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1、第一章 绪论质量力：质量力是作用在流体的每个质点上的力。流体质点：流体中宏观尺寸无穷小、而微观尺寸无穷大的任一物理实体。表面力：是作用在所考虑流体表面上的力，其大小与被作用的表面积成正比。是毗邻流体或其他物体作用在流体隔离体表面上的直接施加的接触力应力：单位面积上的作用力法向应力：单位面积上的法向力（正应力）流体的压强切向应力：单位面积上的切向力切应力惯性:是物体维持原有运动状态的能力的性质。密度：单位体积流体所具有的质量容重：单位体积的流体受到的重力流体的黏滞性：流体内部质点间或流层间因相对运动而产生内摩擦力以反抗相对运动的性质，此内摩擦力称为流体的黏滞力.切应力: 流层间单位面积上的内摩擦
2、力速度梯度:速度沿垂直于速度方向y的变化率动力黏度的物理意义：单位速度梯度下的切应力运动黏度:流体的动力黏度与密度的比值牛顿流体：符合牛顿内摩擦定律的流体。非牛顿流体：不符合牛顿内摩擦定律的流体。流体的压缩性:流体受压，体积缩小，密度增大的性质流体的热胀性:流体受热，体积膨胀，密度减小的性质压缩系数:当温度保持不变时，单位压强增量引起流体密度的相对变化率流体的弹性模量: 压缩系数的倒数热胀系数:表达当压强保持不变时，单位温度增量引起液体密度的相对变化率假如把两端开口的玻璃细管竖立在液体中，液体就会在细管中上升或下降一定高度，这种现象称为毛细管现象，相应的细管称为毛细管表面张力系数:单位长度上的
3、表面张力值接触角概念: 当液体与固体壁面接触时形成曲面, 在曲面和管壁交接处，曲面的切线与管壁的夹角，称为接触角可压缩流体：流体密度随压强变化不能忽略的流体。抱负流体：没有粘性的流体。易流动性：静止时不能承受切向力，运动时抵抗剪切变形的能力。三大模型：连续介质模型、不可压缩模型、抱负流体模型。连续介质假设是流体力学中第一个带主线性的假设连续介质模型：认为液体中充满一定体积时不留任何空隙，其中没有真空，也没有分子间隙，认为液体是连续介质，由此抽象出来的便是连续介质模型。不可压缩流体模型：在忽略液体或气体压缩性和热胀性时，认为其体积保持不变以简化分析，流体密度随压强变化很小，可视为常数的流体。抱负
4、流体模型：连续介质模型和不可压缩模型的总和。思考题 流体质点与流体微团的区别（1）流体质点从几何上讲，宏观上看:仅是一个点，无尺度、无表面积、无体积;从微观上看:流体质点中又包含很多流体分子。从物理上讲，具有流体诸物理属性。（2）流体微团流体微团虽很微小，但它有尺度、有表面积、有体积，可作为一阶、二阶、三阶微量解决。流体微团中包含很多个流体质点，也包含很多很多个流体分子。质量力与表面力之间的区别： 作用点不同质量力是作用在流体的每一个质点上表面力是作用在流体表面上； 质量力与流体的质量成正比（如为均质体与体积成正比）表面力与所取的流体的表面积成正比 质量力是非接触产生的力,是力场的作用表面力是
5、接触产生的力第二章 水静力学静水压力：当流体静止不动时，流体内部相邻两部分之间互相作用的力或流体对其接触的固体壁面的作用力。平均流体静压强：作用在单位面积上的力当面积A无限缩小到a点时，以上比值趋近于某一个极限值，该极限值称为a点的流体静压强某一点距离基准面的高度，表达单位重量流体对基准面的位置势能。静止的不可压缩均质流体中任何一点的压强势能与位置势能之和是常数。绝对压强：以毫无一点气体存在的绝对真空为零点起算的压强。相对压强：以同高程大气压强为零点起算的压强。真空压强：是指绝对压强小于本地大气压时，P为负值时的状态。实压力体或正压力体:充满液体的压力体虚压力体或负压力体:不充满液体的压力体在
6、静止流体中，压强的变化是由质量力决定的，只有在质量力不等于零的方向，才有压强的变化。静水压强的两特性：1， 压强方向与作用面内法线方向重合。2， 静止液体中任一点静水压强的大小与作用面的方向无关，即，作用于同一点各方向的静水压强相等。等压面与质量力正交。等压面：液体压强相等的各点组成的面。同种，静止，连续的液体的水平面为等压面。第三章 水动力学基础流场:流体质点在流动中所占据的空间流体质点:是一个物理点，是构成连续介质的流体的基本单位空间点:空间点是一个几何点，表达空间位置恒定流:各空间点上的运动要素(速度、压强、密度等)皆不随间变化的流动拉格朗日法：把流场中的液体看做是由无数连续质点所组成的
