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水力學(xué)與流體力學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)大全
一、流體的壓縮性
流體是液體和氣體的統(tǒng)稱。其體積隨壓力和溫度的變化很小,可視為不變的,如液體,稱為不可壓縮流體,而其體積隨壓力和溫度有顯著變化的,如氣體,稱為可壓縮流體。
二、流體的連續(xù)性
流體是由無數(shù)分子所組成的,分子與分子之間有間隙,然而,對(duì)于工程實(shí)際,常把它們看作是曲無數(shù)流體質(zhì)點(diǎn)(流體微團(tuán))組成的連續(xù)介質(zhì)。我們可以認(rèn)為表征流體質(zhì)點(diǎn)的各種物理量(如速度、壓力等)應(yīng)是空間坐標(biāo)的連續(xù)函數(shù)。其對(duì)于不可壓縮流體的一元定常流動(dòng)的連續(xù)方程式為
Q=V1A1=V2A2=VA
式中 Q——通過有效斷面的流量;
V——有效斷面的平均流速;
A——有效斷面的面積。
三、流體的粘性
流體是由無數(shù)不斷運(yùn)動(dòng)著的分子所組成,分子之間相互有作用力。所以,當(dāng)流體作相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí),就會(huì)產(chǎn)生阻止這種相對(duì)運(yùn)動(dòng)的摩擦切應(yīng)力。流體的這種特性,稱為流體的粘性。表示粘性程度大小的量,是(動(dòng)力)粘度μ和運(yùn)動(dòng)粘度υo
四、流體的表面張力
流體分子之間存在著相互作用力。所以位于自由表面的液體,由于分子之間力的相互作用的結(jié)果,就產(chǎn)生了表面張力。
五、理想流體和實(shí)際流體
理想流體是所謂假想的不具有粘性的流體。而在大自然中,實(shí)際存在的流體都是有粘性的,所以都稱實(shí)際流體。
六、流體的定常流動(dòng)和非定常流動(dòng)
流體運(yùn)動(dòng)時(shí),流體的運(yùn)動(dòng)參數(shù)(如密度、壓力、速度)不隨時(shí)間改變的流動(dòng)稱為定常流動(dòng);反之,隨時(shí)間而改變的流動(dòng),稱為非定常流動(dòng)。
七、流體靜力學(xué)基本方程式
p=p0+p’=p0+ρgh (1—2)
式中 p—靜止重力流體內(nèi)任何一點(diǎn)處的靜水壓力;
p0—自由表面上的流體靜壓力;
P’=ρgh (1—3)
ρ—液體的密度;
g—重力加速度;
h—任何點(diǎn)的淹沒深度。
八、靜止流體體積的邊界面上各點(diǎn)壓力之間的關(guān)系——巴斯噶定律
巴斯噶定律——靜止不可壓縮的流體,由于平衡流體部分邊界面上的外力作
用而產(chǎn)生的壓力,將均勻傳遞到該流體體積中的所有各點(diǎn)上(圖1—2)。
九、流體能量方程式——伯努利方程式
實(shí)際流體中總流的任意兩個(gè)緩變有效截面(圖1—3)上的能量方程式為
Z1+p1/ρg+v12/2g=Z2+p2/ρg+ v22/2g+△H1-2
式中 Z1、Z2——兩個(gè)有效截面中心距離基準(zhǔn)面的垂直高度;
p 1、p2——在兩個(gè)有效截面處的壓力;
v 1、v2——在兩個(gè)有效截面處的平均流速;
ρ——流體密度;
g——重力加速度;
△Hl-2——兩個(gè)有效截面間的能量水頭損失。
十、層流和紊流、光滑管和粗糙管
1.層流和紊流
當(dāng)流速小于某一確定值時(shí),流體是有規(guī)律的層狀流動(dòng),流體質(zhì)點(diǎn)互不干擾,流體的這種運(yùn)動(dòng)稱為層流運(yùn)動(dòng);當(dāng)流速大于該確定值時(shí),流體質(zhì)點(diǎn)有規(guī)律的運(yùn)動(dòng)就受到破壞,流體質(zhì)點(diǎn)相互干擾,而變成混亂地運(yùn)動(dòng),流體的這種運(yùn)動(dòng)稱為紊流運(yùn)動(dòng)。
2.層流底層、光滑管和粗糙管
紊流運(yùn)動(dòng)中,在靠近管壁處,由于管壁的限制和吸附,以及粘性力的作用,存在著一層很薄的流體保持層,稱為層流底層。距離管壁越遠(yuǎn),管壁的這種限鋃和吸附作用的影響也就越小,流體質(zhì)點(diǎn)的混雜能力也變強(qiáng)。因此,紊流中的流體是由層流底層、過渡區(qū)和紊流核心所組成。

