第一篇：《流體力學》學習報告

《流體力學》學習報告

————11土木二班47號胡智遠

通過一個學期的學習，讓我懂得了：流體力學是研究流體平衡和機械運動規律及其應用的科學，是力學的一個重要分支。它的任務是通過流體的運動規律，研究流體之間及流體與各種邊界之間的相互作用力，并將它們應用于解決科研和實際工程問題。在水力、動力、土建、航空、化工，機械等領域里，都日益廣泛的應用流體力學，同時正是這些領域的發展，也推動了流體力學的發展和深入。

流體是氣體和液體的總稱。在人們的生活和生產活動中隨時隨地都可遇到流體，所以流體力學是與人類日常生活和生產事業密切相關的。大氣和水是最常見的兩種流體，大氣包圍著整個地球，地球表面的70%是水面。大氣運動、海水運動(包括波浪、潮汐、中尺度渦旋、環流等)乃至地球深處熔漿的流動都是流體力學的研究內容。

20世紀初，世界上第一架飛機出現以后，飛機和其他各種飛行器得到迅速發展。20世紀50年代開始的航天飛行，使人類的活動范圍擴展到其他星球和銀河系。航空航天事業的蓬勃發展是同流體力學的分支學科——空氣動力學和氣體動力學的發展緊密相連的。這些學科是流體力學中最活躍、最富有成果的領域。

石油和天然氣的開采，地下水的開發利用，要求人們了解流體在多孔或縫隙介質中的運動，這是流體力學分支之一——滲流力學研究的主要對象。滲流力學還涉及土壤鹽堿化的防治，化工中的濃縮、分離和多孔過濾，燃燒室的冷卻等技術問題。

燃燒離不開氣體，這是有化學反應和熱能變化的流體力學問題，是物理-化學流體動力學的內容之一。爆炸是猛烈的瞬間能量變化和傳遞過程，涉及氣體動力學，從而形成了爆炸力學。

沙漠遷移、河流泥沙運動、管道中煤粉輸送、化工中氣體催化劑的運動等，都涉及流體中帶有固體顆粒或液體中帶有氣泡等問題，這類問題是多相流體力學研究的范圍。

等離子體是自由電子、帶等量正電荷的離子以及中性粒子的集合體。等離子體在磁場作用下有特殊的運動規律。研究等離子體的運動規律的學科稱為等離子體動力學和電磁流體力學，它們在受控熱核反應、磁流體發電、宇宙氣體運動等方面有廣泛的應用。

風對建筑物、橋梁、電纜等的作用使它們承受載荷和激發振動；廢氣和廢水的排放造成環境污染；河床沖刷遷移和海岸遭受侵蝕；研究這些流體本身的運動及其同人類、動植物間的相互作用的學科稱為環境流體力學(其中包括環境空氣動力學、建筑空氣動力學)。這是一門涉及經典流體力學、氣象學、海洋學和水力學、結構動力學等的新興邊緣學科。生物流變學研究人體或其他動植物中有關的流體力學問題，例如血液在血管中的流動，心、肺、腎中的生理流體運動和植物中營養液的輸送。此外，還研究鳥類在空中的飛翔，動物在水中的游動，等等。

因此，流體力學既包含自然科學的基礎理論，又涉及工程技術科學方面的應用。此外，如從流體作用力的角度，則可分為流體靜力學、流體運動學和流體動力學；從對不同“力學模型”的研究來分，則有理想流體動力學、粘性流體動力學、不可壓縮流體動力學、可壓縮流體動力學和非牛頓流體力學等。

學習流體力學，要注意基本概念、基本研究方法的理解和掌握，做到理論聯系實際。流體是由大量不斷運動著的分子所組成，分子與分子之間是有空隙的，這就是說，從微觀角度看，流體實際在空間上是不連續的。但是，流體力學只研究流體宏觀的、由外因引起的機械運動，而不研究微觀的分子運動。所以可以近似地把流體看作是由無數個連續分布的流體微團所組成的連續介質。流體微團雖小，但卻包含著為數甚多的分子，并具有一定的質量、能量等，一般將這種微團稱為質點。流體的這種“連續介質模型”的建立，是對流體物質結構的簡化，使我們可以運用數學的連續函數工具來深入研究流體，對研究流體力學提供了很大的方便。

流體是有粘性的，為了得出流體的主要結論，一般先設流體是無粘性的，即理想流體，然后再通過實驗等方法，考慮粘性的影響，對結論加以補充或修正，這也是一般科學研究的方法。

為了更簡化，常將流體（特別是液體）按不可壓縮處理，即密度為常數，然后再討論密度不是常數的情況。以上是對流體力學建立的一些主要模型，研究的方法有理論分析方法、實驗方法、數值方法等，它們相互配合，相互補充。

在這學期學習中，讓我了解了以下主要內容：包括流體靜力學，流體運動學，流體動力學基礎，流體阻力和能量損失，孔口、管嘴和管道的流動，一元氣體動力學基礎，明渠恒定均勻流，明渠恒定非均勻流，堰流與閘孔出流，滲流，相似性原理和量綱分析等知識。流體靜力學，主要研究處于靜止或相對靜止時的性質、規律以及在工程上的應用，由于是靜止或相對靜止，流體微團間沒有相對運動，因而無切應力，不必考慮它的黏性，即按理想流體處理。這個課題主要講了流體靜壓強及其特征，流體平衡微分方程，重力作用下的流體平衡基本方程，流體壓強的表示方法，流體的相對平衡，靜止流體作用在平面上的壓力，靜止流體作用在曲面上的壓力等。如平均靜壓強p為：p=P/A(Pa）；若截面上各點壓力不等，則截面上任意點D的靜壓強為pD=limΔ P/Δ A；流體靜壓強的方向沿作用面的內法線方向；靜止流體中任一點的壓強與作用面在空間的方位無關，其均值相等；力的勢函數；等壓面就是等勢面；等壓面必與質量力正交；絕對壓強；相對壓強；等加速直線運動中流體的平衡；勻速圓周運動中流體的平衡；解析法壓力的大小和方向；壓力的作用點（作用中心）；圖解法；總壓力的大小和方向；壓力體。

