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1、流体力学重要问答题整理（W-2022年3月9日）1 .争论流体运动的两种方法及其主要区分（工流P45）（1）拉格朗日法：把流体视为由无限多个质点（分子微团）所组成的匀称连续介质，假如把流体质点作为争论对象，跟踪一个质点，描述它运动的历史过程，并把足够多的质点运动状况再综合起来，就可以了解整个流体的运动。这实质是一种质点系法。拉格朗日法是以争论个别流体质点的运动为基础，通过对各个液体质点运动的争论来获得整个流体的运动规律。优点：简洁理解。缺点：流体质点太多、方程个数太多、数学处理难度大、没必要知道流体质点随时间变化的每一个状况。（2）欧拉法：着眼于流场中的空间点（流场是布满运动流体的空间），即通
2、过观看质点流经每个空间点上运动要素随时间变化的规律，把足够多的空间点综合起来而得出整个流体运动的规律。这实质是一种流场法。与拉格朗日法相比，欧拉法不用跟踪流淌介质中的个别质点，它能更精确地描述在流淌空间中任何一固定点上任何物理量随时间的变化规律。2 .流体质点的含义（工流P45）（1）宏观尺寸特别小，宏观体乐观限为零但不等于零；（2）微观尺寸特别大，含有足够多的分子；（3）具有肯定的宏观物理量；（4）外形可以任意划定。3 .流体微团运动与刚体质点运动的区分（工流P19D刚体质点的运动只表现为移动和旋转。流体的主要特征是具有连续变形的性质，从而流体质点的运动除了移动和旋转以外，突出地表现为变形运
3、动，其变形分为角变形和线变形。4 .迹线、流线及其主要区分（工流P49）迹线：某一质点在连续的时间过程内所占据的空间位置的连线，是流体质点在一段时间内运动的轨迹线。流线：某一瞬时在流场中绘出的曲线，在这条曲线上全部质点的速度矢量都和该曲线相切。流线的特性：（1）稳定流的流线外形和方位不随时间而转变，不稳定流中经过同一点的流线其空间方位和外形是随时间变化的。（2）在稳定流中质点的迹线与流线重合。（3）同一时刻流线不能相交不能折转也不能分叉，只能是一条光滑曲线。5 .流体静压力的两个重要特性（工流P13）（1）静压力方向永久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，
4、与作用面方位无关。6 .雷诺数的物理意义和主要用途（工流P90）物理意义：其物理意义为惯性力与粘性力之比。雷诺依据大量的试验归纳出的一个由流速、粘度、密度及管径组成的无量纲数，Re=vdp0能同时反映出流速、管径和流体物理性质三方面对流态的影响，综合了引起流体阻力的内因和外因，揭示了流体阻力的物理本质。主要用途：雷诺数紊流状态下，惯性力占主要地位，雷诺数较大；层流状态下，惯性力较弱，粘性力居主导地位，雷诺数较小。故用雷诺数来判别流态。管流中临界雷诺数的数值约为ReC20002300。习惯上取R&=2000作为标准。一般输液（或低速气体）管路中，假如Re2000则认为是紊流。7 .水击现象及产生
5、的缘由（工流PI74、流体P178）水击是指管路中不稳定流所引起的一种特别的压力瞬变过程。水击现象是指由于某种缘由引起管路中流速突然变化时，导致管内压力的突然变化并产生振动与啸叫的现象。产生缘由：发生水击现象的物理缘由主要是液体具有惯性和压缩性。外因是边界的突然转变，或者说由于开关阀门过快、突然断电停泵等引起管路中流速突然变化导致管内压力突然变化。8 .串联管路、并联管路的定义，压力管路的水力特点（用公式表示）（工流P150）（1）定义：凡是液流布满全管在肯定压差下流淌的管路都称为压力管路。串联管路是不同长度、不同直径的管段依序联接的管路系统；并联管路是从一点分别，汇合于另一点的两条或两条以上
