《流体力学复习提纲》课件

流体力学复习提纲本课件旨在帮助您复习流体力学的基本概念和理论流体力学概述

1.研究流体广泛应用基本原理流体力学研究流体（液体和气体）的静止和流体力学在航空航天、机械工程、土木工程流体力学主要研究三大基本原理质量守恒运动状态，以及流体与物体相互作用的力学、环境工程等多个领域有着广泛的应用定律、动量守恒定律、能量守恒定律规律流体的定义和性质

1.1流体的定义流体的性质流体的运动流体是指能够流动、变形并能承受剪切力的密度流体运动可以是层流或湍流，这取决于流体•物质流体包括液体和气体的速度、粘度和流动路径的几何形状粘度•表面张力•压缩性•流体力学的基本原理

1.2质量守恒定律动量守恒定律流体在运动过程中，其质量保持流体系统在运动过程中，动量保不变，这体现了流体的质量守恒持不变，动量定律描述了流体运性动的趋势和变化能量守恒定律牛顿粘性定律能量守恒定律表明，流体系统能流体的粘性是指流体抵抗变形的量的总量保持不变，能量可以转能力，牛顿粘性定律描述了粘性化形式，但总量不变流体的应力与变形速率的关系流体静力学

2.流体静力学研究静止流体的平衡状态及其规律主要内容包括静止流体压力、浮力等静止流体的压力

2.1压力定义压力单位

1.

2.12静止流体内部各点由于分子间作用力而产生的力称为压力压力的国际单位是帕斯卡，Pa1Pa=1N/m2压力测量压力特点

3.

4.34压力测量仪器，例如压力计，用于测量静止流体的压力静止流体中，压力的大小与深度成正比，与流体的密度有关装置内的压力分布

2.2静止流体中的压力压力分布规律静止流体内部各个方向上的压力相等，称为静压静压的大小与静止流体中，压力沿深度方向线性增加，而在同一深度处，压力流体深度成正比，即越深，压力越大分布均匀浮力和浮力定律

2.3浮力阿基米德原理浮力定律浮力是指浸没在流体中的物体所受到的向上物体所受的浮力等于它排开流体的重量物体浮沉条件浮力大于重力，物体上浮；托力浮力等于重力，物体悬浮；浮力小于重力，物体下沉流体运动学

3.流体运动学主要研究流体的运动规律，而不考虑引起运动的原因内容包括流体运动的描述、流体运动的几何特征、流体运动的动力学特性等流线和流管

3.1流线流管12在流场中，与流体质点运动方由无数条流线组成的管状区域向始终相切的曲线称为流线称为流管流线特点应用34流线不会相交，流管内流体的流线和流管概念有助于理解流质量守恒体运动规律，例如，它们可以用来分析流体在管道中的流动流体速度场

3.2流体速度场定义矢量场变化与时间流体速度场描述了流体中每个点的速度流体速度场是一个矢量场，它具有大小和方流体速度场可以随时间变化，取决于流体运向动流体流量和流速

3.3流量流速流量是指流体在单位时间内通过某一截面流速是指流体在某一点上的速度，常用v的体积，常用表示流量是描述流体运表示流速是描述流体运动速度的重要参Q动的重要参数之一数之一流量的单位是立方米每秒（）或升每流速的单位是米每秒（）m³/s m/s秒（）L/s流体动力学流体动力学是流体力学的重要分支，研究流体的运动规律及其与周围环境的相互作用流体动力学应用广泛，例如飞机设计、水力发电、管道输送等伯努利方程

4.1能量守恒压力能应用范围伯努利方程是流体力学中的重要方程，方程包含三个主要能量项压力能、动伯努利方程可用于分析各种流体流动问它描述了理想流体在流动过程中的能量能和势能，它们相互转换，但总能量保题，例如管道流动、机翼升力、喷嘴和守恒持不变扩散器的设计动量定理和动量方程

4.2动量定理动量方程应用流体系统动量变化率等于作用于该系统外力动量定理的微分形式，用于分析流体流动中计算流体对物体的作用力•的合力的动量变化分析流体流动中的能量损失•设计高效的流体机械•能量方程

4.3能量守恒应用案例能量方程描述流体运动中能量守恒原理水力发电站利用水流的势能转化为动能，再转化为电能，体现了能量方程的实际应用管道流动管道流动是流体力学中一个重要的研究领域，在工程实际应用中十分普遍管道流动是指流体在管道内流动，其流动方式和特性受管道形状、尺寸、流体性质以及流动条件等因素的影响管道阻力损失

5.1摩擦阻力局部阻力12流体与管道壁面摩擦导致的能流体通过管道局部变化，例如量损失弯头、阀门等造成的能量损失阻力损失计算3通过公式计算管道阻力损失，常用的公式有达西魏斯巴赫公式和谢齐-公式管网分析