流體運動學，即研究流體速度、加速度、變形等運動參數變化的規律。流體靜力學也可以看做運動的一種特殊情況，由于不涉及引起運動的力，因此，其結論無論對理想流體還是對粘性流體都是適用的。本課題主要講了研究流體運動的方法，流體運動的基本概念，流體的連續性方程，流體微團運動的分析，有旋流動和無旋流動。主要知識點：如研究流體運動的方法通常有兩種：

一、拉格朗日法；

二、歐拉法。流體質點的加速度、質點導數；恒定流和非恒定流；均勻流與非均勻流，所謂均勻流，就是流場中，流線相互平行，同一流線上各點的運動參數A不隨位置變化；流線與跡線；流管、流束、過流斷面、元流、總流；流量；過流斷面的平均速度；微分形式的連續性方程；積分形式的連續性方程；平移速度、線變形速度、旋轉角速度、角變形速度；有旋流動和無旋流動；速度勢函數和流函數；幾種簡單的平面勢流；簡單勢流的疊加，漩渦流動等知識點。

流體動力學基礎，主要研究了流體運動微分方程，恒定元流的能量方程，恒定總流的能量方程，恒定氣流的能量方程，恒定流動的動量方程和動量矩方程。

流動阻力和能量損失，流體由于黏滯作用帶來運動的復雜性，產生了流動阻力和能量損失。流體動力學基礎雖然提到了能量損失，但沒有具體的計算方法，本課題的任務就是分析流動阻力產生的機理及特征，解決能量損失的計算方法，從而使能量方程廣泛的用于解決實際的工程問題。本課題主要研究了沿程損失和局部損失；粘性流體的兩種流態——層流和素流；圓管中的層流運動；素流運動；圓管素流的沿程損失，非圓管的沿程損失；管道流動的局部損失；繞流運動等。

孔口、管嘴和管道的流動，主要是利用流體運動的基本規律，解決工程中最常見的水力計算問題，它實際上是連續性方程、能量方程以及水頭損失規律的具體運動。所以學習本課題，有著很大的使用意義。本課題主要研究了孔口出流；管嘴出流；簡單管道的水力計算；復雜管道；管網計算基礎；有壓管道的水擊；自由素流射流等。

一元氣體動力學基礎，可壓縮性是流體的基本屬性，當流速高達一定程度，流體的壓縮性就顯現出來。大的流速變化引起大的壓強變化，同時伴隨顯著的密度和溫度變化。因此，可壓縮流體的流動比不可壓縮流體的流動要復雜得多，本課題只討論一元氣體運動。主要講了理想氣體一元恒定流動的基本方程；可壓縮氣體的幾個基本概念；變截面的等熵流動；可壓縮氣體的等溫管道運動；可壓縮氣體的絕熱管道流動等。

明渠恒定均勻流，明渠水流運動是在重力作用下形成的，在流動過程中，水流要克服阻力而消耗能量，根據實踐經驗，給水排水工程中所遇到的明渠水流多屬于粗糙區的紊流，其沿程水頭損失和流速的平方成正比，明渠恒定均勻流是流線為相互平行直線的液流。主要研究了明渠類型及明渠均勻流特征；明渠均勻流的水力計算；明渠均勻流水力計算的其它問題；無壓圓管的水力計算等。

明渠恒定非均勻流，主要研究了恒定非均勻漸變流的基本特性及其水力要素沿程變化的規律。知識點有，明渠水流的流態；斷面單位能量與臨界水深；水躍和水跌；明渠恒定非均勻漸變流水面曲線分析；明渠非均勻漸變流水面曲線的計算。

堰流與閘孔出流，主要研究了堰流及其特征；薄壁堰；實用堰；寬頂堰；閘孔出流的水力計算。

滲流，研究水在給定的孔隙介質空間（滲流區）內的滲流的流速、壓強分布以及滲流流量、滲流的水面線，估計滲流對土壤的破壞作用。滲流的流速較大時，能把土壤中顆粒較小的土粒從孔隙中帶走，并形成越來越大的孔隙或空洞，這種現象稱為管涌，又稱滲流變形。建筑物地基發生滲流變形的可能性，以便采取防止滲流變形的措施等。從而為解決上述實際滲流問題提供理論基礎。本課題主要研究滲流的基本概念和基本定律；地下河槽中恒定均勻滲流和非均勻漸變滲流；無壓恒定緩變滲流的基本方程及其浸潤線；井的計算；土壩滲流；滲流的基本方程等。

相似性原理和量綱分析，由于流體流動現象的復雜性，實際工程中大部分涉及的流體力學問題是比較復雜的，有些問題還不能夠建立相應的微分方程，或在推導過程中引入了某些假設和簡化，其結果與實際的流動有一定的偏差。因此，常常需要依靠實驗的方法去尋求流動的規律性。通過模型試驗，把研究結果轉換為原型的流動，從而預測在原型流動中將要發生的現象，只有這樣，模型才是有效的模型，實驗的研究才有意義。而相似性原理就是模型試驗的理論基礎。

總的來說，通過這個學期的學習，讓我對《流體力學》有了一個基本的認識，對流體運動的基本規律有比較清晰的了解，這門課所學習的知識，并不是孤立的，對我們土木工程專業以后的發展也是有密切的聯系的，這是一門不錯的學科，讓我受益匪淺！

第二篇：流體力學課件

流體力學是力學的一個分支，主要研究在各種力的作用下，流體本身的靜止狀態和運動狀態以及流體和固體界壁間有相對運動時的相互作用和流動規律。下面小編給大家帶來流體力學課件，歡迎大家閱讀。

