中国石油大学流体力学期末总复习.ppt

1流体力学流体力学期末总复习2013.6.14黄岛Fluid Mechanics 2期末考试安排期末考试安排l本课程考试方式为闭卷，时间本课程考试方式为闭卷，时间120分钟，分钟，需带学生证、普通计算器及简单绘图工具需带学生证、普通计算器及简单绘图工具。l考试时间考试时间：第第16周周六（周周六（6月月22日）日）上午上午10:00-12:00 考试地点考试地点：南教南教203题型：选择、填空、简答、计算、推导36月月17日（日（16周周一）全天：谢翠丽（周周一）全天：谢翠丽（B730）、刘成文（）、刘成文（B720）、白莉（）、白莉（B714）6月月18日（日（16周周二）全天：付静（周周二）全天：付静（B730）、倪玲英（）、倪玲英（B708）、李爱华（）、李爱华（B726）6月月21日（日（16周周五）全天：所有代课教师周周五）全天：所有代课教师答疑安排答疑安排4考生须知考生须知（1）考生必须提前15分钟持学生证或学院证明，学生证或学院证明，经监考人员验证后进入考场，无相应证件者一律不准参加考试。（2）凡闭卷考试，考生除带必要的文具外，所有书籍、讲义、笔记、手书籍、讲义、笔记、手机、电子辞典等物品必须按监考人员的要求放置，考生两人不得共用一套文机、电子辞典等物品必须按监考人员的要求放置，考生两人不得共用一套文具或计算器具或计算器。（3）迟到迟到30分钟以及以上者，取消其考试资格分钟以及以上者，取消其考试资格，并以旷考论处。（4）考生应按规定位置就座，并将学生证放置在桌子左上角，以备检查。（5）考试本包括：试题部分、答题部分和草稿纸三部分并合订为一本。考生必须按规定答卷，考试结束，完整交回，拆开或缺页的考试本作废拆开或缺页的考试本作废。（6）未经监考人员允许，考生不得离开考场。（7）考生必须严格遵守考试纪律，服从监考人员的指挥。不服从监考人员安排者，立即清出考场，并取消其考试资格。考前必读考前必读5复习内容复习内容 一、基本知识 二、重要计算 三、推导或证明 四、作图 五、习题6一、基本知识一、基本知识7第一章第一章 流体及其主要物理性质流体及其主要物理性质1.1.流体的概念流体的概念（1）液体和气体统称为流体。（2）质点的概念，流体的连续介质假设。2.2.流体的主要物理性质流体的主要物理性质（1）密度、重度、相对密度（比重）d的定义及相互计算。（2）压缩性、膨胀性、体积压缩系数p、体积膨胀系数t。（3）粘性，动力粘度与运动粘度的相互计算、单位。（4）粘性产生的原因：分子内聚力和分子不规则运动的动量交换分子内聚力和分子不规则运动的动量交换。（5）温度对流体粘性的影响规律（对液体和气体，变化规律不同！对液体和气体，变化规律不同！）。（6）实际流体与理想流体的区别（在于是否具有粘性或粘滞性在于是否具有粘性或粘滞性）（7）牛顿内摩擦定律的内容、数学表达式、适用条件。（8）牛顿流体与非牛顿流体的概念，并举例。3.3.作用在流体上的力的分类作用在流体上的力的分类 按力的表现形式分两大类：质量力质量力和表面力表面力。84 4.基本公式基本公式（这里（这里 ，）适用于牛顿流体层流9第二章第二章 流体静力学流体静力学1.静压力的两个重要特性静压力的两个重要特性（1）静压力方向永远沿着作用面内法线方向；（2）静止流体中任何一点上各个方向的静压力大小相等，与作用面方位无关。2.欧拉平衡方程式欧拉平衡方程式：物理意义：物理意义：作用在单位质量流体上的质量力与压力的合力相平衡。适用范围：适用范围：绝对静止与相对静止；可压与不可压流体。全微分形式：全微分形式：3.绝对压力、相对压力（表压力）、真空度三种压力表示方法及其相互关系绝对压力、相对压力（表压力）、真空度三种压力表示方法及其相互关系104.4.