6、的管路系统。（2）串联管路的水力特点：进入节点的总流量等于流出节点的总流量：当支线阀门关闭时，各支管的流量相等：全线总的水头损失为各分段水头损失的总和.（3）并联管路的水力特点：进入各并联管的总流量等于流出各并联管的流量之和不同并联管段单位重量液体的能量损失（水头损失）都相等。总水头损失等于各支管的水头损失。9 .系统、掌握体的定义及区分（流体P51、工流P72）在空间某个坐标系上体积固定不变的任意一个连续、封闭的空间区域构成固定掌握体，固定掌握体的表面上可以有质量和能量交换，而且微分和积分挨次可以交换。对由一团固定不变的物质构成的系统来说，系统的外形可随时间、空间变化，系统的边界上可以有能量
7、交换，但微分和积分的挨次是不能交换的。掌握体和系统内都可受到外界施加的力的作用。某个物理量的变化率是指其体积分随时间的物质导数或随体导数。系统是一团流体质点的集合。它始终包含着相同的流体质点，而且具有确定的质量。在系统外的一切统称为外界。在系统边界上无质量交换，但可以有力的作用，可以有能量交换。一个系统的外形、位置等均可转变，但它包含的物质肯定不变。掌握体是指流场中某一个确定的空间区域，这个区域的周界称为掌握面。掌握体的外形依据流淌状况和边界位置任意选定。当选定之后，掌握体的外形、大小、体积、位置相对于所选定的坐标系统来讲是不随时间转变的，但它所包含的流体的量可能时时刻刻转变，即掌握面上可以有
8、流体的质量、动量和能量转变。10 .欧拉输运定理（流体P52）11 .水力光滑与水力粗糙（工流P118）雷诺数较小时，近壁处层流边层完全掩盖住管壁粗糙突起，其时肯定粗糙度对紊流不起作用，称为水力光滑，这种管为水力光滑管；随雷诺数增大，层流边层变薄，当粗糙突起高出层流边层之外时，粗糙突起加剧紊流，粗糙突起越高，阻力越大，称为水力粗糙。这种近壁处层流底层的厚度小于管壁的肯定粗糙度，粗糙度的大小对紊流特性产生直接影响的管称为水力粗糙管。12 .缓变流的定义和特点（工流P60）定义：缓变流是指流线之间的夹角比较小、流线曲率半径比较大的流淌。特点：（1）缓变流流线之间的夹角比较小，流线几乎平行，流体运动
9、的直线加速度和离心加速度都很小，可以忽视由于速度数值或方向变化而产生的惯性力。（2）缓变流的有效断面可以看成是平面，平面的外形、大小随流程缓慢转变。（3）在缓变流有效断面上，不同流线上各点压力的分布与静压力分布规律相同，即同一有效断面上各点的z+pr=常数。但不同断面上则为不同常数值。13 .水静力学基本方程式（工流P19）（1）静止流体中任一点的压力等于表面压力与从该点到流体自由表面的单位面积上的液柱重量之和。（2）在静止流体中，压力随深度按线性规律变化。（3）在静止流体中，相同沉没深度（h为常数）各点处压力相等。14 .质量力与表面力（工流P17）静止流体中，等压面的重要性质是：质量力垂直
10、于等压面；当容器作等加速直线运动时，等压面外形为倾斜平面；当圆筒形容器作等角速度旋转运动时，等压面外形为旋转抛物面。巴斯加定律：在平衡状态下的不行压缩流体中，作用在其边界面上的压力，将等值、匀称地传递到流体的全部各点。15 .压力体（工流P34）由液体的自由表面、承受压力的曲面和由该曲面的边线向上垂直引伸到自由液面或其延长面的各个表面所围成的体积。16 .相像原理（工流PlO5、流体P95）相像理论：分析争论模型和实物间的相像关系的基本原理。力学相像：模型流和原型流在对应点上对应物理量都成肯定比例，包括：几何相像、运动相像、动力相像。几何相像：原型与模型中对应的几何线性尺寸成比例，对应的几何角
