内当毛细插入液体内时，管内液面升高可下降的现象。液面升高可下降的现象。表解表解1-2 作用在流体上的力作用在流体上的力名词名词解解 释释相关公式相关公式表面力表面力作用有

4、所考虑的流体作用有所考虑的流体(可可称分离体称分离体)表面上的力。表面上的力。正应力正应力切应力切应力质量力质量力作用于流体每一个质点作用于流体每一个质点(或微团或微团)上的力。上的力。表解表解1-3 流体的力学模型流体的力学模型名名 词词解解 释释相关概念相关概念连续介质假设连续介质假设流体所占据的空间是由流流体所占据的空间是由流体质点连续地充满着。体质点连续地充满着。牛顿流体牛顿流体其切向力其切向力(或切应力或切应力)大小大小与角变形率成正比。与角变形率成正比。非牛顿流体非牛顿流体理想流体理想流体不考虑黏性不考虑黏性作用的流体。作用的流体。黏性流体黏性流体不可压缩流体不可压缩流体不计压缩性

5、和热胀性对流不计压缩性和热胀性对流体物理性质的影响时体物理性质的影响时。可压缩流体可压缩流体表解表解2-1 基本概念基本概念项目项目解解 释释相关公式相关公式流流 体体静压强静压强定定义义平衡流体中平衡流体中,某点上所承受的单某点上所承受的单位面积上的内法向力位面积上的内法向力(正压力正压力)。特特性性流流体静压强的方向总是沿着体静压强的方向总是沿着作用面的内法线方向；作用面的内法线方向；平衡流体中任一点的静压强平衡流体中任一点的静压强大小与其作用面方位无关。大小与其作用面方位无关。等压面等压面定定义义平衡流体中压强相等的点所组平衡流体中压强相等的点所组成的面。成的面。特特性性等压面与等势面重

6、合等压面与等势面重合。等压面恒与质量力正交。等压面恒与质量力正交。表解表解2-1 基本概念基本概念(续续)名词名词解解 释释相关公式相关公式绝对压强绝对压强 以绝对真空为基准计量的压强。以绝对真空为基准计量的压强。相对压强相对压强(表压强表压强)以当地大气压强为基准计量的压以当地大气压强为基准计量的压强。强。真空度真空度若某点的绝对压强小于当地大气若某点的绝对压强小于当地大气压强时相对压强的绝对值压强时相对压强的绝对值。压压力力体体实实由受压曲面、自由液面或自由液由受压曲面、自由液面或自由液面的延伸面以及通过受压曲面边面的延伸面以及通过受压曲面边界向自由液面或其延伸面所作的界向自由液面或其延伸

7、面所作的铅垂柱面围成的空间体积铅垂柱面围成的空间体积。虚虚表解表解2-2 流体平衡微分方程流体平衡微分方程形式形式公式公式意义意义注释注释矢量矢量 单位质量力单位质量力；压强梯度压强梯度(递增递增率率)Nabla算算子子，或，或Hamiltonian算子算子直角直角坐标坐标系的系的分量分量分项分项意意 义义简简 解解物理意义物理意义流体在该处单位重量流体所具有的位置能流体在该处单位重量流体所具有的位置能量量,称为称为比位能比位能。几何意义及几何意义及水力学名称水力学名称所测点与基准面间的距离所测点与基准面间的距离,称为称为位置水头位置水头。物理意义物理意义流体质点在流体质点在z处单位重量流体所

8、具有的压处单位重量流体所具有的压力能量力能量,称为称为比压能比压能。该压力作用下测压。该压力作用下测压管中液柱将升高管中液柱将升高p/(g)。几何意义及几何意义及水力学名称水力学名称所测点由于压强作用开口玻璃管液柱上升所测点由于压强作用开口玻璃管液柱上升高度高度,称为称为压强水头压强水头。物理意义物理意义流体在流体在z处单位重量流体所具有的总势能处单位重量流体所具有的总势能,称为称为比势能比势能。几何意义及几何意义及水力学名称水力学名称开口玻璃管液面与基准面之间的距离开口玻璃管液面与基准面之间的距离,称称为为测压管水头测压管水头。表解表解2-3 流体静力学基本方程流体静力学基本方程测压管水头线

