流体力学基础

一篇关于工程流体力学（侯国祥）知识总结思维导图，包含流体力学的基本方程、管流和边界层概述等。

流体力学

• 流体的物理性质及流体静力学
  • 流体的物理性质
    • 流体与连续介质假设
    • 流体性质
      • 密度和重度
        • 密度与温度和压强有关
      • 粘性
        • 动力粘度
          • 牛顿内摩擦定律（通常为非线性）
          • 随温度变化
            • 气体
            • 液体
        • 运动粘度
      • 压缩与膨胀
        • 压缩性
          • 等温压缩率/体积压缩系数
            • 2种表达
          • 体积模量
        • 膨胀性
          • 体积膨胀系数
            • 2种表达
      • 液体性质
        • 气化与空化
          • 气化与凝结
            • 液体与蒸气
            • 动态平衡
            • 饱和蒸气压/气化压力
          • 空化
            • 液体吸收和溶解空气
            • 液体压力低于大气压力，压力低于气化压力
            • 危害⚠️
              • 管道气泡上游形成气塞，流动困难
              • 气泡流入高压区，造成高压强，爆鸣声
        • 表面张力与毛细现象
          • 表面张力
            • 分子内聚力
            • 温度越高，表面张力越小
            • 压强公式
          • 毛细现象
            • 固液作用力大于内聚力，凹
            • 固液作用力小于内聚力，凸
            • 公式
    • 流体分类
      • 理想流体与粘性流体
      • 牛顿流体与非牛顿流体
      • 可压缩流体和不可压缩流体
      • 定常流动与非定常流动
      • 均匀流与非均匀流
      • 一元流，二元流，三元流
      • 图像
    • 粘度计
      • 旋转式粘度计
  • 流体静力学
    • 受力分析
      • 质量力
        • 重力
        • 惯性力
        • 电磁力
      • 表面力
        • 法向力
          • 压力
        • 切向力
          • 粘性摩擦力
    • 静压特性与静力学微分方程
      • 静压特性
        • 静止流体中任意一点大小与作用面的方位无关
        • 流体静压强垂直于作用面，方向指向该作用面的内法线方向
      • 静力学微分方程
        • 一般形式
          • 矢量形式
          • 标量形式
          • 全微分形式
            • 不可压缩流体只有在有势力的作用下才能保持平衡
          • 等压面方程
        • 绝对静止
          • 质量力只有重力的均质连续不可压缩的静止流体
            • 基本方程式
              • 位置高度/位置水头
              • 压强势能/压强水头
              • 测压管水头
            • 静压强分布规律
            • 结论
              • 帕斯卡原理
              • 水平面
              • 压差
          • 作用于壁面上的力
            • 作用力
              • 静距
            • 作用点（压力中心）
              • 合力距
              • 平行移轴公式
          • 作用在曲面上的力
            • 垂直分量
              • 压力体的重力
              • 压力体计算
            • 水平分量
              • 垂直投影面的压力
            • 总压力及角度
        • 相对静止
          • 匀变速直线运动
            • 液面方程
            • 等压面方程
            • 压强分布
          • 匀角速度旋转
            • 液面方程
            • 等压面方程
            • 压强分布
    • 测压计
      • U型管测压计
      • U型管压差计
      • 倾斜式微压计
• 流体力学的基本方程
  • 流体描述的两种方法
    • 质点跟踪法（拉格朗日法）
      • 拉格朗日变量（a,b,c)
      • 时间t
    • 场方法（欧拉法）
      • 全导数
        • 当地加速度
        • 迁移加速度
  • 流场的基本概念
    • 迹线
      • 迹线方程
    • 流线
      • 流线方程
      • 性质
        • 流线不相交（除驻点和奇点），是光滑的曲线
        • 流线充满刘场
        • 定常流动，流线形状位置不随时间改变
        • 定常流动，流线和迹线重合
    • 流面
    • 流管
      • 元流
      • 总流
    • 过流断面
    • 流量
  • 连续性方程
    • 连续性微分方程
      • 可压缩流体
      • 不可压缩流体
      • 适用于理想流体和实际流体
    • 连续性积分方程
  • 运动微分方程
    • 理想流体的运动微分方程Euler方程
    • 粘性不可压缩流体的运动微分方程N-S方程
  • 伯努利方程
    • 理想流体沿流线的伯努利方程
      • 公式
        • 速度水头，压力水头，位置水头，测压管水头，总水头，总压
      • 条件
        • 理想流体，定常流动，质量力有势，不可压缩流体，沿一条流线
      • 物理意义
        • 机械能守恒定律在流体力学的表现
      • ⚠️注意
        • 速度水头，压力水头，位置水头，测压管水头，总水头，总压
    • 理想流体总流的伯努利方程
    • 实际流体总流的伯努利方程
    • 理想流体相对运动的伯努利方程
    • 伯努利方程的应用
      • 皮托计
      • 文丘里流量计
  • 动量积分方程和动量矩积分方程及其应用
    • 动量积分方程
    • 动量矩积分方程
    • 应用
• 管流和边界层概述
  • 粘性流体运动的两种流态
    • 雷诺数
      • 临界雷诺数
        • 上临界雷诺数
        • 下临界雷诺数
    • 特征尺寸
      • 水力半径
      • 当量半径
  • 管流水头损失
    • 沿程水头损失
      • 达西公式
        • 沿程阻力系数
          • 与雷诺数和管的粗糙度有关
      • 沿程压强损失
    • 局部水头损失
      • 局部阻力系数
      • 局部压强损失
    • 总能量损失
  • 圆管中的层流运动
    • 速度分布
    • 切应力分布
    • 流量计算
    • 沿程能量损失
  • 圆管中的湍流运动
    • 脉动现象
    • 时均化
    • 速度结构
      • 粘性底层区
      • 湍流核心区
      • 过渡区
    • 水力光滑管和水力粗糙度
    • 湍流的切应力分布
    • 断面速度分布
  • 局部阻力系数的确定
  • 管流水力计算
  • 管路中的水击现象
    • 子主题
  • 边界层概述
• 相似理论和量纲分析
  • 相似原理
    • 力学相似
      • 几何相似．．
      • 运动相似
      • 动力相似
    • 相似准则
      • 压力，粘性力，重力，局部惯性力，迁移惯性力
      • 相似准则数
        • 雷诺数
          • 粘性力
        • 弗劳德数
          • 重力
        • 斯特劳哈尔数
          • 非定常流动
        • 欧拉数
          • 压力
    • 量纲分析
      • 单位与量纲
        • 基本量纲
        • 导出量纲．．：
        • 常用量纲
      • 量纲分析法
        • 指数法
        • 大派法