流體力學課件

一、流體的基本特征

1.物質的三態

在地球上，物質存在的主要形式有：固體、液體和氣體。

流體和固體的區別:從力學分析的意義上看，在于它們對外力抵抗的能力不同。

固體：既能承受壓力，也能承受拉力與抵抗拉伸變形。

流體：只能承受壓力，一般不能承受拉力與抵抗拉伸變形。

液體和氣體的區別：氣體易于壓縮;而液體難于壓縮;液體有一定的體積，存在一個自由液面;氣體能充滿任意形狀的容器，無一定的體積，不存在自由液面。

液體和氣體的共同點：兩者均具有易流動性，即在任何微小切應力作用下都會發生變形或流動，故二者統稱為流體。

2.流體的連續介質模型

微觀：流體是由大量做無規則運動的分子組成的，分子之間存在空隙，但在標準狀況下，1cm3液體中含有3.3×1022個左右的分子，相鄰分子間的距離約為3.1×10-8cm。1cm3氣體中含有2.7×1019個左右的分子，相鄰分子間的距離約為3.2×10-7cm。

宏觀：考慮宏觀特性，在流動空間和時間上所采用的一切特征尺度和特征時間都比分子距離和分子碰撞時間大得多。

(1)概念

連續介質(continuum/continuous medium)：質點連續充滿所占空間的流體或固體。

連續介質模型(continuum continuous medium model)：把流體視為沒有間隙地充滿它所占據的整個空間的一種連續介質，且其所有的物理量都是空間坐標和時間的連續函數的一種假設模型：u =u(t,x,y,z)。

(2)優點

排除了分子運動的復雜性。物理量作為時空連續函數，則可以利用連續函數這一數學工具來研究問題。

3.流體的分類

(1)根據流體受壓體積縮小的性質，流體可分為：

可壓縮流體(compressible flow)：流體密度隨壓強變化不能忽略的流體。

不可壓縮流體(incompressible flow)：流體密度隨壓強變化很小，流體的密度可視為常數的流體。

注：

(a)嚴格地說，不存在完全不可壓縮的流體。

(b)一般情況下的液體都可視為不可壓縮流體(發生水擊時除外)。

(c)對于氣體，當所受壓強變化相對較小時，可視為不可壓縮流體。

(d)管路中壓降較大時，應作為可壓縮流體。

(2)根據流體是否具有粘性，可分為：

實際流體：指具有粘度的流體，在運動時具有抵抗剪切變形的能力。

理想流體：是指既無粘性又完全不可壓縮流體，在運動時也不能抵抗剪切變形。

二、慣性

一切物質都具有質量，流體也不例外。質量是物質的基本屬性之一，是物體慣性大小的量度，質量越大，慣性也越大。單位體積流體的質量稱為密度(density)，單位：kg/m3。

三、壓縮性

1.壓縮性

流體的可壓縮性(compressibility)：作用在流體上的壓力變化可引起流體的體積變化或密度變化，這一現象稱為流體的可壓縮性。壓縮性可用體積壓縮率k來量度。

2.體積壓縮率k

體積壓縮率k(coefficient of volume compressibility)：流體體積的相對縮小值與壓強增值之比，即當壓強增大一個單位值時，流體體積的相對減小值。

3.體積模量K

流體的壓縮性在工程上往往用體積模量來表示。體積模量K(bulk modulus of elasticity)是體積壓縮率的倒數。

k與K隨溫度和壓強而變化，但變化甚微。

說明：a.K越大，越不易被壓縮，當K時，表示該流體絕對不可壓縮。

b.流體的種類不同，其k和K值不同。

c.同一種流體的k和K值隨溫度、壓強的變化而變化。

d.在一定溫度和中等壓強下，水的體積模量變化不大

一般工程設計中，水的K=2×109 Pa，說明Dp =1個大氣壓時。Dp不大的條件下，水的壓縮性可忽略，相應的水的密度可視為常數。

四、粘度

1.粘性

粘性：即在運動的狀態下，流體所產生的抵抗剪切變形的性質。

2.粘度

(1)定義

流體的粘度：粘性大小由粘度來量度。流體的粘度是由流動流體的內聚力和分子的動量交換所引起的。

(2)分類

動力粘度：又稱絕對粘度、動力粘性系數、粘度，是反映流體粘滯性大小的系數，單位：N"s/m2。

運動粘度ν：又稱相對粘度、運動粘性系數。

(3)粘度的影響因素

流體粘度的數值隨流體種類不同而不同，并隨壓強、溫度變化而變化。

1)流體種類。一般地，相同條件下，液體的粘度大于氣體的粘度。

2)壓強。對常見的流體，如水、氣體等，m值隨壓強的變化不大，一般可忽略不計。

3)溫度。是影響粘度的主要因素。當溫度升高時，液體的粘度減小，氣體的粘度增加。

a.液體：內聚力是產生粘度的主要因素，當溫度升高，分子間距離增大，吸引力減小，因而使剪切變形速度所產生的切應力減小，所以m值減小。

b.氣體：氣體分子間距離大，內聚力很小，所以粘度主要是由氣體分子運動動量交換的結果所引起的。溫度升高，分子運動加快，動量交換頻繁，所以粘度增加。

3.牛頓內摩擦定律

a.牛頓內摩擦定律： 液體運動時，相鄰液層間所產生的切應力與剪切變形的速率成正比。

說明：

1)流體的切應力與剪切變形速率，或角變形率成正比。——區別于固體的重要特性:固體的切應力與角變形的大小成正比。

2)流體的切應力與動力粘度m成正比。

3)對于平衡流體du /dy =0，對于理想流體m=0，所以均不產生切應力，即t =0。

b.牛頓平板實驗與內摩擦定律

2.牛頓流體、非牛頓流體

牛頓流體(newtonian fluids)：是指任一點上的剪應力都同剪切變形速率呈線性函數關系的流體，即遵循牛頓內摩擦定律的流體稱為牛頓流體。

非牛頓流體：不符合上述條件的均稱為非牛頓流體

第三篇：(流體力學定義)