9、测压管水头线基准面基准面位置水头线位置水头线表解表解3-1 3-1 基本概念基本概念项项 目目解解 释释相关公式相关公式(例例)流流体体运运动动的的描描述述Lagrange法法从整个流动是无数单个质点运从整个流动是无数单个质点运动的总和出发，以个别质点为动的总和出发，以个别质点为观察对象来描述，再将每个质观察对象来描述，再将每个质点的运动情况汇总起来，得到点的运动情况汇总起来，得到了整个流体流动的描述。了整个流体流动的描述。Euler法法以流体运动的空间点作为观察以流体运动的空间点作为观察对象，观察某一时刻各空间点对象，观察某一时刻各空间点上流体质点的运动，再将每个上流体质点的运动，再将每个时

10、刻的情况汇总起来，得到了时刻的情况汇总起来，得到了整个流体流动的描述。整个流体流动的描述。表解表解3-1 3-1 基本概念基本概念(续续1)1)名名 词词解解 释释相关公式相关公式恒定流动恒定流动流场中流体各物理量仅与空间流场中流体各物理量仅与空间坐标有关坐标有关,而与时间无关。而与时间无关。非恒定流动非恒定流动流场中流体各物理量与空间坐流场中流体各物理量与空间坐标和时间均有关。标和时间均有关。均匀流动均匀流动同一时刻流场中流体的各物理同一时刻流场中流体的各物理量处处相等量处处相等。非均匀流动非均匀流动同一时刻流场中流体的各物理同一时刻流场中流体的各物理量不是处处相等量不是处处相等。一元流动一

11、元流动流场中流体的各物理量只是空流场中流体的各物理量只是空间某一坐标和时间的函数间某一坐标和时间的函数。二、三元流动二、三元流动流场中流体的各物理量为二流场中流体的各物理量为二(或三或三)个坐标和时间的函数个坐标和时间的函数。表解表解3-1 3-1 基本概念基本概念(续续2)2)名词名词解解 释释相关公式相关公式(例例)流线流线某时刻流动方向的曲线，曲线上各质点某时刻流动方向的曲线，曲线上各质点的速度矢量与该曲线相切。的速度矢量与该曲线相切。迹线迹线某一质点在一段时间内运动的轨迹某一质点在一段时间内运动的轨迹。流管流管某时刻过流场内一不与流线重合的封闭某时刻过流场内一不与流线重合的封闭曲线上各

12、点作流线构成的管状曲面曲线上各点作流线构成的管状曲面。流束流束充满流体的流管充满流体的流管。过流过流断面断面在流束上作出的与所有流线正交的横断在流束上作出的与所有流线正交的横断面面。元流元流过流断面无限小的流束，其几何特征与过流断面无限小的流束，其几何特征与流线同流线同。断面上各点运动参量均同。断面上各点运动参量均同。表解表解3-1 3-1 基本概念基本概念(续续3)3)名名 词词解解 释释相关公式相关公式(例例)总流总流过流断面有限大小流束过流断面有限大小流束,由无数元流由无数元流构成构成,断面上各点运动参量不同。断面上各点运动参量不同。流量流量单位时间内流过某一过流断面的流单位时间内流过某

13、一过流断面的流体体积体体积(或质量或重量或质量或重量)。有称。有称体积流体积流量量(或或质量流量质量流量或或重量流量重量流量)。平均平均流速流速设相过流断面上速度设相过流断面上速度v均匀分布，通均匀分布，通过的流量与实际流量相等过的流量与实际流量相等。渐变流渐变流迁移加速度很小的流动迁移加速度很小的流动,或从几何上或从几何上看看,流线曲率、流线间夹角均很小的流线曲率、流线间夹角均很小的流动流动流线接近于平行直线流动。流线接近于平行直线流动。急变流急变流表解表解3-2 3-2 总流连续性方程总流连续性方程内容内容形式或表述形式或表述使用条件使用条件公式公式不可压缩流体；不可压缩流体；恒定流动。恒

