工程流体力学相关概念公式.docx

其次章流体及其物理性质流体：是一种受任何微小剪切力作用都能连续变形的物质。流体连续介质假说：可以不去考虑分子间存在的空隙，而把流体视为由很多连续分布的流体微团所组成的连续介质。作用在流体上的力：表面力和质量力。流体密度：单位体积内所具有的质量。压缩性：随着压强的增高，体积便缩小。压缩系数：用单位压强所引起的体积变化率。膨胀性：随着温度的提升，体积便膨胀。体胀系数：单位温升所引起的体积变化率。粘性：流体微团间发生相对滑移时产生切向阻力的性质。牛顿内摩擦定律：作用在流层上的切向应力与速度梯度成正比，其比例系数为流体的动力粘度。粘性与温度的关系：液体的粘度随温度提升而减小，气体的年度随温度提升而增大。牛顿流体：凡作用在流体上的切向应力与它所引起的角变形速度（速度梯度）之间的关系符合牛顿内摩擦定律的流体。第三章流体静力学流体静压强两个特性：一。流体静压强的方向沿作用面的内法线方向。-O静止流体中任一点流体静压强的大小与其作用面在空间的方位无关，只是该点坐标的连续函数，即静止流体中任一点上不论来自何方的静压强均相等。等压面：压强相等的各点组成的面。作用于静止流体中任一点的质量力必垂直于通过该点的等压面。帕斯卡原理：施于在重力作用下不行压缩流体表面上的压强，将以同一数值沿各个方向传递到流体中的全部流体质点。水头：单位重量流体所具有的能量用液柱高度表示。压力体：液体作用在曲面上的总压力的铅直分力的大小恰好等于压力体的液体重力，但并非作用在曲面上的肯定是它上面压力体的液体重力。（纯数学概念，与体内有无液体无关）第四章流体运动学和流体动力学基础流体运动的描述方法：欧拉方法和拉格朗日方法。流线：在某一瞬时，一条曲线上的每一点的速度矢量总是在该点与此曲线相切。流管：在流场内作一本身不是流线又不相交的封闭曲线，通过这样的封闭曲线上各点的流线所构成的管状表面。有效截面：到处与流线相垂直的流束的截面。湿周：在总流的有效截面上，流体同固体边界接触部分的周长。水力半径：总流的有效面积与湿周之比。第五章相像原理和量纲分析力学相像：包括几何相像、运动相像、动力相像。弗劳德数Fr的物理意义：惯性力与重力的比值。雷诺数Re的物理意义：惯性力与粘滞力的比值。斯特劳哈尔Sr的物理意义：当地惯性力与迁移惯性力的比值。第六章管内流淌和水力计算液体出流局部能量损失：发生在流淌状态急剧变化的急变流中的能量损失，是在管件四周的局部范围内主要由流体微团的碰撞、流体中产生的漩涡等造成的损失。粘性底层：由于靠近管壁紊流脉动受到限制，粘滞力的作用增加，在紧贴管壁很薄的流层中紊流脉动消逝，粘滞力的阻滞作用使流速急剧下降，速度分布比较陡峭，速度梯度大。水利光滑：粘性底层完全沉没了管壁的粗糙凸出部分。莫迪图的五个区域：1、层流区。2、临界区。3、光滑管区。4、过渡区。5、完全紊流粗糙管区。局部损失缘由：1、管道截面突然扩大。缘由一：流体惯性形成漩涡，漩涡的运动。缘由二：流速由大变小，产生碰撞。2、管道截面突然缩小。缘由一：流体惯性产生漩涡，漩涡的运动。缘由二：在流线弯曲、流体加速和减速过程中,流体的碰撞、速度变化等。3、弯管。缘由一：由切向应力产生的沿程损失，特殊是在流淌方向转变、流速分布变化中产生的损失。缘由二：形成漩涡所产生的损失。缘由三：由二次流形成的双螺旋流淌所产生的损失。水击现象：在压力管道中，由于液体流速的急剧转变，从而造成瞬时压力显著、反复、快速变化的现象，称为水击，也称水锤。产生的缘由：当压力管道的阀门突然关闭或开启时，当水泵突然停止或启动时，因瞬时流速发生急剧变化，引起液体动量快速转变，而使压力显著变化。管道上止回阀失灵，也会发生水击现象。在蒸汽管道中，若暖管不充分,疏水不彻底，导致送出的蒸汽部分凝聚成水，体积突然缩小，造成局部真空，四周介质将高速向此处冲击，也会发出巨大的音响和振动。预防措施：1、避开直接水击，可实行增加阀门起闭时间；2、采纳过载爱护，在管道上装设平安阀门或空气室以缓冲水击压强；3、尽量缩短管道的长度，减低管内流速，使用弹性好的管道。