流體力學定義：

研究流體的平衡及運動規律 流體與固體之間的相互作用規律 以及流體的機械運動與其它形式的運動之間的相互作用規律的一門科學流體特征：

流體具有受到任何微小剪切力都能產生連續形變的特征 即流體的流動性 不能抵抗拉力和切向力 但能承受壓力流體連續介質模型：

流體由流體質點組成 流體質點充滿所占空間 流體質點之間無任何間隙存在 流體質點是微觀上充分大 宏觀上充分小的分子團

流體的壓縮性：

在一定溫度下 作用在流體上的壓強增高時流體的體積將減小 這種特性稱為流體的壓縮性 不可壓縮流動與不可壓縮流體： 流體的壓縮性及相應的體積彈性模量是隨流體的種類 溫度和壓力而變化的 當壓縮性對所研究的流動影響不大 可以忽略不計時 這種流動稱為不可壓縮流動 反之稱為可壓縮流動流體的膨脹性：

在壓強一定的條件下 隨著流體溫度升高 其體積增大的性質稱為流體的膨脹性流體的粘性：

粘性是指流體微團發生相對運動時產生切向做功的性質 是流體發生機械能損失的根據溫度對粘性的影響： 液體隨溫度的升高 液體的粘度減小氣體：隨溫度的升高氣體的粘性增加

實際流體與理想流體： 實際流體具有粘性 因此在流體流動時都產生粘性力 忽略粘性或假定沒有粘性的流體稱為理想流體

作用在流體上的力：1 表面力 包括壓力 切向力 2質量力靜力學：研究流體在靜止狀態下的平衡條件及其內部的壓力分布規律。

靜止流體的壓強特征： 1流體靜壓強方向沿著作用內面法線方向，即垂直指向作用面。2靜止流體中任意一點的靜壓強與作用面方位無關，即在靜止流體中的任意點上，受到來自各個方向的靜壓強大小均相等。壓強的表示方法：絕對壓強 相對壓強 真空壓強

靜力學基本方程的幾何意義：z 位置水頭 p/ρg 壓強水頭，z +p/ρg 總水頭。

靜力學基本方程的物理意義： 位置水頭z表示單位重量的流體從某一基準面算起所有的位置勢能。簡稱比位能。壓強水頭p/pg表示單位重量流體從壓強大為大氣壓強算起所具有的壓強勢能簡稱比壓能

靜止流體作用在壁面上的力總壓力：

靜止流體作用在任意形狀面上的總壓力大小等于平面形心處的壓強乘以該平面的面積。靜止流體作用在曲面上的總壓力的大小和方向：

水平方向：水平方向投影面上所受的力。

垂直方向：壓力體的液重。壓力體：

由液體的自由表面（或其延伸面）承受壓力的曲面和由該曲面的邊線向上垂直引伸到自由液面（或其延伸面）的各個表面所圍成的體積。它是為求靜止流體作用在曲面上的力的垂直分量 拉格朗日法：

著眼于流體質點本身的運動情況，考察流體質點運動的全過程，所以又稱跟蹤法。歐拉法：

著眼于流場的某個固定位置 觀察不同流體質點流經該位置時的參數變化情況。又稱站崗法。跡線：

同一流體質點在一段時間內的運動軌跡線稱為跡線。流線：

某一瞬時，在流場中畫出由不同流體質點組成的空間曲線，該曲線上任一點的切線方向與流體在該點的速度方向一致，這條曲線即為流線。

流管：在流場中任取一條不是流線的封閉曲線L 過曲線上各點做流線，由這些流線圍成的一個管狀曲面 稱為流管。

流束：流管內全部流體的總和，稱為流束。

有效斷面： 在流束或總流中，與所有流線相互垂直的斷面稱為有效斷面。濕周 水力半徑 緩變流和急變流：

緩變流是指流場中流線之間夾角較小和流線曲率半徑比較大的流動。不同時具備上面兩個條件的流動稱為急變流 流函數的性質： 1等流函數線為流線

2平面流動中任意兩條流線間的流函數差值等于兩條流線間的單寬流量

層流 流體呈層狀流,層與層之間不相摻混

湍流 流體質點邊撞擊邊摻混邊流動

邊界層（附面層）：流體固壁附近的一個很薄的粘性流體流動層，在此薄層內流體速度梯度很大，薄層外流體速度梯度很小 粘性底層：

貼近壁面處厚度極薄的流體層，在這一層中，受壁面的制約 流動仍保持為粘性層流狀態過渡區：

在粘性底層外有一個由粘性底層向湍流區發展的過渡層湍流區：

在距壁面稍遠處 流動為充分發展的湍流狀態 此區域稱為湍流區

水力光滑管: 當雷諾數較小時，近壁處粘性底層完全掩蓋住管壁粗糙突起,此時粗糙度對湍流不起作用.水力粗糙管: 隨著雷諾數增加,當管壁突起完全暴露在湍流區時形成粗糙管.幾何相似；

指原型流動與模型流動的空間及邊界對應的幾何尺寸稱比例運動相似

指原型和模型兩個流場的空間和邊界所對點上的速度方向相同 大小成比例動力相似

指原型和模型兩個流場對應點上的各種同類力方向相同 大小成比例

歐拉數物理意義 壓力與慣性力的比值

雷諾數物理意義 慣性力與粘性力的比值 局部阻力產生的原因

1流動中流速的重新分布 2在漩渦中粘性力做功3流體中質點相互摻混 撞擊引起的變化 減小局部損失的措施:減少沿程損失.1.減小管道長度L.2.合理增大管徑d.3降低管壁當量粗糙度.4.盡可能采用圓管.5.降低系統粘度

壓力管路: 凡是液體充滿全管,并在一定壓差下流動的管路成為壓力管路

長管：指流體沿管路流動時的水頭損失以沿程損失為主 而局部損失和速度水頭二者的總和與沿程阻力相比很小

短管 指流體沿管道流動時局部損失和速度水頭在損失中所占比例較大

串聯管路:不同管徑的管段逐漸收尾連接而成的管路.并聯管路:入口端和出口端分別連接在一起的兩條或兩條以上的簡單管路或串聯管路.串聯管路各段流量相等 總阻力為各段阻力之和 并聯管路總流量為各支管流量之和 各支管阻力都相等