11、度相等。运动相像：原型与模型中对应的运动参数如速度、加速度方向全都，大小成比例。动力相像：原型与模型中对应点处受力方向相同，大小成比例。17 .常用动力相像准数（工流P107）雷诺数：惯性力与粘性力之比，适用于完全封闭的流淌，如管道、流量计、风扇、泵、透平中，或在流淌中物体完全沉没，如车辆、潜水艇、飞机和建筑物。在这些形式中不计自由表面，重力被浮力所平衡，仅需计入惯性力和粘性力。弗劳德数：惯性力与重力之比。用于具有自由表面的液流中，重力为主要作用力的状况。例如争论船舶或水上飞机外壳产生的表面波，以及明槽中的流淌状况。欧拉数：压力与惯性力之比。适用于争论沉没在流体中的物体表面上的压力或压强分布时
12、，压力是主要作用力的状况。18 .因次与量纲，因次的和谐性（工流P99、流体P96）（1）因次：指一套用于描述物理量的单位制中相互独立的不能互换的基本单位。（2）量纲：指物理量的单位与基本单位之间的关系。一般地，常用的基本因次有长度、质量、时间；其相应的单位是米、千克、秒。（3）量纲和谐：有量纲的变量构成的数学方程，各项必需含有相同的质量、长度和时间等相互独立的基本量纲。（4）因次的齐次性（和谐性）：有物理意义的代数表达式或完整的物理方程是因次和谐的，或称为齐次的。19 .兀定理（流体P96）20 .一元不稳定流淌的惯性水头（工流P173）21 .水力坡降（工流P69）沿流程单位长度上总水头的
13、降低值（水头损失），无因次。22 .水力半径（工流P87）流体力学上用断面面积A和湿周长度的比值来标志管路的几何外形对阻力的影响,对常见有压圆管,水力半径R=d4o水力半径越大，流体的流淌阻力越小；水力半径愈小，流体的流淌阻力愈大。23 .粘性流体运动的三个基本性质（流体P102）（1）粘性流体运动的有旋性：在不行压缩粘性流体运动中，除极个别的几个特别状况外，运动都是有旋的。（2）机械能的损耗性：由于粘性应力将一部分体积力和表面力所做的功不行逆的以热能的形式损耗掉，因此粘性流体运动中总能量是削减的。（3）涡旋的集中性：由于流淌边界处是生产涡旋的地方，涡旋由强度大的地方向强度小的地方输送直至涡量
14、相等为止，也即涡旋由流淌边界向内部集中。24 .广义牛顿内摩擦定律的基本假设（流体P86）斯托克斯为了将牛顿内摩擦定律推广成张量形式作了如下假设：（1）应力张量T是一个关于变形速度张量S的连续函数，与其它运动参数无关；（2）应力张量仅取决于位移r和时间t；（3）流体是各向同性的，因而粘度是一个标量；（4）当S=0,T退化成PL即静止时，应力无限趋近于静止流体的压力函数。25 .雷诺试验结果（工流P90）对于牛顿流体圆管流淌，层流区，沿程损失与平均流速的1次方成比例；紊流光滑区（水力光滑管），沿程损失与平均流速的1.75次方成比例；紊流粗糙区（水力粗糙管），沿程损失与平均流速的2次方成比例。26
15、 .尼古拉兹试验结果（工流PI25、流体P156）依据尼古拉兹的试验结果，圆管内流淌可分为五个区域：层流区、临界区、紊流光滑区、紊流混合区、紊流粗糙区。层流区、临界区和紊流光滑区的沿程阻力系数仅与雷诺数有关；紊流粗糙区的沿程阻力系数仅与管壁粗糙度有关；紊流混合区的沿程阻力系数与雷诺数和管壁粗糙度都有关。27 .势流的叠加原理（工流P206）叠加两个或多个势流组成一新的复合势流，只需将各原始势流的速度势或流函数简洁地代数相加，其速度将是各原始势流速度的矢量和。28 .连续介质假设（工流P3）在流体力学中认为流体质点是微观上充分大、宏观上充分小的分子团，它完全布满所占空间，没有空隙存在。流体看成连
