水力直径
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2023年2月20日发(作者：稻草人作文)精品文档
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流体力学
绪论
一、流体力学的研究对象
流体力学是以流体(包括液体和气体)为对象，研究其平衡和运动
基本规律的科学。主要研究流体在平衡和运动时的压力分布、速度分
布、与固体之间的相互作用以及流动过程中的能量损失等。
二、国际单位与工程单位的换算关系
21kg0.102/kgfsm•
第一章流体及其物理性质
（主要是概念题，也有计算题的出现）
一、流体的概念
流体是在任意微小的剪切力作用下能发生连续的剪切变形的物质，流动性是流体的主要
特征，流体可分为液体和气体
二、连续介质假说
流体是由空间上连续分布的流体质点构成的，质点是组成宏观流体的最小基元
三、连续介质假说的意义
四、常温常压下几种流体的密度
水-----998水银-----13550空气-----1.205单位
3/kgm
五、压缩性和膨胀性
流体根据压缩性可分为可压缩流体和不可压缩流体，不可压缩流体的密度为常数，当气
体的速度小于70m/s、且压力和温度变化不大时，也可近似地将气体当做不可压缩流体处理。
六、流体的粘性
流体的粘性就是阻止发生剪切变形的一种特性，而内摩擦力则是粘性的动力表现，粘性
的大小用粘度来度量，粘度又分为动力粘度
和运动粘度
，它们的关系是
七、牛顿内摩擦定律
du
dy
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八、温度对流体粘性的影响
温度升高时，液体的粘性降低，气体的粘性增加。这是因为液体的粘性主要是液体分子之间
的内聚力引起的，温度升高时，内聚力减弱，故粘性降低；而造成气体粘性的主要原因在于
气体分子的热运动，温度越高，热运动越强烈，所以粘性就越大
流体静力学
一、流体上力的分类
作用于流体上的力按作用方式可分为表面力和质量力两类。清楚哪些力是表面力，哪些
力是质量力
二、流体静压力及其特性（重点掌握）
当流体处于静止或相对静止时，流体单位面积的表面力称为流体静压强。特性一：静
止流体的应力只有法向分量（流体质点之间没有相对运动不存在切应力），且沿内法线方向。
特性二在静止流体中任意一点静压强的大小与作用的方位无关，其值均相等。
三、压力差公式
()dpXdxYdyZdz
知道平衡方程的推导方法
四、等压面及其特性
在平衡流体中，压力相等的各点所组成的面称为等压面。特性一在平衡的流体中，通
过任意一点的等压面，必与该点所受的质量力互相垂直。特性二当两种互不相混的液体处
于平衡时，它们的分界面必为等压面。
五、流体静力学基本方程
12
12
pp
zzc
另一表达形式为0
pph
（可能考计算题中用到，见29
页例题）它只适用在重力作用下处于平衡状态的不可压缩流体。
能量意义：z表示单位重量流体相对于某一水平基准面的位能，第二项
p
表示单位重
量流体的压力能。
几何意义：z就是流体质点距某一水平基准面的高度，称为位置水头，
p
是由于压力
p的作用而常晓恒的液柱高度，故称它为压强水头
六、绝对压力、相对压力、真空度
绝对压力以完全真空为零点，记为P；相对压力以当地大气压Pa为零点，记为Pg；
相对压力为负值时，其绝对值称为真空度，用Pv表示；三者关系为P=Pg+PaPv=Pa-P清
楚在能量方程和动量方程中什么时候用绝对压力什么时候用相对压力。
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七、流体的相对平衡
看一下两种类型的例题，自由面上的点比抛物面顶点高出的距离称为超高
八、静止液体对壁面的作用力
对于平板的作用力计算是，用公式时，坐标原点要选在自由液面与平板或其延长线的交
点处。曲面壁的计算分为水平方向和竖直方向的，水平方向的计算方法同平面壁，竖直方向
的作用力计算用压力体计算。看一下本章的例题
①作用在平面上的总压力