水擊現象：

在有壓管路系統中 由于閥門突然關閉或開啟（或其它原因）使管內流速發生突然變化 從而引起管內壓力急劇交替升降的現象稱為水擊現象 水擊波的傳播過程: 1.當閥門關閉后t=1/c時刻水擊壓力波傳至管路入口處.此時管路中液體全部收到壓縮.并停止了流動.同時整個管壁受壓膨脹.此過程為減速增壓過程.2.當t=2/c時管內壓力全部恢復到起始壓力.并以U速度倒流.同時管壁全部恢復原狀.3.當閥門關閉后t=3/c時.減壓波傳到管道入口處.主管內流體處于低壓靜止狀態,管壁處于收縮狀態.4.在t=4/c時,不平衡斷面一次以速度C傳到閥門處.而此時正是第一個過程的開始.水擊: 由于某種原因引起管內液體流速突然變化,例如迅速開關閥門.突然停泵等.都會引起管內壓力突然變化.這種現象叫管路中的水擊減小水擊的措施:

1適當延長閥門開閉時間 2縮短受水擊影響的管道長度來降低水擊壓力

3減小閥門關閉前管道中流速以減小水擊壓力

4在管路適當位置上設置蓄能器,以吸收壓能.減小水擊壓力 5水擊壓力與水擊壓力波傳播速度有關 減小水擊壓力波速度就能減小水擊壓力流體質點：宏觀上充分小，微觀上充分大的分之團

流體的運動方式：

1、平移運動

2、旋轉運動

3、變形運動（線變形和角變形）

控制體：對于流體可用流道中連續流動的流體的某一定界來推導，則這個界區叫做控制體。等壓面 在一種連續的靜止流體中 靜壓力相等的各點組成的面 性質1等壓面就是等勢面2作用在靜止流體中的任一點的質量力與通過該點的等壓面垂直3兩互不相混的流體處于平衡狀態時他們的分界面是等壓面 不可壓縮流體：在流動過程中密度不變的流體為不可壓縮流體 為什么要減小水擊；水擊現象的出現將影響管路系統的正常運動和水泵的正常運轉 造成管壁和關鍵的破裂

第四篇：流體力學總結

1，跡線------某一流體質點在空間運動時，不同時刻流經的點組成的連線。

2，切應力-------由于液體質點的相對運動，產生一種內摩擦力抵抗這種運動，而此力與作用面平行，稱切應力。3，理想流體------把流體看作絕對不可壓縮、不能膨脹、無粘滯性、無表面張力的連續介質，稱為理想流體。4，流線------某一瞬時在流場中繪出的一條曲線，該曲線上的所有各點的速度向量都與曲線相切。5，流函數------二維流動中，由連續性方程導出、其值沿流線保持不變的標量函數。

6，勢函數------某函數對相應坐標的偏導數，等于單位質量力在相應坐標軸上的投影，該函數稱為勢函數。7，連續介質------認為真實流體所占有的空間可以近似的看做由“流體質點”連續地、無空隙地充滿著的，稱為連續介質。

8，粘性流體------實際流體都是粘性流體。粘性指流體質點間由于相對運動而產生的阻礙相對運動的性質。9，有勢流------液體流動時每個液體質點都存在速度勢函數的流動稱為勢流，不存在繞自身軸的旋轉運動。, 10，渦旋強度------指微小渦束的渦旋通量（wd?）。d?：橫斷面積；w：旋轉角速度。

11，流管------指流面中所包含的流體。流面：在流場中作一空間曲線（非流線），過曲線上各點作流線所形成的面。, 12，激波------在氣體、液體和固體介質中，應力、密度和溫度等物理量在波陣面上發生突躍變化的壓縮波。二，問答

1，速度勢函數具有什么性質？ 答：速度勢函數具有下列性質：

（1）速度勢函數可允許相差一任意常數，而不影響流體的運動；

（2）φ（x，y）=常數時是等勢線，它的法線方向和速度矢量的方向重合；（3）沿曲線M0M的速度環量等于M點上φ值和M0點上φ值之差；???MM0udx?vdy??(M)??(M0)

（4）若考慮的是單連通區域，則由于封閉回線的速度環量 ??vdr?0

因此速度勢函數將是單值函數；若考慮的是雙連通區域，則速度環量Γ可以不等于零，因此φ可以是多值函數，它們的關系是

?（M）??(M0)?k1???其中，k1是封閉回線的圈數。2，水流運動的流函數具有什么性質？ 答：流函數ψ具有下列性質：

（1）ψ可以差一任意常數，而不影響流體的運動；

（2）ψ（x,y）=常數時是流線，亦即它的切線方向與速度矢量的方向重合；

（3）通過曲線M0M的流量等于M點和M0點上流函數之差，即Q??（M）??(M)

(4)在單連通區域內若不存在源匯，則由Q?vnds?0推出流函數ψ是單值函數；若單連通區域內有源匯或在雙連通區域內，則一般Q?vnds?0由此，流函數ψ一般說來是多值函數，且各值之間的關系為

????（M）??（M0）?k1Q其中，k1是封閉回線的圈數。3，什么是單連通區域？什么是多聯通區域？

答：（1）如果區域內任一封閉曲線可以不出邊界地連續的收縮到一點，則此連通區域成為單連通區域。（2）能做多個分隔面而不破壞區域連通性的稱之為多連通區域。

（3）分隔面：是這樣的曲面，它整個位于區域內部，而且它和區域邊界的交線是一條封閉曲線。4，動力粘滯系數μ和運動粘滯系數ν的區別和聯系是什么？ 答：聯系：都可以用來表示液體粘滯性的大小；ν由μ推導而來：??