16、续介质的单元体，则反映宏观流体的各种物理量都是空间坐标连续函数。除淡薄气体外，这一假设对大多数流体都是适用的。29 .简洁长管设计和计算中的三类问题（工流P147）第一类：计算水力坡降；其次类：计算最大输送力量；第三类：设计最经济的管径。略30 .流体力学在石油工业中的地位和作用（工流P2）钻井、采油工艺、炼油设施、油品储存和运输，都离不开管、罐、泵的设计与使用，这就涉及到流体力学的很多方面，诸如分析流体在管道内的流淌规律，压力、阻力、流速和输量的关系，据以设计管径，校核管材强度，布置管线以及选择泵的大小和类型，设计泵的安装位置等；也需要用流体力学原理分析校核油罐或其他储液容器的结构强度，估量
17、容器、油槽车、油罐的装卸时间，解释有关气蚀、水击等现象，了解计量用的水力仪表的原理等。有时还会遇到输送“三高”（高含蜡、高粘度、高凝固点）原油、增粘或降粘剂以及某些化工产品，这就涉及到非牛顿流体的力学原理。全部这些，都要求从事石油工艺技术的科学工作者必需具备工程流体力学的学问，以便在工程的建设和管理中更好地发挥作用。学习工程流体力学，不仅为了把握油、气、水运动的规律，更重要的是运用这些规律改进工程的设计和管理，开展技术革新和技术革命，使石油工业赶超世界先进水平。流体力学在油气井工程中的应用及举例：略.流体力学：争论流体的运动和平衡的规律以及流体和固体之间相互作用的一门科学。流体力学石油工业应用
18、：钻井工程：洗井液、钻头水力学、泵、射流及喷射钻井、钻井浮船及平台设计等。采油工程：油气渗透，抽油机，注水驱油，振荡解堵，原油集输，油、水、气分别，清洗炮眼等。储运工程：管道及泵功率的设计、船舶运输等。炼油工程：设施流程设计，设施清洗。基本理论:牛顿内摩擦定律,静力学基本方程,连续性方程一一质量守恒,伯努利方程一一能量守恒,动量方程一一动量守恒第一章流体及其主要物理性质流体的概念：从外观上看，液体和气体很不相同，但是从某些性能方面来看，却很相像。流体与固体相比，分子排列松散，分子引力较小，运动较剧烈，无肯定外形，易流淌，只能抗压，不能抗拉和切。流体：是一种受任何微小剪切力都能连续变形的物质。它
19、是气体和液体的通称。温度对粘性的影响：产生粘性的主要因素不同.（1）气体：T提升，变大分子间动量交换为主（2）液体：T提升，日变小内聚力为主连续介质假设连续性说明（稠密性假设）：1753年欧拉（数学家）从微观上讲，流体由分子组成，分子间有间隙，是不连续的，但流体力学是争论流体的宏观机械运动，通常不考虑流体分子的存在，而是把真实流体看成由很多连续分布的流体微团（或流体质点）所组成的连续介质,流体质点紧密接触，彼此间无任何间隙。这就是连续介质假设。流体微团（或流体质点基本单位.宏观上足够小（无穷小），以致于可以将其看成一个几何上没有维度的点；微观上足够大（无穷大），它里面包含着许很多多的分子，其行
20、为已经表现出大量分子的统计学性质。压缩性：（1）定义：温度不变时，流体在压力作用下体积缩小的性质。（2）体积压缩系数温度不变时，压强增加一个单位，体积的相对变化量。膨胀性（expansibility）：（1）定义：压力不变时，温度提升，流体体积增大的性质。（2）体积膨胀系数夕：（Coefficientofvolumetricexpansion）压力不变时,温度增加一个单位，体积的相对变化量。粘性（viscosity）：粘性是流体所特有的性质，自然界中的任何流体都具有粘性，只是有大有小。定义：流体微团发生相对运动时所产生的反抗变形、阻碍流淌的性质。产生粘性的缘由：（1）流体内聚力（2）动量交换（