绝对静止流体（质量力只有重力作用）绝对静止流体（质量力只有重力作用）（1）静力学基本方程及其几何意义和物理意义。等压面为水平面等压面为水平面（2）液式测压计的原理及应用 原理：液柱重量与被测液体压力相平衡。液式测压计的计算液式测压计的计算：计算某点压力和比较两点压差计算某点压力和比较两点压差。利用知识：，等压面。几何意义几何意义物理意义物理意义115.5.相对静止流体（质量力包括重力和惯性力）相对静止流体（质量力包括重力和惯性力）（1）等加速水平直线运动时 质量力：重力、直线惯性力。X=-a,Y=0,Z=-g 静压力分布：等压面：，为一簇斜平面斜平面 自由液面：思考思考：如果容器沿着斜坡做等加速运动，如何分析？（2）绕定轴等角速旋转时 质量力：重力、离心惯性力。X=2x，Y=2y，Z=-g 压力分布：等压面：，为一簇旋转抛物面旋转抛物面 自由液面：126.等压面及其三个特性、等压面微分方程等压面及其三个特性、等压面微分方程 等压面概念。等压面的三个特性。等压面微分方程：7.7.平面上总压力的计算：平面上总压力的计算：分p0pa和p0pa两种情况 对于对于p0pa的情况：的情况：（1）大小：（2）方向：垂直指向作用面 （3）压力中心：对于对于p0 pa的情况：的情况：将液面折算：增加或减去一个高度将液面折算：增加或减去一个高度圆形：矩形：138.曲面上总压力的计算曲面上总压力的计算：分p0pa和p0pa两种情况：对于对于p0pa的情况：的情况：（1）大小：，而 ，（2）方向：与垂直线夹角 （3）作用点：由 与 作用线共同确定。对于对于p0 pa的情况：的情况：将液面折算：增加或减去一个高度将液面折算：增加或减去一个高度9.9.正确理解压力体的概念及其画法正确理解压力体的概念及其画法 关键是“三个面”：自由液面或其延伸面自由液面或其延伸面，受压曲面受压曲面，铅垂面铅垂面。实压力体、虚压力体实压力体、虚压力体10.静压力分布图的绘制（静压力分布图的绘制（注意是用表压强还是绝对压强注意是用表压强还是绝对压强）14第三章 流体运动学与动力学基础1.1.研究流动的两种方法研究流动的两种方法（1）拉格朗日法拉格朗日法和欧拉法欧拉法（2）欧拉法表示的质点加速度表达式2.2.流线与迹线的概念、流线微分方程流线与迹线的概念、流线微分方程 迹线迹线：流体质点在一段时间内运动的轨迹线。流线流线：某瞬时，流场中连续不同位置质点的运动方向连线,该线上质点的运动方向与该线相切。流线的三个性质流线的三个性质。流线微分方程：流线微分方程：当地加速度当地加速度迁移加速度迁移加速度153.流量的概念及三种流量表示方法流量的概念及三种流量表示方法：体积流量Q、重量流量G、质量流量M G=Q，M=Q4.平均流速、动能修正系数平均流速、动能修正系数、泵的扬程、泵的扬程H、水力坡降、水力坡降 i 的概念的概念 V=Q/A 动能修正系数动能修正系数：是由于断面速度分布不均匀引起的，1 泵的扬程泵的扬程H：泵使单位重量液体所增加的机械能。水力坡降水力坡降：5.缓变流的概念及其断面上的压力分布规律缓变流的概念及其断面上的压力分布规律 流线之间的夹角比较小、流线曲率半径比较大的流动，称为缓变流。断面上各点压力分布：符合静压力分布规律166.节流式流量计原理：节流式流量计原理：通过测量压差来计算流量7.7.总压强、驻压强的概念，测速管原理总压强、驻压强的概念，测速管原理 8.欧拉运动方程的表达式、物理意义、适用范围欧拉运动方程的表达式、物理意义、适用范围总总压压强强 动动压压强强 驻驻压压强强 物理意义：物理意义：作用在单位质量流体上的真实质量力、压力和 虚假质量力相平衡。适用范围：适用范围：理想流体，可压或不可压流体，稳定流或不稳定流。