?區別：μ是動力量（Pa?s），ν是運動量?(m/s);后者不包括力的量綱而僅僅具有運動量綱。5，描述液體運動的兩種方法？區別？ 答：拉格朗日法，歐拉法

區別：拉格朗日法著眼于每個流體質點自始至終的運動過程，描述它們的位置隨時間變化的規律；而歐拉法是著眼于空間點，設法在空間中的每一個點上描述出流體運動隨時間的變化狀況。6，在什么條件下流線和跡線重合？

答：流線是同一時刻不同質點所組成的線，與拉格朗日觀點聯系；跡線是流體質點在空間運動時所描繪出來的曲線，與歐拉觀點聯系。在定常運動時，二者必然是重合的。

定常運動：流場內函數不依賴時間t的運動稱為定常運動。

7，“均勻流一定是恒定流，急變流一定是非恒定流”，這種說法是否正確？為什么？ 答：不正確。

均勻流是相對于空間分布而言，恒定是相對于時間而言，是判斷流體運動的兩個不同標準。如：當流量不變，通過一變直徑管道時，雖然是恒定流，但它不是均勻流。

8，對于簡單剪切流動，因其流線平行，流體質點作直線運動，所以該運動是無渦流。這種判斷是否正確？為什么？ 答：不正確。

無渦流指液體流動時各質點不存在繞自身軸的旋轉運動。對于剪切流動，盡管流體流線平行，但（rotv）z?-a（a為常數），處處有旋。

9，流體力學中的系統是什么意思？有哪些特點？ 答：系統也稱體系，是指某一確定流體的點集合的總體。

系統隨流體運動而運動，其邊界把系統和外界分開；系統邊界的形狀和所包圍的空間大小隨運動而變化。

在系統的邊界上，沒有流體流入或留出，即系統與外界沒有質量交換，始終由同一些流體質點組成，但可以通過邊界與邊界發生力的作用和能量交換。210，簡述流體膨脹性的意義及其影響因素。

答：膨脹性：流體溫度升高時，流體體積也增加的特性。又定義為在壓強不變的條件下，溫度升高一個單位時流體體積的相對增加量。

影響因素：溫度，液體本身的性質。

11，微分形式和積分形式的基本方程各有什么特點？ 答：微分形式是了解流動過程各參數的變化規律。

積分形式是流動過程在某處參數發生不連續變化時采用的形式。

12，什么是渦旋不生不滅定理？

答：即拉格朗日定理：若流體理想、正壓，且外力有勢。如果初始時刻在某部分流體內無旋，則以前或以后任一時刻中這部分流體皆無旋。反之，若初始時刻該部分流體有旋，則以前或以后的任何時刻中這一部分流體皆有旋。

13.試分析圖中三種情況下水體A受哪些表面力和質量力？（1）靜止水池；（2）順直渠道水流；（3）平面彎道水流。

答：（1）壓應力；重力。

（2）壓應力，切應力；重力。

（3）壓應力，切應力；重力，慣性力。

14，（1）寫出以下兩個方程的名稱：

方程一：?ui?0 ?xi方程二：?ui?ui1?p?uj?Fi??v?2ui ?t?xj??xi（2）從單位重量流體能量觀點簡要說明兩方程中各項的物理意義，以及兩方程的物理意義。

（3）這兩個方程在應用條件上有何相同和差異之處？

三，計算

1，已知恒定流場中的流速分布如下，求此流場中的流線和跡線。

u1??ax

2u2?ax1（a≠0）

u3?0

2，3，已知定常流場中的流速分布為 dV?V?????(V??)V（??），寫出該式在直角坐標系及下標記號的表達式。??dt?t?x1?x2?x3u1??ax2x1?x222,u2?ax1x1?x222,u3?0

x1?0,x2?0,a?const(?0)

求其線變形率，角變形率和旋轉角速度。試判斷其是否為有勢流。

4，已知不可壓平面無旋流動的流函數??x1?x1x2?x2，求其速度勢函數。

5，潛艇水平運動時，前艙皮托管水銀U形管上讀數為h=17cm，海水比重為1.026，皮托管流速系數為c0=0.98。試求潛艇航速。

6，已知二元流場的速度勢為??x2?y2。

（1）試求ux，uy，并檢驗是否滿足連續條件和無旋條件。（2）求流函數，并求通過（1,0），（1,1）兩點的兩條流線之間的流量。

7，有一旋轉粘度計，同心軸和筒中間注入牛頓流體，筒與軸的間隙?很小，筒以?等角速度轉動，且保持流體溫度不變。假定間隙中的流體作圓周方向流動，且為線性速度分布，又L很長，所以底部摩擦影響不計。如測得軸上的扭矩為M，求流體的粘性系數。

?pijdvi8，?，寫出該式在直角坐標系下及矢量形式的表達式。??Fi?dt?xj

9，圖示為重力作用下的兩無限寬斜面上具有等深自由面的二維恒定不可壓縮流體的層流運動。深度H為常量，斜面傾角為α，流體密度為ρ，動力粘度為μ，液面壓強pa為常量，且不計液面與空氣之間的粘性切應力。試分析此流體運動現象的求解思路和步驟（不需要求解出方程）。

10，圖示為重力作用下的兩無限寬水平平板間的二維恒定不可壓縮流體的層流運動。平板間距為a，流體密度為ρ，動力粘度為μ，上板沿x方向移動的速度U為常量。試求平板間流體的速度分布。

課本

P138：一，7、9、10、14；二，1（2、3、7）、4；三，1、3 P199：2、3、6、8 P239：1（1、3）；2（1）；8 P166：1、3、5、7

第五篇：流體力學總結

1、質點：是指大小同所有流動空間相比微不足道，又含有大量分子，具有一定質量的流體微元。含義：宏觀尺寸非常小，微觀尺寸足夠大，具有一定的宏觀物理量，形狀可以任意劃定質點間無空隙。

2、連續介質假設：把流體當做是由密集質點構成的、內部無空隙的連續體。

3、相對密度：物體質量與同體積4攝氏度蒸餾水質量比

4、體脹系數：壓強不變時每增加單位溫度時，流體體積的相對變化率（α），溫度越高越大。

5、壓縮率：當流體溫度不變時每增加單位壓強時，流體體積的相對變化率，壓強越大壓縮率越小壓縮越難（kt）。

6、體積模量：溫度不變，每單位體積變化所需壓強變化量，（K），越大越難壓縮。

7、不可壓縮流體：體脹系數與壓縮率均零的流體。

8、粘性：流體運動時內部產生切應力的性質，是流體的內摩擦特性，或者是流體阻抗剪切變形速度的特性，動力黏度μ：單位速度梯度下的切應力，運動黏度:流體的動力黏度與密度的比值。