21、3）流体分子和固体壁面之间的附着力。产生条件：流体发生相对运动。产生的实质：微观分子作用的宏观表现内摩擦力的计算一牛顿内摩擦定律：流体相对运动时，层间内摩擦力T的大小与接触面积、速度梯度成正比，与流_,4duT=zA体种类及温度有关，而与接触面上的压力无关，即：dy粘性系数（粘度）：表征流体粘性大小，通常用试验方法确定。单位面积上的内摩擦力与速度梯度的比值即粘度。抱负流体与实际流体：G）抱负流体：假想没有粘性的流体U=O,能量损失=0（2）实际流体：又称为粘性流体，即真实流体U#0,能量损失0。流体在运动中因克服摩擦力必定要做功，所以粘性也是流体中发生气械能量损失的根源。表面张力。：使液体表面
22、处于拉伸状态的力为表面张力。表面张力系数。：单位长度上的表面张力。其次章流体静力学静止：是一个相对的概念，流体质点对建立的坐标系没有相对运动。肯定静止：流体整体相对于地球没有相对运动。相对静止：流体整体（如装在容器中）对地球有相对运动，但液体各部分之间没有相对运动。流体静压强：静止流体作用在单位面积上的力。流体静压强特性：1、静压强作用方向永久沿着作用面内法线方向一一方向特性.（垂直并指向作用面）2、静止流体中任何一点上各个方向的静压强大小相等，而与作用面的方位无关，即P只是位置的函数P=P（X,y,Z）大小特性。（各向相等）X供=0r-=oz-=o欧拉平衡微分方程式：PeXP用PeZ1、平衡
23、流体中单位质量流体所受的质量力与表面力在三个坐标轴方向的重量的代数和为零。公式适用条件：抱负流体、实际流体；肯定、相对静止；可压缩与不行压缩流体。帕斯卡(Pascal)定律：在平衡状态下的不行压缩流体中，作用在其边界上的压力，将等值、匀称地传递到流体的全部各点。等压面：同种连续静止流体中，静压强相等的点组成的面。(p=const)IX-+丫力+Zdz=等压面性质： 等压面就是等势面。由于dp = pdU。作用在静止流体中任一点的质量力必定垂直于通过该点的等压面。，+K-C-+且一-IP?静力学基本方程式：对于不行压缩流体(公式使用条件之一)，=const,I_L_111二二二l静力学基本方程形
24、式之一IP=。+mI静力学基本方程形式之二。(1)适用条件：静止、不行压缩流体。(2)静止流体中任一点的压强夕由两部分组成，即液面压强R与该点到液面间单位面积上的液柱重量仍。z+E=C静力学基本方程式的意义：=_几何意义Z一位置水头：该点到基准面的高度。Bz+K/压力水头:该点压强的液柱高度。V测压管水头：为一常量。静止流体中各点的测压管水头是一个常数。物理意义：Z比位能：单位重量流体所具有的位能。z=%比压能：单位重量流体从大气压力为基点算起所具有的压力势能。是一种潜在的势能，若在某点压力为p,接出一测压管，则在该压力作用下，2Z+4液面提升的高度为/总势能：为一常量。静止流体中，单位重量流
25、体的总势能是恒等的。静止液体作用在平面上的总压力：p=九A=总压力计算公式。结论：总压力=形心处压强X平面面积。总压力的方向：垂直并指向平面。压力中心(作用点)D永久在平面形心C的下边,距离为偏心距eV=fhA.压力体一用于求垂直分力(t或I1、定义：_小由承受压力的曲面、曲面边缘向上引垂面与自由液面或延长线(面)相交形成的无限多微小体积的总和。第三章流体运动学与动力学基础拉格朗日法(跟踪法、质点法)LagrangianmethOd:K定义：以运动着的流体质点为争论对象，跟踪观看个别流体质点在不同时间其位置、流速和压力的变化规律，然后把足够的流体质点综合起来获得整个流场的运动规律。方程：设任意