179.一元稳定流的连续性方程和空间运动连续性微分方程一元稳定流的连续性方程和空间运动连续性微分方程 一元不可压缩流体：Q1=Q2 或 V1A1=V2A2 空间流动：对不可压缩流体：对不可压缩流体：10.10.实际流体总流的伯诺利方程及使用条件、物理意义实际流体总流的伯诺利方程及使用条件、物理意义 使用条件：使用条件：稳定流，不可压缩流体，质量力只有重力，缓变流断面。据此方程可判断流向据此方程可判断流向：总比能大处总比能大处总比能小处总比能小处水头线的画法：水头线的画法：总水头线总水头线、测压管水头线测压管水头线、位置水头线位置水头线沿着流动方向，总水头线是逐渐降低的沿着流动方向，总水头线是逐渐降低的。1811.11.有泵时的伯诺利方程有泵时的伯诺利方程12.12.稳定流动量方程及应用稳定流动量方程及应用 应用：应用：会进行弯管、渐缩管（喷嘴）、挡板、射流背压等受力计算13.13.系统与控制体系统与控制体 系统：系统：由确定不变的一系列质点组成的集合。控制体：控制体：由空间点组成的，相对于坐标系固定不变的任何体积。泵的扬程泵的扬程 H19第四章 流体阻力和水头损失1.1.流动阻力产生的原因及分类流动阻力产生的原因及分类 外因：流道断面几何参数、璧面粗糙度、管长 内因（根本原因）：粘性和惯性 流动阻力的分类：流动阻力的分类：沿程阻力、局部阻力 水头损失的分类：水头损失的分类：沿程水头损失hf、局部水头损失hj 总水头损失：hw=hfhj202.2.两种流态及转化标准两种流态及转化标准 层流与紊流，取Rec=2000 圆管内雷诺数:，物理意义物理意义：惯性力与粘性力之比。Re 2000为层流，Re 2000为紊流 层流时，内部切应力只有粘性应力；紊流时，包括粘性应力雷诺应力。层流时：层流时：hf V；紊流时：紊流时：hf V1.752213.3.非圆形管路的水力半径、当量直径的计算非圆形管路的水力半径、当量直径的计算 水力半径：水力半径：当量直径：当量直径：4.4.水力光滑管与水力粗糙管水力光滑管与水力粗糙管 根据层流底层l与管壁粗糙度值的大小比较来划分的。l，水力光滑管；l，水力粗糙管。5.N-S5.N-S方程的形式及其物理意义方程的形式及其物理意义拉普拉斯算子物理意义：物理意义：反映了质量力、压力、粘性力和惯性力相平衡。适用条件：适用条件：不可压缩实际流体。226.6.圆管层流流动规律圆管层流流动规律 速度分布：速度分布：为为旋转抛物面旋转抛物面分布分布 流量：流量：平均流速：平均流速：切应力分布：切应力分布：为线性分布为线性分布 沿程水头损失：沿程水头损失：，（层流时常常通过测轴线上速度利用此关系得到断面平均流速）237.7.因次的齐次性原理，会写物理量的因次表达式因次的齐次性原理，会写物理量的因次表达式 任何一个完整的物理方程中每项的因次相同。因次表达式举例：V=LT-1，F=MLT-2，p=ML-1T-2 =L，=ML-3，=ML-1T-18.8.定理及应用定理及应用 将有因次的函数关系式化为无因次的函数关系式。9.9.动力学相似原理：几何相似、运动相似、动力相似的定义动力学相似原理：几何相似、运动相似、动力相似的定义?各种比尺的定义及相互关系，力的比尺与牛顿数 10.10.完全动力相似和近似（局部）动力相似完全动力相似和近似（局部）动力相似11.11.常用的三个相似准数及其物理意义常用的三个相似准数及其物理意义 雷诺数：，惯性力与粘性力之比。用于粘性力起主要作用流动 富劳德数：，惯性力与重力之比。用于重力起主要作用流动 欧拉数：，压力与惯性力之比。用于压力起主要作用流动2412.12.