7、质点系，追踪研究每一质点的运动轨迹并加以数学描述，从而求得整个液体运动规律的方法，称拉格朗日法。欧拉法：直接从流场中每一固定空间点的流速分布入手，建立速度、加速度等运动要素的数学表达式，来获得整个流场的运动特性。流线：表达某一瞬时流体各质点运动趋势的曲线，曲线上任一点的切线方向与该点的流速方向重合。（对欧拉法的描绘）迹线：某一质点在某一时段内的运动轨迹。（对拉格朗日法的描绘）流管：在垂直于流动方向的平面上，过流场中任意封闭的微小曲线上的点作流线所形成的管状面称为流管。流束：流管以内的流体，称之为流束。过流断面：流束上与流线正交的横断面称为过流断面。元流：过流断面无限小的流束，几何特性与流线相同
8、。总流：由无数多个元流组成的，在一定边界内具有一定大小尺寸的实际流动的流体流量单位时间内通过某一过流断面的流体的量体积流量：单位时间内通过断面的流体体积，以Q表达。单位为m3/s质量流量：单位时间内通过断面的流体质量，以Qm表达。单位为kg/s断面压强作用使流体沿测压管所能上升的高度，称之为压强水头速度水头：流体由于具有速度u，在无阻力的情况下单位重量流体所能垂直上升的最大高度测压管水头：断面测压管水面相对于基准面的高度总水头：位置水头、压强水头和速度水头之和毕托管：通过测量总压与静压之差来测量流体速度的一种装置水头损失：单位重量液体从断面1-1流至断面2-2所损失的能量一元流：运动要素是一个
9、空间坐标的函数的流动。二元流：运动要素是二个空间坐标的函数的流动。三元流：运动要素是三个空间坐标的函数的流动。均匀流：质点流速的大小和方向沿程均不变的流动渐变流：各流线接近与平行直线的流动。急变流：流速沿流向变化显著的流动有压流：无自由表面，表面压强不等于零的流动。无压流：有自由表面；或虽然无自由表面，但是表面压强等于零的流动。射流: 流体从孔口、管嘴或缝隙中连续射出一股具有一定尺寸的流束，射到足够大的空间去继续扩散的流动总水头线：各断面总能量值连接起来的曲线或直线测压管水头线：各断面的(Z+p/)值连接起来的线动量定律：作用于物体的冲量，等于物体的动量增量控制体：是空间的一个固定不变的区域，
10、是根据问题的需要所选择的固定的空间体积。它的边界面称为控制面系统：是一团拟定不变的流体质点的集合。系统外的一切称为外界。均匀流和渐变流断面压强分布：过水断面上的压强服从于水静力学分布规律。能量方程的应用条件：1，恒定流，2，不可压缩液体，3，质量力只有重力，4，两过水断面须选在均匀流或渐变流区段上，但两过水断面间可以有急变流存在。5，两过水断面除了水头损失外，无能量流入或流出，6，沿程流量不变。思考题 1什么是流线？什么是迹线？流线与迹线的区别是什么？迹线和流线最基本的差别是：迹线是同一流体质点在不同时刻的位移曲线，与拉格朗日观点相应，而流线是同一时刻、不同流体质点速度方向与之相切的曲线，与欧
11、拉观点相相应。在恒定流中，流线的形状不随时间变化，任一流体质点必然沿某一拟定的流线运动，此时流线和迹线在几何上是一致的，两者重合。2什么是恒定流动？什么是非恒定流动？3何谓渐变流，渐变流有哪些重要性质？引入渐变流概念，对研究流体运动有什么实际意义？实际的流动，通常不是严格的均匀流，但接近于均匀流，这种流动称为渐变流动，渐变流的流线近乎平行直线，过流断面可认为是平面，即渐变流可近似的按均匀流解决，压强分布也服从流体静力学规律。4动能修正系数及动量修正系数的物理意义是什么？5说明总流伯努利方程各项的物理意义和几何意义。物理意义：总流各过流断面上单位重量流体所具有的势能平均值和动能平均值之和，亦即总
12、机械能的平均值沿流程减小，部分机械能转化为热能而损失，各项能量之间可以互相转换。几何意义：对于液体来说，总流各过流断面上总水头沿流程下降,所下降的高度即为水头损失，各水头之间可以互相转化。流动方向：水流总是从水头大处流向水头小处；或水流总是从单位机械能大处流向单位机械能小处。6结合公式推导，说明总流动量方程合用条件。合用条件：恒定流过水断面为均匀流或渐变流过水断面无支流的汇入与分出第四章 水流阻力和水头损失水头损失：单位重量流体的能量损失压强损失：单位体积内的流体的能量损失沿程阻力：沿流程的摩擦阻力沿程损失：流体流动克服沿程阻力而损失的能量沿程水头损失：单位重量流体的沿程损失沿程压强损失：单位