总压力
压力中心
②作用在曲面上的总压力
压力体是由曲面、曲面两端向自由液面所作垂线、自由液面围成的
第三章流体运动学
（掌握一些概念，没有计算题）
一、研究流体运动的两种方法
研究流体运动的方法：拉格朗日法和欧拉法。拉格朗日法是着眼于流体质点，先跟踪个
别流体质点，研究其位移、速度、加速度等随时间的变化，然后将流场中所有质点的运动情
况综合起来，就得到所有流体质点的运动。欧拉法着眼于流场中的空间点，研究流体质点经
过这些空间点时，运动参数随时间的变化，并用同一时刻所有点上的运动情况来描述流体质
点的运动。
二、定常流动与非定常流动
流场中各点的流动参数与时间无关的流动称为定常流动。流场中各点的流动参数随时间
变化的流动称为非定常流动。
三、迹线与流线
迹线就是流体质点的运动轨迹，迹线只与流体质点有关。流线是同一时刻流场中连续各
点的速度方向线。流线具有以下两个特点：①非定常流动时，流线的形状随时间改变；定
常流动时，其形状不随时间改变。②流线是一条光滑曲线。流线之间不能相交。如果相交，
B
A
绝对压强基准
A点绝
对压强
B点真空压强
A点相对压强
B点绝对压强
相对压强基准
O
当地大气压
强pa
O
压强
AhpAhApP
CC
00
Ay
J
yy
C
Cx
CD
VP
AhP
z
xCx
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交点的速度必为零。
四、流束
流管中的所有流体称为流束。
五、水力直径
总过流断面的面积A与湿周x之比称为水力半径R，水力半径的4倍称为水力直径，
用d表示44
A
dR
对于圆形管道，水力直径在数值上等于圆管直径
六、流量与平均速度
单位时间内通过过流断面的流体量称为流量，
Q
v
A
称为过流断面上的平均速度
七、连续性方程
连续性方程的实质是质量守恒定律
第四章流体动力学基础
（能量方程和动量方程必考计算）
一、伯诺里方程
理想不可压缩流体在定常流动条件下，沿流线的伯诺里方程
22
1122
1222
pupu
zz
gg
式中，
2
2
u
g
称为速度水头，
2
2
pu
z
g
为总水头。方程
的使用条件：①理想不可压缩流体；②作定常流动；③作用于流体上的质量力只有重力；
④沿同一条流线(或微小流束)。
二、总流伯诺里方程
22
1122
1222
pp
zzh
gg
当流线的曲率半径很大或流体之间的夹角很小时，流线近似为平行直线，这样的流动称
为缓变流，否则称为急变流。缓变流任意过流截面上流体静压力的分布规律与平衡流体中的
相同，均服从流体静力学基本方程，z+p/ρg＝常数。
式中，
为平均速度；
称动能修正系数，它表示截面上实际的平均单位重量流体的动能
与以平均流速表示的单位重量流动动能之比。
均大于1，流速越均匀，
值越趋近于1，
在一般工程管道中，很多情况流速都比较均匀，
所以在工程计算中
可近似取为1，但在
圆管层流中
=2。总流伯诺里方程反映了能量守恒原理。
三、总流伯诺里方程的应用条件
①不可压缩流体；
②作定常流动；
③重力场中；
④缓变流截面。
⑤中途无流量出、入，如有方程式仍近似成。
⑥中途无能量出、入。
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四、虹吸管的作用机理
充满液体的虹吸管之所以能够引液自流是由于管段中的液体借重力往下流动时，会在上
部截面处形成一定的真空，从而把低处的液体吸上来
五、定常流动的动量方程
21
21
21
()
()
()
xxx
yyy
zzz
FQvv
FQvv
FQvv
第五章粘性流体流动及阻力
一、流动阻力分类
根据成因不同，可将粘性流体所受的阻力分为沿程阻力和局部阻力两大类
二、沿程阻力和局部阻力的计算
达西公式
2
2f
lv
h
dg
式中，
f
h表示单位重量流体的沿程损失，为沿程阻力系数，l为管长，d为管径，
v
为速度，对于非圆管道，将管径换成水力直径，上式可直接应用。
局部阻力
2
2j
v
h
g
式中
j
h为单位重量的局部阻力，为局部阻力系数，v为损失