14、定流动。原理原理质量守恒原理质量守恒原理项目项目意意 义义简简 解解物理意义物理意义单位重量流体所具有的动能单位重量流体所具有的动能即即比动能比动能。几何意义及几何意义及水力学名称水力学名称流体质点以流体质点以u铅直向上喷射的高度铅直向上喷射的高度即即速度水速度水头头。物理意义物理意义单位重量流体所具有的总机械能单位重量流体所具有的总机械能即即总总比能比能。几何意义及几何意义及水力学名称水力学名称总总水头水头。该方该方程的程的实质实质物理意义物理意义机械能转换与守恒定律在流体力学的表达式。机械能转换与守恒定律在流体力学的表达式。几何意义及几何意义及水力学名称水力学名称总水头线总水头线基准面基准

15、面。表解表解3-3 3-3 理想流体伯努利方程理想流体伯努利方程位置水头线位置水头线AB测压管水头线测压管水头线CD总水头线总水头线EF基准面基准面项目项目简简 解解圆管内层流时，圆管内层流时，=2；在工业管道通常的流动条件下，在工业管道通常的流动条件下，=1.011.10，且湍流程度越大，且湍流程度越大，越接近越接近1，可近似取，可近似取1。总流两断面间单位重量流体的机械总流两断面间单位重量流体的机械能损失能损失即即水头损失水头损失。表解表解3-4 3-4 实际流体伯努利方程实际流体伯努利方程位置水头线位置水头线AB基准面基准面测压管水头线测压管水头线CD理想流体水头线理想流体水头线EF实际

16、水头线实际水头线EF表解表解3-5 3-5 恒定总流动量方程恒定总流动量方程项项 目目简简 解解动量修正系数动量修正系数 0值取决于过流断面值取决于过流断面上的速度分布，对于速度分布较均上的速度分布，对于速度分布较均匀的流动，匀的流动，0=1.021.05，通常取，通常取 0=1.0。适用条件适用条件不可压缩流体；不可压缩流体；恒定流动。恒定流动。表解表解5-1 基本概念基本概念名词名词简单解释或相关公式简单解释或相关公式沿程水头损失沿程水头损失均匀流中，流体所受阻力均匀流中，流体所受阻力称为称为沿程阻力沿程阻力。克服这种阻力所耗损的能量克服这种阻力所耗损的能量称为称为沿程损失沿程损失。对于单

17、位重量流体时对于单位重量流体时称为称为沿程水头损失沿程水头损失，记作，记作hf。局部水头损失局部水头损失非均匀流中，流体所受阻力非均匀流中，流体所受阻力称为称为局部阻力局部阻力。克服这种阻力所耗损的能量克服这种阻力所耗损的能量称为称为局部损失局部损失。对于单位重量流体对于单位重量流体时称为时称为局部水头损失局部水头损失，记作，记作hm。层流层流流线层次分明的流动。流线层次分明的流动。湍流湍流流体质点运动杂乱无章。流体质点运动杂乱无章。水力半径水力半径过过流断面面积流断面面积/湿周。湿周。R=A/当量直径当量直径水力半径的水力半径的4倍。倍。de=4R表解表解5-2 圆管内层流运动与均匀流基本方

18、程圆管内层流运动与均匀流基本方程项项 目目公公 式式注注 释释圆圆管管内内层层流流运运动动均均 匀匀 流流基本公式基本公式 或或速度分布速度分布旋转抛物面分旋转抛物面分布规律布规律切应力切应力分分 布布直线分布规律直线分布规律流量流量Hargen-Poiseuille管内层流公式管内层流公式vumax项目或名称项目或名称简单注解简单注解或相关公式相关公式湍流运动特征湍流运动特征流体质点相互混杂、湍流脉动流体质点相互混杂、湍流脉动。前者着眼于质。前者着眼于质点运动情况，后者着眼于空间点的运动参数。点运动情况，后者着眼于空间点的运动参数。时均化概念时均化概念 及及湍流附加应力湍流附加应力混合长度理