26、时刻1,质点坐标为(x,y,z),则：X=x(a,b,c,t)y=y(a,b,c,t)z=z(a,b,c,t)优点：可以描述各个质点在不同时间参量变化，争论流体运动轨迹上各流淌参量的变化。缺点：不便于争论整个流场的特性。欧拉法(站岗法、流场法)Eulerianmethod：定义：以流场内的空间点为争论对象，争论质点经过空间点时运动参数随时间的变化规律，把足够多的空间点综合起来得出整个流场的运动规律。方程：由于欧拉法是描写流场内不同位置的质点的流淌参量随时间的变化，则流淌参量应是空间坐标和时间的函数。位置：X=x(x,y,z,t)y=y(x,y,zft)Z=Z次必z,速度：ux=x(x,y,zf
27、t)uy=uy(x,y,z,t)5=(为匕z,”同理：P=O(X,y,z,t),P=P(x,y,z,t)说明：x、yZ也是时间t的函数。uvuruvuvv=-+wv-+wv-+.-加速度：BaX.Szuuuuav=-+ur-+wu-+w.-txyzu.u.u,u,=-+Mr-Wvl+Wt-txyz全加速度=当地加速度+迁移加速度当地加速度：在肯定位置上，流体质点速度随时间的变化率。迁移加速度：流体质点所在的空间位置的变化而引起的速度变化率。说明：两种方法具有互换性。但由于欧拉法较简洁，且本书着重争论流场的整体运动特性。不稳定流消（非定常流场）：经过空间点流体质点运动参数的全部或者部分随时间而变
28、化的流淌。（物理参数场与时间有关者）P=夕（x,y,z,t）u=u（x,y,z,t）稳定流淌（定常流场）：物理参数场与时间无关的流淌。p=p（x,y,z）LU（X,y,z）ururura,=ur-+uv-+ur-x-y-zuvuu%=ma+uV-+乂，xyza.=ux+u+uzxyyz迹线和流线：定义：流体质点在一段时间内运动所经过的路线。迹线特点：每个质点都有一个运动轨迹，所以迹线是一簇曲线，且只随质点不同而异，与时间无关。dxdydz,=dtuvuxW.迹线微分方程式U_：流线：（欧拉法）定义：是某一瞬时流场中的一条曲线，该曲线上全部质点的速度矢量都和该曲线相切。一一表示流场在某一瞬时的流
29、淌方向。流线的特性：不稳定流时，流线的空间方位外形随时间变化；稳定流时，流线的外形不随时间变化，并与迹线重合；流线是一条光滑曲线，既不能相交，也不能转折。特例：点源、点汇、驻点、相切dx_dy_dz_ds流管：流场内画一条曲线，从曲线上每一点做流线，由很多流线围成的管子。（人为引入的一个虚构空间）特性：流管内外无流体质点交换，稳定流时，流管外形不随时间而变流束：布满在流管内部的流体。微小流束：断面无穷小的流束一一断面上各点运动要素相等。总流：很多微小流束的总和一一全部问题都归于总流问题。有效断面（过流断面）：流束或总流上，垂直于流线的断面。有效断面可以是曲面或平面。流量：单位时间内流过有效断面
30、的流体量。它有三种表达方法：（a）体积流量：单位时间内流过有效断面的流体体积。（b）质量流量。c）重量流量。断面平均流速V：假想断面上各点流速相等，以表示，且其流量等于实际流速u流过该断面的流量。贝U:vA=udA=QV=JAUdA=QJAAA质量守恒定律：对于空间固定的封闭曲面，dt时间内流出的流体质量与流入的流体质量之差应等于封闭曲面内的流体质量的削减。dt时间内：流出质量一流入质量=削减量。总流的连续性方程：沿流程的质量流量保持不变。epId（pu）l3（叫）IG（HJ-0空间运动的连续性方程：dtdxdydzz+e=CZ+且+江=Z2+互+江抱负流体流束的伯努利方程（咫177。0”方程