9、速度梯度:速度沿垂直于速度方向y的變化率。

10、牛頓內摩擦定律：切應力與速度梯度成正比。符合牛頓內摩擦定律的流體；不符合牛頓內摩擦定律的流體。

11、三大模型：連續介質模型、不可壓縮模型、理想流體模型。連續介質假設是流體力學中第一個帶根本性的假設。連續介質模型：認為液體中充滿一定體積時不留任何空隙，其中沒有真空，也沒有分子間隙，認為液體是連續介質，由此抽象出來的便是連續介質模型。不可壓縮流體模型：在忽略液體或氣體壓縮性和熱脹性時，認為其體積保持不變以簡化分析，流體密度隨壓強變化很小，可視為常數的流體。

理想流體模型：連續介質模型和不可壓縮模型的總和。

12、質量力與表面力之間的區別：

①作用點不同質量力是作用在流體的每一個質點上表面力是作用在流體表面上； ②質量力與流體的質量成正比（如為均質體與體積成正比）表面力與所取的流體的表面積成正比

③質量力是非接觸產生的力,是力場的作用表面力是接觸產生的力

13、簡述氣體和液體粘度隨壓強和溫度的變化趨勢及不同的原因。

答：氣體的粘度不受壓強影響，液體的粘度受壓強影響也很小；液體的粘度隨溫度升高而減小，氣體的粘度卻隨溫度升高而增大，其原因是：分子間的引力是液體粘性的主要因素，而分子熱運動引起的動量交換是氣體粘性的主要因素。

1、質量力與表面力：與流體微團質量相關且集中作用在微團質量中心上的力；大小與表面面積有關且分布作用在流體表面的力（平衡流體無表面切向摩擦力，有流體靜壓力即內法線壓力—靜壓強是當流體處于絕對靜止或相對靜止狀態時流體中的壓強）。

2、流體靜壓力是流體作用在受壓面上的總作用力矢量，大小方向與受壓面有關，流體靜壓強是一點上流體靜壓力的強度，是無方向標量，各向同性。

3、歐拉平衡方程：質量力與表面力任意方向上平衡（相等相反）；受那方向上質量分力，靜壓強沿該方向必然變化。

4、有勢質量力：質量力所做的功只與起點和終點的位置有關。力的勢函數：某函數對相應坐標的偏導數，等于單位質量力在相應坐標軸上的投影。

5、等壓面：流體中壓強相等的各點所組成的平面或曲面。也是等勢面、與單位質量力矢量垂直、兩不混合平衡液體交界面必是等壓面。

6、靜壓強基本公式：平衡流體各點位置勢能與壓強勢能一定。

7、絕對壓強pabs：以沒有氣體分子存在的完全真空為基準起算的壓強。

相對壓強p：以當地大氣壓pa為基準起算的壓強，各種壓力表測得的壓強為相對壓強，相對壓強又稱為表壓強或計示壓強。

真空度pv：絕對壓強小于當地大氣壓的數值。

測量壓強做常用的儀器有：液柱式測壓計和金屬測壓表。

液柱式測壓計包括測壓管、U形管測壓計、傾斜式微圧計和壓差計。

8、阿基米德原理：液體作用于潛體或浮體上的總壓力，只有鉛垂向上的浮力，大小等于所排開的液體重量，作用線通過潛體的幾何中心。

9、流體平衡微分：在靜止流體中，各點單位質量流體所受質量力與表面力相平衡。

10、靜壓強計量單位：應力單位，液柱高單位，大氣壓單位。

11、靜止流體中應力的特性。

（1）方向沿作用面的內法線方向；（2）靜壓強的大小與作用面的方位無關各向同性。

12、由液體靜力學基本方程得到的結論（推論）：（1）靜壓強的大小與液體的體積無關；

（2）兩點的壓強差等于兩點之間單位面積垂直液柱的重量；

（3）在平衡狀態下，液體內任一點壓強的變化等值地傳遞到其他各點。

1、描述流體運動的兩種方法：拉格朗日法和歐拉法。除個別質點的運動問題外，都應用歐拉法。

拉格朗日法：是以個別質點為研究對象，觀察該質點在空間的運動，然后將每個質點的運動情況匯總，得到整個流體的運動。質點的運動參數是起始坐標和時間變量t的連續函數。歐拉法：是以整個流動空間為研究對象，觀察不同時刻各空間點上流體質點的運動，然后將每個時刻的情況匯總起來，描述整個運動。空間點的物理量是空間坐標）和時間變量t的連續函數。

2、定常流動=恒定流：如果流場中物理量的分布與時間變化無關，則稱為定常場或定常流動，當地導數為零（與空間坐標無關，則稱為均勻場或均勻流動，流線平行遷移導數為零）。

3、控制體：是空間的一個固定不變的區域，是根據問題的需要所選擇的固定的空間體積。它的邊界面稱為控制面。

4、跡線：流體質點運動的軌跡，拉格朗日法。

5、流線：流場中的瞬時光滑曲線，曲線上各點的切線方向與該點瞬時速度方向一致（定常中流線形狀不隨時間變化且與跡線重合，除了奇點駐點不相交不突然轉折），歐拉法。流線構成一管狀曲面，稱為流管。流線：表示某一瞬時流體各質點運動趨勢的曲線，曲線上任一點的切線方向與該點的流速方向重合。（對的描繪）

6、流管流束總流：在垂直于流動方向的平面上，過流場中任意封閉的微小曲線上的點作流線所形成的管狀面稱為流管。流束：流管以內的流體，稱之為流束。總流：由無數多個元流組成的，在一定邊界內具有一定大小尺寸的實際流動的流體