发生后流体的平均流动速度
三、雷诺数
Re
vd
在工程实际中，有意将临界雷诺数取得小一些，即取Re=2000
四、圆管层流
圆管层流中，速度的分布呈回转抛物面，中心处的最大速度是平均速度的2倍。圆管
层流的沿程阻力系数为
64
Re
，此时沿程阻力损失为
264
Re2f
lv
h
dg
五、定常紊流与非定长紊流
采用时均化处理，时均参数不随时间变化的紊流就是定常紊流，随时间改变的就是非
定长紊流。动量方程和能量方程也能应用于定常紊流
六、水力光滑管和水力粗糙管
当5时，粗糙高度几乎全被层流底层淹没，管壁对紊流区流体的流动影响很小，
这与流体在完全光滑的管道中的流动类似，此时的阻力也较小。这种情况的管子便称为水力
光滑管。当0.3时，管壁上几乎所有的凸峰都暴露在紊流中。紊流区的流体质点与凸
时，紊流
时，层流
2000
2000
Re
i
vd
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峰相互碰撞，加剧了紊动，是流动阻力增加。此时的管子称为水力粗糙管。水力光滑管与水
力粗糙管是相对的，对统一管子，是水力光滑管还是水力粗糙管完全取决于雷诺数。
第六章能量损失及管路计算
一、尼古拉茨实验
沿程阻力系数
随壁面的相对粗糙度和雷诺数的变化关系
Ⅰ区——层流区，Re＜2320。λ=64/Re，
只与Re有关
Ⅱ区——第一过渡区，2320≤Re＜4000。实验点无明显规律。
Ⅲ区——水力光滑区，
8/7
4000Re26.98
d
，
只与Re有关
Ⅳ区——第二过渡区，
870.85
26.98R
2
dd
Δ
＜
，相对粗糙度
/d
和雷诺数Re
对阻力系数
具有影响
Ⅴ区——水力粗糙区，
85.0
2
4160Re
Δ
d
，
只与相对粗糙度有关
二、局部阻力损失
局部阻力损失
2
2j
v
h
g
，但应特别注意的是，除少数情况外，公式中的速度v均
指发生局部损失之后的缓变流断面上的平均速度。
三、当量管长
将局部装置的损失折算成长度为le的直管的沿程损失，则长度le便是该局部装置的当
量管长。
四、能量损失的叠加
式中，为管路的实际长度l与局部装置的当量管长
之和，称为水力长度。称为管路阻力系数，简称管阻。
五、管路分类
按管路的布置分类
简单管路：管径沿程不变而且没有分支的管路；
复杂管路：不符合简单管路条件的管路。如：串联管路、并联管路和分支管路。
按能量损失的比例分类
长管：局部损失在总损失中占的比例较小的管路，如＜5%，这时常忽略局部损失。
短管：沿程损失、局部损失大小相当，均需计及的管路。
长管并不是说是长度非常长的管路
2
2
2
RQ
g
v
d
L
h
w
e
llL
52
8
gd
L
R
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六、串联管路与并联管路的特点
串联管路的特点是：各条管路中的流量相等，等于总流量；各管的水头损失之和等于管
路的总损失，即
n
QQQQ
21wnwww
hhhh
21
。并联管路的特点是：
各条管路中的流量之和，等于总流量；各管的水头损失相等，等于管路的总损失，即
2121www
hhhQQQ 。
第七章相似原理和量纲分析
一、相似条件
1.几何相似，是指发生在模型与原型中的流动边界几何形状相似，即对应的角度相等，
对应的边长成比例。是前提条件2.运动相似，是指模型和原型中对应点上的同名速度方向
相同，大小成比例。是决定因素3.动力相似，亦称力相似。其内容是：对应点上流体质点所
受到的同名力方向相同，大小成比例。是必然满足的
二、相似准则
1.粘性力相似准则——雷诺数2.重力相似准则——弗鲁德数3.压力相似准则——欧拉数
相似准则有决定性和非决定性相似准则，除欧拉准则外，其他准则都是决定性相似准则。
（其中划横线的地方，是比较可能考填空题的地方）
最后祝兄弟们考个好成绩!
流体力学考试题型：
选择题（只有对、错两个选项，10个题，20分）
填空题（10个题，20分）
计算题（共6个，流体力学4个，流体机械2个，60分）