31、）：因工I对于流线上任意两点1、2。y2g2y2g抱负流体沿流线的伯努利方程。适用条件：抱负流体稳定流淌质量力只受重力不行压流体沿流线或微P.小流束。各项意义：几何意义：Z一一位置水头/压力水头2g一速度水头物理意义：Z一一比位能7一比压能2g-比动能：单位重量流体所具有的动能。三种形式的能量和功在流淌的过程中是可以相互转化的，三者之和始终保持一常数。对于实际流体：有粘性存在，消耗能量（本身摩擦变成热能散发。与壁面的摩擦损耗。局部损耗。）Z1+1-=Z2+-+o,-l+b1.2实际流体总流的伯努利方程：丫*y2g缓变茄（解决压力不等的问题）：流线间夹角很小，近似平行;流线曲率半径很大,近似直线
32、的流淌。忽视直线惯性力，忽视离心惯性力。急变流：流淌参量沿流程急剧变化的总流。水力坡降：单位长度上的水头损失。系统：一团确定不变的流体质点的集合。特点：质点不变，外形、位置、体积可以变化。能量交换，边界上可以受力。掌握体：流场中一确定区域。特点：外形、位置不变，质点可变。掌握面：掌握体的周界。输运公式：系统内部N的时间变化率等于掌握体内N的时间变化率加上单位时间经过掌握面N的净含量。20（%九）=%PS（V2y-Vlv）=XFv.稳定流淌量方程：PakL）=Zg第四章流淌阻力和水头损失湿周：管子断面上流体与固体壁接触的边界周长。以光表示。单位：米。水力半径：断面面积和湿周之比。/，单位：米肯定
33、粗糙度：壁面上粗糙突起的高度。平均粗糙度：壁面上粗糙颗粒的平均高度或突起高度的平均值。以表示。相对粗糙度：D（D管径）。阻力产生的缘由：外因（a）管子的几何外形与几何尺寸。（b）管壁的粗糙度。t,阻力f（c）管长。与hi成正比。Lt,阻力t。内因：流体在流淌中永久存在质点的摩擦和撞击现象，流体质点由于相互摩擦所表现出的粘性.以及质点撞击引起速度变化所表现出的惯性，才是流淌阻力产生的根本缘由。沿程阻力：粘性造成的摩擦阻力和惯性造成的能量消耗。局部阻力：液流中流速重新分布，旋涡中粘性力做功和质点碰撞产生动量交换。阻力的分类：1、沿程阻力与沿程水头损失，沿程阻力：沿着管路直管段所产生的阻力（管路直径
34、不变，计算公式不变）沿程水头损失：克服沿程阻力所消耗的能量2Tr=力n+及+力”2、局部阻力与局部阻力损失，局部阻力：液流流经局部装置时所产生的阻力。局部水头损失：hj=M+如+%总水头损失:h,=hf+hj流淌状态流态转化演示试验：雷诺试验。由此得出以下三个概念：层流、紊流、过渡状态。（1）.层流：流体质点平行向前推动，各层之间无掺混。主要以粘性力为主，表现为质点的摩擦和变形。为第一种流淌状态。（2）.过渡状态：层流、紊流之间有短暂的过渡状态。为其次种流淌状态。（3）.紊流：单个流体质点无规章的运动，不断掺混、碰撞，整体以平均速度向前推动。主要以惯性力为主，表现为质点的撞击和混掺，为第三种流
35、淌状态。Re=呼*判别流淌状态的标准而；对于圆管，雷诺数出_LJ工程上一般取生临=2000,当斤eW2000时，为层流，当私2000时，为紊流。Re的物理意义：作用在质点上的惯性力与粘性力的比值X_L曳十闪,=皿Navier-Stokes方程式粘性不行压缩流体运动微分方程式：PeXdtIaP2duv1pr7odu.Y-+A7uZ-+vVw.=-PydtpzdtNavierStokes方程式方程物理意义：单位质量的流体所受质量力、压力、粘性力（包括粘性切向力和粘性附加法向力）在各坐标轴上的分力之代数和等于加速度重量。因次分析：单位：量度各种物理量数值大小的标准。基本单位：相互独立、不能互换的单位