7、流量、體積流量、質量流量：單位時間內通過某一過流斷面的流體的量；單位時間內通過斷面的流體體積；單位時間內通過斷面的流體質量。

8、一（二、三）元流：除時間坐標外，流動參數隨一（二、三）個空間坐標變化的流動。

9、理想伯努利方程：理想流體總機械能守恒。重力流體的位能、壓能、動能叫做位置、壓強、速度水頭。

10、皮托管：將流體動能轉化為壓能從而通過測壓計測量流體速度的儀器。

11、節流式流量計：通過節流元件前后壓差測定流量的儀器。

12、流線跡線相關 流線性質：（1）在恒定流中，流線的形狀和位置不隨時間變化；（2）在同一時刻，一般情況下流線不能相交或轉折。在恒定流中流線與跡線重合，非恒定流中一般情況下兩者不重合，但當速度方向不隨時間變化只是速度大小隨時間變化時，兩者仍重合。

差別：跡線是同一流體質點在不同時刻的位移曲線，與拉格朗日觀點對應，而流線是同一時刻、不同流體質點速度方向與之相切的曲線，與歐拉觀點相對應。

13、流動分類：（1）根據運動參數是否隨時間變化，分為恒定流和非恒定流；（2）根據運動參數與空間坐標的關系，分為一元流、二元流和三元流；（3）根據流線是否平行，分為均勻流和非均勻流。

1、力學相似：實物流動與模型流動在對應點上對應物理量有一定的比例關系，包括幾何相似（實物流動與模型流動有相似的邊界形狀，一切對應的線性尺寸成比例）、運動相似（實物流動與模型流動的流線幾何相似，對應點速度成比例）、動力相似（實物流動與模型流動受同種外力作用，對應點上對應力成比例）。

2、相似準則：使兩個流動動力相似，各項力符合的一定約束關系，包括雷諾準則（相似流動的雷諾數相等，粘滯力相似；雷諾數為慣性力與粘滯力之比）、弗勞德準則（相似流動的弗勞德數相等，重力相似；弗勞德數為慣性力與重力之比）、歐拉準則（相似流動的歐拉數相等，壓力相似；歐拉數為壓力與慣性力之比）。

3、相似條件：滿足幾何相似、運動相似、動力相似，以及兩個流動的邊界條件和起始條件相似。

4、相似關系：幾何相似是運動相似和動力相似的前提與依據;動力相似是決定兩個流動相似的主導因素;運動相似是幾何相似和動力相似的表現。

4、量綱和諧原理：凡正確反映客觀規律的物理方程，其各項的量綱必須是一致的。

6、量綱分析：方法是瑞利法和π定理，依據是量綱和諧原理。

7、為什么每個相似準則都是和慣性力做比較？

作用在流體上的力除慣性力是企圖維持流體原來運動狀態的力外，其他力都是企圖改變運動狀態的力。如果把作用在流體上的各力組成一個力多邊形的話，那么慣性力則是這個力多邊形的合力，即牛頓定律F=ma。流動的變化就是慣性力與其他上述各種力相互作用的結果。因此各種力之間的比例關系應以慣性力為一方來相互比較。

1、層流：流速較小時，水沿軸向流動，流體質點沒有橫向運動，不互相混雜的流動狀態。

2、湍流（紊流）：流速較大時，流體質點有劇烈混雜，質點速度在橫縱向上均有不規則脈動現象的流動狀態。

3、臨界：管徑與運動粘度一定，從湍流變層流時，平均速度為下臨界速度，無量綱數為下臨界雷諾數（2320）。

4、水力半徑:總流過流斷面面積與濕周之比。

5、圓管中層流：只有軸向運動，定常、不可壓縮，速度分布的軸對稱性，等徑管路壓強變化的均勻性，管道中質量力不影響流動性能。

6、哈根伯肅葉定律：圓管層流的K型分布得到速度分布，推求流量、粘度。

7、沿程損失：等徑管路中由于流體與管壁及流體本身的內部摩擦（沿程阻力），使流體能量沿流動方向逐漸降低，可以用壓強損失、水頭損失（壓強水頭差—達西公式）、功率損失（水頭損失乘流量pg）表示。

8、尼古拉茲實驗：對圓管有壓流進行了系統的沿程阻力系數和斷面流速分布的測定。層流區（2320），臨界區（4000，扎依欽科），光滑管湍流區（布拉休斯100000尼古拉茲），過渡區（柯列布茹克=阿里特蘇里用于三個阻力區），粗糙管湍流區（尼古拉茲=希夫林松）

9、局部損失：經過管路附件時產生的壓強、水頭、能量損失（渦旋區和速度重新分布）。

10、長管短管：水頭損失絕大部分為沿程損失，局部損失可忽略的管路；水頭損失中沿程損失、局部損失各占一定比例的管路。

11、管路特性：水頭與流量的函數關系。

12、串聯管路流量等，總水頭損失等各段水頭損失和；并聯管路各段損失等，總流量為和。

13、管中水擊（液壓沖擊）：在有壓管道中，由于某種原因，使水流速度突然發生變化，同時引起壓強大幅度波動的現象。用間接水擊、過載保護、減小管路長度和增加管道彈性防止。

14、雷諾數與粘度、流速、管徑（大小）有關。

15、圓管層流流動時,其斷面的切應力直線分布、流速拋物面分布。

1、薄壁厚壁孔口區別：厚壁孔口只有內收縮，阻力系數分入口、斷面收縮、后半段沿程當量蘇力系數三部分。

2、厚壁孔口流速系數小，速度小；流量系數大，流量大。

3、管嘴正常工作條件：長度不能太短，p不能太大。

4、管道：簡單管道（沿程直徑和流量都不變化的管道）、串聯管道（由直徑不同的管段順序連接起來的管道）、并聯管道（在兩節點之間并聯兩根或兩根以上的管道）。

5、孔口、管嘴出流和有壓管流各自的水力特點是：（1）孔口、管嘴出流只有局部水頭損失，不計沿程水頭損失，；（2）短管的局部水頭損失和沿程水頭損失都要計入，；（3）長管的局部水頭損失和流速水頭的總和同沿程水頭損失相比很小，按沿程水頭損失的某一百分數估算過忽略不計。

7、相同的作用水頭下，同樣開口面積，管嘴的過流能力是孔口過流能力的1.32倍。