19、论混合长度理论质点混合过程中，存在一个与气体分子自由程相当质点混合过程中，存在一个与气体分子自由程相当的距离的距离l，质点在该距离内不与其它质点相碰，保持，质点在该距离内不与其它质点相碰，保持原有物性，直至经过原有物性，直至经过l行程，才与周围质点混合，发行程，才与周围质点混合，发生动量交换，生动量交换，l称为称为混合长度混合长度。普朗特普朗特-卡门卡门对数分布律对数分布律表解表解5-3 圆管内湍流运动圆管内湍流运动表解表解5-3 沿程水头损失计算公式沿程水头损失计算公式 (Durcy-Weisbach公式公式)属属 区区相关公式相关公式区区层流区层流区(Re2000)区区临界过渡区临界过渡区

20、(2000Re4000)属区属区相关公式相关公式区区湍流光滑区湍流光滑区尼古拉兹光尼古拉兹光滑区公式滑区公式区区湍流过渡区湍流过渡区柯列勃洛克柯列勃洛克公式公式区区湍流粗糙区湍流粗糙区尼古拉兹粗尼古拉兹粗糙区公式糙区公式表解表解5-3 沿程水头损失计算公式沿程水头损失计算公式(续续1)属区属区相关公式相关公式区区湍流光滑区湍流光滑区布拉修斯公式布拉修斯公式区区湍流过渡区湍流过渡区阿里特苏里公式阿里特苏里公式区区湍流粗糙区湍流粗糙区希弗林松公式希弗林松公式表解表解5-3 沿程水头损失计算公式沿程水头损失计算公式(续续2)表解表解5-4 局部水头损失计算公式局部水头损失计算公式其中其中 局部局部阻

21、力系数，理论上阻力系数，理论上 =f(局部阻碍形状，局部阻碍形状，K/d，Re)由于受局部阻碍的强烈扰动作用，由于受局部阻碍的强烈扰动作用，Re较小时，流动较小时，流动就已达到充分湍动，此时就已达到充分湍动，此时 =f(局部阻碍形状局部阻碍形状)v 对应的断面平均流速。对应的断面平均流速。局部阻碍形式繁多，局部阻碍形式繁多，多由实验确定。多由实验确定。小小 结结孔口、管嘴出流和有压管流各自的水力特点：孔口、管嘴出流和有压管流各自的水力特点：孔口、管嘴只有局部损失，不计沿程损失孔口、管嘴只有局部损失，不计沿程损失:hl=hm短管的局部损失和沿程损失都要计入短管的局部损失和沿程损失都要计入:hl=

22、hf+hm+v2/2g长管的局部损失和流速水头的总和同沿程损失相比很小，长管的局部损失和流速水头的总和同沿程损失相比很小，按沿程损失的某一百分数估算或忽略不计：按沿程损失的某一百分数估算或忽略不计：hl=hf孔口自由出流和淹没出流的基本公式相同，各项系孔口自由出流和淹没出流的基本公式相同，各项系数相同，作用水头算法不同。数相同，作用水头算法不同。短管的水力计算可直接应用连续性方程、伯努利方短管的水力计算可直接应用连续性方程、伯努利方程，并计入全部水头损失求解。程，并计入全部水头损失求解。正常工作条件下，圆柱形外管嘴的过流能力大于孔正常工作条件下，圆柱形外管嘴的过流能力大于孔口的过流能力口的过流能力:长管的水头损失长管的水头损失n简单管道简单管道 H=hf=SQV2n串联管道串联管道 H=hfi=SiQVi2n并联管道并联管道 hf=hfi=SiQVi2 (i=1,2,3,)水击是有压管道中发生的弹性波传播过程，研究水水击是有压管道中发生的弹性波传播过程，研究水击现象，计算水击压强，须考虑水的压缩性和管壁击现象，计算水击压强，须考虑水的压缩性和管壁的弹性。的弹性。