流体力学基础思维导图
流体力学基础详解
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思维导图大纲
流体力学基础思维导图模板大纲
1.1概述
1.2流体静力学及其应用
静止流体所受的力
质量力
法向拉力（称为压强，多称为（静）压力）
压力单位为N/m²，称为帕斯卡（Pa） 1.013×10^5Pa＝101.3KPa＝0.1013MPa＝1atm（标准大气压）＝1.033at（工程大气压）=760mmHg=10.33mH₂O
表压=绝压-当地大气压 真空度=当地大气压-绝压
流体静力学基本方程
p2/ρg=p1/ρg+(z1+z2)
单位体积静止流体的总势能称为广义压力 ┏=p+ρgz
静止流体中各处的总势能相等
静力学原理在压力和压力差测量上的应用
压力计
单管压力计
只能用来测量高于大气压的液体压力
U形管压力计
既可用来测量气体压力，又可用来测量液体压力而且无论被测流体的压力比大气压大还是小
压差计
U形管压差计
U形管压差计的读数R的大小反映了被测两点间广义压头之差
双液柱压差计（微差压差计）
1.4管路计算
简单管路
d=√4V/πu
复杂管路
并联管路
总管流量等于并联各支路流量之和，对不可压缩流体：V=V1+V2+V3
就单位质量流体而言，并联的各支路摩擦损失相等：wf1=wf2=wf3=wf4
对通过各并联支路的单位质量流体： EtA=EtB+wf1 EtA=EtB+wf2 EtA=EtB+wf3
分支（或汇合）管路
总管流量等于各支路流量之和：
EtA=EtB+wfA-B EtA=EtC+wfB-C EtA=EtB+wfA-B+wfB-C=EtC+wfA-C
1.5边界层及边界层方程
边界层厚度：流体速度达到主体速度的99%处
边界层的形成和发展： 边界层汇合时流体形态为层流，则其后的流动一直保持层流 Le/d≈0.05Re 边界层汇合时流体形态为湍流，则其后的流动一直保持湍流 Le/d≈40~50
边界层方程及其应用简介
边界层分离
上游迎流区，流体加速，压力沿程降低，外流区流体因动能较大，边界层内被阻滞的流体不断堆积，在逆压作用下向相反方向流动，出现了回流
1.6湍流
湍流的发生与发展
湍流特点及其研究方法
湍流应力
1.7流速、流量测量
变压头横截面流量计
测速管
v=√2gR(ρ0-ρ)/ρ
一般测速管直径不应超过管道直径的1/50，要严格垂直于流动方向，必须保证安装点位于充分发展流段
孔板流量计
v=u0A0=C0A0√2gR(ρ0-ρ)/ρ
主要缺点：机械能损失大
文丘里流量计
变截面恒压头流量计
转子流量计
流量不同，转子停留的位置高度也不同，如果在每一高度刻上体积流量数值，那么由转子的停留位置可以直接读出体积流量
v=u0A0=CRA0√2Vf(ρf-ρ)/ρAf
1.3流体流动的基本方程
基本概念
稳定流动与不稳定流动
稳定流动：物理参数不随时间而变化 不稳态流动：物理参数随时间而变化
流量与流速
体积流量：流体在单位时间内通过流通截面的体积量 用V表示 单位：m3/s 质量流量：流体在单位时间内通过流通截面的质量 用m表示 单位：kg/s
m=ρV
平均流速：体积流量V与流通截面积A之比 用u表示 单位：m/s 平均质量流速:质量流量m与流通截面积A之比 用G表示 单位：kg/（m²•s)
u=V/A G=m/A G=ρu
点速度
粘性及牛顿粘性定律
粘性：阻碍流体相对运动的性质
牛顿粘性定律：在一维分层流动中，两相邻流体层之间单位面积上的内摩擦力，与两流体层间的速度梯度dv/dy成正比
┏=μdv/dy
流体形态和雷诺数
层流：各圆筒上的流体质点互不混杂 湍流：质点的速度在大小和方向上时时刻刻都在发生变化
雷诺准数 Re=duρ/μ=ρu²/μu/d
Re≤2000：层流
2000<Re<4000：过渡状态
Re>4000：湍流
质量衡算方程—连续性方程
连续性方程的积分式—宏观质量衡算
ρ1u1A1=ρ2u2A2 u1d²1=u2d²2
连续性方程的微分式—微观质量衡算
总能量衡算和机械能衡算方程
伯努利方程：均质，不可压缩理想气体在管道内稳定流动时的机械能衡算方程
gz1+u²1/2+p1/ρ=gz2+u²2/2+p2/ρ
实际流体的机械能衡算方程 gz1+u²1/2+p1/ρ+we=gz2+u²2/2+p2/ρ+wf
以单位质量流体为基准：z1+u²1/2g+p1/ρg+he=z2+u²2/2g+p2/ρg+hf
以单位体积流体为基准：ρgz1+ρu²1/2+p1+pe=ρgz2+ρu²2/2+p2+pf
摩擦损失wf的计算
直管摩擦损失计算通式：wf=λ(l/d)(u²/2) 层流时（Re≤2000）摩擦系数λ的计算式：λ=64/Reλ=0.100*(K/D+68/Re)^0.23（适用范围为Re≥4000，K/D≤0.005）
局部摩擦损失的计算
当量长度法：wf=λ(le/d)(u²/2）
局部阻力系数法：wf=ξu²/2
当流体通过时，压差不变，流通截面积却随流量而改变思维导图模板大纲
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