管路水头损失（管路水头损失（hf、hj）的计算方法）的计算方法l 沿程水头损失沿程水头损失hf计算计算：计算步骤计算步骤：“三步曲三步曲”（1）根据流量Q，计算Re，判断流态；（2）根据流态，选择经验公式求，或查莫迪图求；（3）由达西公式 计算hf。结合经验公式或莫迪图，分析各种流态下结合经验公式或莫迪图，分析各种流态下 与与Re和和/d之间的关系：之间的关系：层流：f(Re)紊流水力光滑区：f(Re)紊流混合摩擦区：f(Re,/d)紊流水力粗糙区：f(/d)l 局部水头损失局部水头损失hj计算计算:求：查手册，对于突然扩大管：采用包达公式：从管道流入大空间的出口局部阻力：25 第五章 压力管路的水力计算1.1.长管与短管的概念长管与短管的概念 长管：长管：比动能和局部水头损失可以忽略可以忽略的管路。短管：短管：比动能和局部水头损失不能忽略不能忽略的管路。2.2.长管的水力计算长管的水力计算 简单长管计算的三类问题及解题步骤：简单长管计算的三类问题及解题步骤：第一类问题：已知d，L，管路布置（z1、z2），流量Q，求水头损失和压降。第二类问题：已知d，L，管路布置（z1、z2），压降或损失，求流量Q。第三类问题：已知L，管路布置（z1、z2），流量Q，设计管径d。263.3.短管的水力计算短管的水力计算 短管实用流量计算通式：4.4.串联管路与并联管路的水力特点、水力计算串联管路与并联管路的水力特点、水力计算 串联管路的水力特点：（1）（2）并联管路的水力特点：（1）（2）综合阻力系数流量系数：275.5.孔口和管嘴的泄流特点、流量计算公式、流量系数，作用水头，孔口和管嘴的泄流特点、流量计算公式、流量系数，作用水头，孔口与管嘴泄流流量的比较孔口与管嘴泄流流量的比较 （1 1）定水头孔口泄流：）定水头孔口泄流：流量系数：流量系数：流速系数：流速系数：对于自由出流和淹没出流，其作用水头对于自由出流和淹没出流，其作用水头H0定义是不同的：定义是不同的：对自由出流：对自由出流：对淹没出流：对淹没出流：28（2 2）标准圆柱外管嘴泄流：）标准圆柱外管嘴泄流：流量系数：流量系数：管嘴阻力系数：管嘴阻力系数：在相同的出口直径在相同的出口直径d和作用水头和作用水头H0条件下，条件下，Q嘴嘴Q孔孔原因：管嘴在其内部收缩断面处形成负压，相当于增加了作用水头。原因：管嘴在其内部收缩断面处形成负压，相当于增加了作用水头。296.6.水击现象、产生原因、水击压力的计算、减小措施水击现象、产生原因、水击压力的计算、减小措施水击现象：水击现象：在有压管道中流动的液体，由于某种外部因素的作用，使其流速突然 改变，导致其动量突变，从而引起压强突变的现象，称为水击现象。水击产生的原因：水击产生的原因：外因：流速的突然变化 动量突然变化 压力突然变化 内因（物理原因）：流体具有的惯性惯性和压缩性压缩性直接水击压力的计算：直接水击压力的计算：间接水击压力的计算：间接水击压力的计算：减小水击压力的措施减小水击压力的措施水击的相长水击的相长0和周期周期直接水击和间接水击的概念直接水击和间接水击的概念 30二、重要计算二、重要计算311.牛顿内摩擦定律2.液式测压计的计算 3.相对平衡4.平面受总压力的计算5.曲面受总压力的计算6.连续性方程、伯努利方程、动量方程的联合应用7.水头损失的计算：hf、hj、hw8.管路的水力计算：长管和短管，串联和并联管路、分支管路。9.模型试验的设计（相似准数和比尺的应用）10.孔口和管嘴泄流32三、推导或证明三、推导或证明331.求解N-S方程解决简单层流问题：圆管层流、平板层流等2.定理的应用。3.教材中重要方程或公式。34四、作图四、作图351.画压力体2.画静压力分布图3.画水头线4.教材中得到的其它重要参数的分布规律36五、习题五、习题复习作业和教材、讲义中的例题。