13、体积流体的沿程损失局部损失：流体为克服局部阻力所损失的能量局部水头损失：单位重量流体的局部损失局部压强损失：单位体积流体的局部损失总能量损失：沿程阻力和局部阻力两者之和称为总阻力，沿程损失和局部损失两者之和层流：液体质点在流动时互不掺混而分层有序的流动。紊流：流速增大，流层逐渐不稳定，质点互相掺混，流体质点运动轨迹极不规则的流动。流态判别准则：临界雷诺数紊流脉动与时均化紊流的脉动：紊流中，由于液体质点具有随机性的互相掺混，质点间不断发生动量互换，因此导致各空间点的速度、压强等运动要素随时间做不规则的变化的现象。脉动：紊流中，某空间点的瞬时速度随时间不断变化，但却是围绕某一平均值不断跳动，这种跳
14、动称为脉动。瞬时速度是时均流速和脉动速度的代数和。紊流切应力是粘性切应力和惯性切应力之和。尼古拉兹实验：对圆管有压流进行了系统的沿程阻力系数和断面流速分布的测定。层流区 临界过渡区 紊流光滑区都只与Re有关紊流过渡区与Re和K/d都有关。 紊流粗糙区（阻力平方区）只与K/d有关。二次流：当实际流体通过弯管流动时，流动方向的改变不仅使弯管的内侧和外侧也许出现旋涡区，还会产生与主流方向正交的流动，称为二次流。紧贴固壁有一层很薄的流体，由于固体壁面的阻滞作用，粘性力很大，仍保持层流运动，这一薄层称为层流底层。管中心部分称为紊流核心当量粗糙度：指和工业管道粗糙区入值相等的同直径尼古拉兹粗糙管的糙粒高度
15、。莫迪图：工业管道入值的计算曲线（工业管道实验曲线）。水力半径R：过流断面面积A和湿周之比湿周：即过流断面上与流体接触的那部分固体边界的长度。把水力半径相等的圆管直径定义为非圆管的当量直径思考题1.雷诺数与哪些因数有关？当管道流量一定期，随管径的加大，雷诺数是增大还是减小？2圆管层流流动时,其断面的切应力和流速是如何分布的？第五章孔口自由出流：容器中的液体自孔口出流到大气中，称为孔口自由出流孔口淹没出流：容器中的液体经孔口流入另一个充满液体的空间，称为孔口淹没出流恒定出流（定水头出流）：液流通过孔口过程中液面位置保持不变作用水头H0的物理意义：是孔口和上游的位置势能差、压力势能差和上游来流的动
16、能管嘴出流：在孔口接一段长L=(34)d的短管，液流通过短管并充满出口断面流出的水力现象简朴管路：是指直径和流量沿流程不变的管路，它是组成各种复杂管路的基本单元。复杂管路：是指由两根以上管路组成的管路系统。虹吸作用:将液体通过管道从液位较高的一端通过高出液面的管段自动流向液位较低的另一端的作用液体流经的管道称为虹吸管。虹吸管中存在真空区段思考题：为什么要考虑虹吸管的安装高度？虹吸管内存在负压，当安装高度较高时，虹吸管的最高处的压强也许小于水的汽化压强，在那里水将变成蒸汽，破坏了水流的连续性，导致水流运动中断。因此在进行虹吸管设计时必须考虑它们的安装高度。第十章几何相似：流动空间几何相似。即形成
17、此空间任意相应两线段夹角相同，任意相应线段长度保持一定的比例。运动相似：运动相似是指两个流动的速度场相似，即两个流动的相应时刻相应点的速度方向相同，速度大小成比例。同名力，指的是同一物理性质的力。例如重力、粘性力、压力、惯性力、弹性力。动力相似：动力相似指两个流动相应点处质点所受同名力F的方向相同，大小成比例。两个流动相似应满足的条件：几何相似、运动相似、动力相似，以及两个流动的边界条件和起始条件相似。三种相似之间的关系：几何相似是运动相似和动力相似的前提与依据;动力相似是决定两个流动相似的主导因素;运动相似是几何相似和动力相似的表现。牛顿相似准则：两相似流动的牛顿数相等雷诺准则：两流动的粘性
18、力相似时，原型与模型的雷诺数相等。雷诺数反映了惯性力与粘性力之比。佛汝德准则：两流动的重力相似时，原型与模型的佛汝德数相等。欧拉准则：两流动的动水压力相似时，原型与模型的欧拉数相等。因次是指物理量的性质与类别，因次又称为量纲。量纲齐次性原理：凡是对的反映客观规律的物理方程，其各项的量纲必须是一致的，这就是量纲齐次性原理，也叫因次和谐性原理。思考题为什么每个相似准则都是和惯性力做比较？ 作用在流体上的力除惯性力是企图维持流体本来运动状态的力外，其他力都是企图改变运动状态的力。假如把作用在流体上的各力组成一个力多边形的话，那么惯性力则是这个力多边形的合力，即牛顿定律F=ma。流动的变化就是惯性力与其他上述各种力互相作用的结果。因此各种力之间的比例关系应以惯性力为一方来互相比较。