5.2管网的组成管网分析方法管网分析的应用管网由管道、阀门、泵等组成，用于输送常用的管网分析方法包括节点分析法、回管网分析可以用于设计和优化管网系统，液体或气体路分析法、特征线法等以提高输送效率，降低能耗管网可以是单一的管道系统，也可以是复这些方法可以用于计算管网中的流量、压管网分析还可以用于故障诊断和安全评估杂的网络系统力、流速等参数边界层理论

6.边界层是指流体流过物体表面附近的一层薄薄的流体层在边界层内，流体速度从物体表面上的零速度逐渐增加到远离物体表面的自由流速度边界层的概念

6.1粘性流体边界层形成粘性流体在流动时，流体层之间当流体经过固体表面时，靠近表会产生摩擦力这种摩擦力会导面的流体速度会减小，形成一个致流体速度在靠近固体表面的地薄薄的层，称为边界层方减小粘性影响流动特性边界层内的流体受到粘性的显著边界层内流动特性复杂，需要进影响，流速梯度很大行特殊分析和研究边界层的性质

6.2粘性层速度梯度厚度变化边界层是靠近固体表面的流体层边界层内流体速度发生变化边界层厚度会随着流体性质和流动条件而变化流体运动受到固体表面的摩擦力影响速度梯度是边界层的重要特征边界层厚度会影响流体的阻力湍流理论

7.湍流是流体运动的一种复杂形式，广泛存在于自然界和工程应用中湍流的特点是流体运动的随机性和不规则性，以及能量耗散和混合增强湍流的特点

7.1无序运动高能量耗散湍流中，流体质点运动方向和速湍流由于流体质点间剧烈摩擦，度随机变化，流动状态难以预测能量耗散率比层流高，形成紊乱流动状态混合增强广泛存在湍流的剧烈运动，促使流体质点自然界中，河流、海洋、大气等间充分混合，有利于物质传递和大部分流动都属于湍流，对工程热量交换应用影响重大湍流模型

7.2雷诺应力模型模型大涡模拟k-ε利用雷诺应力的统计平均值建立模型，描述基于湍动能和湍动能耗散率两个变量，模拟直接模拟大尺度涡旋，小尺度涡旋通过模型湍流流动中脉动速度的影响湍流流动的动力学过程参数化处理，对湍流流动进行数值模拟流体机械

8.流体机械是利用流体能量进行能量转换或传递的设备主要包括泵、风机、压缩机、水轮机等，它们在工业生产、农业灌溉、交通运输等方面具有广泛的应用基本类型和工作原理

8.1水力涡轮机燃气轮机风力涡轮机水力涡轮机将水流的动能和势汽轮机燃气轮机利用燃烧燃料产生的能转化为机械能，广泛应用于风力涡轮机利用风能驱动叶片汽轮机利用高温高压蒸汽推动高温高压燃气推动叶片旋转，水力发电站旋转，将风能转化为机械能，叶片旋转，将热能转化为机械将化学能转化为机械能，应用进而用于发电能，主要应用于火力发电站于发电、航空等领域性能参数和特性曲线

8.2效率扬程

1.

2.12效率是指流体机械输出功率与扬程是流体机械克服重力或其输入功率之比效率越高，表他阻力将流体提升的高度扬示能量利用率越高程越高，表示流体机械的输送能力越强流量功率

3.

4.34流量是指流体机械在单位时间功率是指流体机械单位时间内内输送的流体体积流量越大所做的功功率越大，表示流，表示流体机械的输送能力越体机械的输送能力越强强流体测量技术

9.流体测量技术是流体力学研究的重要组成部分，用于测量流体的各种物理量流体测量技术在工业生产、科学研究、环境监测等领域具有广泛的应用基本流量测量方法

9.1流量计涡街流量计电磁流量计超声波流量计流量计是测量流体流量的仪器涡街流量计利用流体流过障碍电磁流量计利用法拉第电磁感超声波流量计利用声波在流体，根据测量原理可分为多种类物时产生的涡街频率来测量流应定律测量导电流体流量中的传播时间变化来测量流量型量流速测量技术

9.2压力差法热线风速仪

1.

2.12利用流体流动产生的压力差来通过测量热线传感器在流体中测量流速，例如文丘里管和皮冷却速度来确定流速，适用于托管气体流速测量超声波测速仪光学测速技术

3.

4.34利用超声波在流体中传播的时利用激光多普勒效应或粒子图间差来计算流速，广泛应用于像测速技术，可实现高精度、工业管道和河流流速测量非接触式流速测量本课程小结本课程对流体力学基本概念、理论和应用进行了全面介绍学习者将掌握流体性质、运动学、动力学、管流等知识，并能够应用于实际工程问题。