36、。导出单位：由基本单位依据物理方程或定义而导出的单位。（2）因次：即量纲，是标志性质不同的各类物理量的符号。（3）基本因次：某种单位制中基本单位对应的因次，它具有独立性。（4）因次式：因次表达式。因次齐次性用途8（1）.物理量因次的推导（2）.检验新建立的公式的正确性（3）.建立物理方程式，求导公式中物理量的指数（4）.有效支配试验相像原理：争论模型与实物之间相像关系的基本原理。相像运动：如两个流淌相应点上全部表征流淌状况的相应物理量都维持各自的固定比例关系，则这两个流淌是相像的。动力学相像包括：几何相像、运动相像和动力相像。运动相像:原型与模型之间对应的运动参数的方向全都，大小成比例。动力相
37、像:原型与模型之间对应的受力方向全都，大小成比例。无因次牛顿数:（作用在流体质点上的合外力与惯性力之比）=-（/?2-r2）圆管层流分析:当Re2000时，为层流：常发生在粘度较高或速度较低的状况下。流速分布：_4!最Aa2dQ=u2rdr,二，Hn=焉R2=fQ=。=f组产）2hS一小*=如大流速WIbm.流量JJ418/128”平均流速a32/2切应力7R有效断面上，切应力随r成线性关系。水头损失对于水公平径管“纯=当=现2.竺比=在吃QPDD2gV层流状态，水头损失与速度呈线性关系。t1ReD2gD2g一一达西2=64公式.其中Re为层流沿程水力摩阻系数。结论与管路的放置位置无关。紊流理
38、论分析:紊流的特征一一紊流的随机性,紊流状况下，流体质点运动特别紊乱，其运动速度的大小和方向随时转变。表现为各点速度和压力的脉动现象一一紊流的随机性。紊流流淌的基本性质（1）.紊流能量的输运性。紊流淌量输运表现为紊流的粘性；紊流内能输运表现为紊流的热传导。（2）.紊流流淌的耗散性（能量损失）。它有两项，平均粘性耗散项；脉动耗散项。（3）.紊流流淌的有旋性。紊流流场中的输运是通过漩涡来传递的。从理论上讲，没有旋涡就不能维持紊流。3、争论方法一一统计平均方法在紊流理论中，有三种统计平均方法：时均法，体均法，统计平均法局部阻力产生的缘由：1、液流速度重新分布，产生能耗；2、产生旋涡，粘性力做功产生能
39、耗；3、流体质点混掺，产生动量交换，消耗能量。第六章一元不稳定流不稳定流：凡是流淌参数（压力、速度、密度等）随时间变化的流淌。水击现象（水锤）：在有压管路内，由于流速急剧变化，引起管内压强突然变化，并在整个管长范围传播的现象，称水击。当急剧升降的压力波波阵面通过管路时，产生一种声音，如同冲击钻工作时产生的声音或用锤子敲击管路时发出的噪音，称之谓水击，亦称水锤。水击压力：突然变化的压力称为水击压力（管路中消失水击现象时所增加或降低的压力值班）发生水击现象的物理缘由：外因：管路中流速突然变化。内因：液体具有惯性和压缩性。惯性：企图维持液体原来的运动状态。压缩性：转变体积，缓和流体流淌第七章非牛顿流体的流淌du=牛顿流体：流体流淌时切应力和速度梯度之间的关系符合牛顿内摩擦定律的流体。dy非牛顿流体：流体流淌时切应力和速度梯度之间的关系不符合牛顿内摩擦定律的流体。流变性：流体流淌和变形的特性。流变方程：描述切应力与速度梯度之间关系的方程式。流变曲线：在直角坐标中表示流体切应力和速度梯度之间变化关系的试验曲线。du=dy