第七章气体的一维流淌激波：当超声速气流绕过大的障碍物时,气流在障碍物前将受到急剧的压缩,它的压强、温度、密度都将突跃地提升，而速度则突跃地降低，这种流淌参数发生突跃变化的强压缩波。正激波前后气流速度的特点和关系：1、气流经过激波，速度降低，动量减小，牖值增加，因而必有作用在气流上与来流方向相反的力；2、引起激波的物体，必定受到与上述作用力大小相等、与来流方向相同的反作用力，即气流作用在物体上的阻力，这种阻力因激波的存在而产生，称为波阻。3、激波越强，波阻越大。激波强弱判定：1、压强比。2、来流马赫数。第八章抱负流体的有旋运动和无旋运动流体微团的运动由三部分组成：1平移运动2旋转运动3含有线变形和角变形的变形运动。推断有旋无旋：流体微团的旋转角速度等于零的流淌为无旋。欧拉方程的意义：在流场的某点，单位质量流体的当地加速度与迁移加速度之和等于作用在它上面的重力与压力之和。涡线：任一时刻，涡线上每一点的切向量都与该点的涡向量相切。dx_dy_dz七(x,y,zj)<yv(x,y,z,t),(x.y,zj)涡管：某一时刻，由涡线组成的管状曲面。涡束：截面积无限小的涡管。涡通量：旋转角速度的值与垂直手=JJQMA=JJ2依角速度方向的微源涡管横截面积的乘积的两倍。涡量场的通量(涡强)。速度环量：速度在某一'封闭周线切线上的重量K=£Vds=(yxdx+vydy+v.dz)沿该封闭周线的积分。斯托克斯定理：涡通量和速度环量都是反映旋涡作用的强弱。平面涡流：前提：重力作用，抱负不行压流体。一无限长，涡通量为J的铅直涡束，像刚体一样以等角速度3绕自身轴旋转。涡束四周的流体受涡束的诱导将绕涡束轴做对应的等速圆周运动。涡束内的流淌为有旋流淌，称为涡核区；涡束外的流淌为无旋流淌，称为环流区。匀称等速流：流线平行，流速相等。源流：在无限平面上，流体从一点沿径向直线匀称向各方流出,汇流：若流体沿径向直线匀称从各方流入一点，称为汇流。第九章粘性流体绕过物体的流淌边界层：在大雷诺数下紧靠物体表面流速从零急剧增加到与来流速度相同数量级的薄层。特点：1与物体的特征长度相比，边界层的厚度很小；2边界层沿流体流淌方向渐渐增厚，其外边界不与流线重合；3沿壁面法线方向边界层被的速度梯度很大；4在边界内层黏滞力与惯性力属同一数量级；5沿壁面法线方向边界层内各点的压强相等，都等于主流在边界层外边界对应点上的压强；6边界层内流体的流淌也有层流和湍流两种流淌状态。位移厚度：被挤入主流，使主流增加了厚度为的一层流体，故称d为位移厚度。动量损失厚度：主流减去入流淌量便是边界层内因黏性减速而削减的动量，故称为动量损失厚度。边界层分别又称为流淌分别，是指原来紧贴壁面流淌的边界层脱离壁面的现象。(1)沿曲面的流速先提升后降低，相应压强先降低后提升；(2)边界层内流体微团被粘滞力阻滞，动能损耗，渐渐减速，边界层渐渐增厚，动量渐渐被损耗尽，越来越多被停滞的流体微团在壁面和主流之间积累；(3)同时压强连续提升使部分流体微团向相反方向流淌。造成边界层分别。分别时形成旋涡。边界层是一个薄层，它紧靠物面，沿壁面法线方向存在着很大的速度梯度和旋度的流淌区域。粘性应力对边界层的流体来说是阻力，所以随着流体沿物面对后流淌，边界层内的流体会渐渐减速，增压。由于流体流淌的连续性，边界层会变厚以在同一时间内流过更多的低速流体。因此边界层内存在着正压梯度，流淌在正压梯度作用下，会进一步减速，最终整个边界层内的流体的动能都不足以长期的维持流淌始终向下游进行，以致在物体表面某处其速度会与势流的速度方向相反,即产生逆流。该逆流会把边界层向势流中排挤，造成边界层突然变厚或分别。边界层分别之后，它将从紧靠物面的地方抬起进入主流，与主流发生参混。结果是整个参混区域的压力趋于全都。物体阻力：阻力是由流体绕过物体流淌产生的切向应力和压强造成的。减阻方法：(1)使物体上层流边界层尽可能长，即使层流边界层转变为湍流边界层的转折点尽可能往后推移。(2)采纳尽可能小的尾涡区的物体形状，使边界层分别向后推移。（3）掌握边界层，防止边界层分别。卡门涡街：Re>60,形成几乎稳定的、非对称性的、多少有些规章的、旋转方向相反地交替漩涡。即旋涡交替脱落，形成涡街。