导图社区 流体力学
流体力学复习大纲：流体的物理性质：流体在静止时不能承受切应力、抵抗剪切变形的性质；压缩性与膨胀性；流体静力学、作用于平面的液体总压力的计算。
土木工程测试思维导图、既受轴向应变影响，又受横向应变影响而引起电阻变化的现象、敏感栅由直线段和圆弧段组成，若该应变片承受轴向拉应变，各直线段电阻将增加,但圆弧段应变从轴向拉应变过渡到横向压应变，使得应变片总电阻增量减小。
学习一个认知体系，找到一些以前模糊知道但不能表达的内容，开启改变的道路
结构力学思维导图，包括平面体系的几何组成、静定结构受力分析与特性、静定结构位移、超静定结构受力分析及特性、结构动力特性与动力反应等内容。
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流体力学
流体的物理性质
易流动性
流体在静止时不能承受切应力、抵抗剪切变形的性质
质量、密度
重力、重度
重度γ=G/V=ρg=9800N/m^3
粘性
粘性切应力
τ=μdu/dy
剪力T=μAdu/dy
动力粘度μ
运动粘度ν
ν=μ/ρ=0.01775/（1+0.0337t+0.000221t^2)
t 水温
符合牛顿内摩擦定率的流体为牛顿流体
如水、酒精和一般气体
有关因素
黏度
切应力
剪切变形速度
压缩性与膨胀性
压缩性/流体的弹性
压力减小；体积增大
体积压缩系数β
β=-(dV/V)/dP
弹性系数K
K=1/β=-Vdp/dV
表面张力特性
表面张力
自由液面分子作用半径内，分子引力大于斥力，在表面产生微小的张力
毛细管现象
内外液面高差
水——管内液面上升
h=29.8/d
水银——管内液面下降
h=10.5/d
汽化压强与空蚀现象
汽化g--凝结l
当二者达到平衡时，宏观的汽化现象停止
饱和蒸汽压强//汽化压强
固壁的空蚀现象
液体在汽化时，产生空泡，在高压区破裂，水快速填充导致高的冲击压力
建筑此时往往伴有振动、噪声、流断等现象
流体静力学
流体的黏性与牛顿内摩擦定律
作用在流体上的力
质量力
重力
惯性力
表面力
压力
压强
绝对压强p'
相对压强p
p=p'-pa
相对压强小于大气压强
出现部分真空现象
真空值pv=pa-p'=-p
真空度hv=pv/γ
真空值对应的液柱高度
大气压强pa
切力
流体静压强及及其特性
静止流体的压力特点
垂直于作用面
同一点上静水压强在各方向上相等
欧拉平衡方程
dp=ρ[Xdx+Ydy+Zdz]
仅受重力作用的静水，压强沿地心引力增大
静水越深，压强越大
X=Y=0 Z=-g
dp=-ρgdz
静水压强基本方程
p+ρgh
z——单位位能、位置高度、位置水头
p/γ——单位压能、压强高度、压强水头
z+p/γ——单位势能、 测压管水头
不变
静水中各点单位势能相等
压强分布图
液体的相对平衡
自由液面方程
沿一个固定方向恒加速度移动
X=-a, Y=0, Z=-g
沿容器纵轴恒角速度旋转
X=wwx, Y=wwy, Z=-g
作用于平面的液体总压力的计算
平面总压力=形心处压强*平面受压面积
浮体、潜体
稳定性
在倾斜后恢复原来平衡位置的能力
潜体
重心C在浮心D下
稳定平衡
重心C在浮心D上
不稳定平衡
重心C=浮心D
随意平衡
浮体
重心C在定倾中心M下
重心C在定倾中心M上
重心C=定倾中心M
流体动力学基础
流体运动学基本概念
拉格朗日法
考虑质点
迹线
欧拉方法
以流场为对象描述流动的概念
工程常用
流线
流线表示相同时刻的流动趋势
流线不能转折，可以是光滑曲线/直线
流线不能相交
恒定流中，流线和迹线重合，流线形状不随时间改变；非恒定流随时间改变
流线密处流速快，流线疏处流速慢
流体运动的总流分析
恒定流连续性方程
恒定流能量方程
伯努利方程
恒定流动量方程
流动阻力和能量损失
沿程阻力损失和局部阻力损失
基本概念
流动阻力
流体黏性
能量损失
克服阻力
沿程水头损失
均匀流动时，只需克服沿程不变的切应力【沿程阻力】而消耗能量造成的水头损失
直管部分
局部水头损失
弯头、缩小、放大、闸门
突然放大的局部损失
对放大前后流速不同，公式不同
突然缩小的局部损失
全部水头损失
实际流体的两种流态
层流
水头损失hf=k1v
低流速、细管颈、高粘性
紊流
水头损失hf=k2v^(1.75-2)
较高流速、粗管颈、小粘性
判别标准
下临界雷诺数
Re=vd/v
>2000紊流
<2000层流
圆管中
层流运动
切应力沿断面的分布
管轴处=0，与半径成正比
流速分布图
抛物线
轴心处最大流速=2断面平均流速
紊流运动
紊流核心区流速分布
对数曲线分布
紊流运动的特征
脉动现象
流速、压强随时间上下跳动【围绕某时间平均值】
阻力
黏性切应力
惯性切应力
壁面附近的黏性底层中，紊流流速分布为直线分布
沿程阻力系数
层流区
λ=64/Re
紊流光滑区
阻力系数与雷诺数有关
紊流过度区
水力光滑区——水力粗糙区
阻力系数与相对粗糙度、雷诺数有关
克列布洛克公式
紊流粗糙区/阻力平方区
阻力系数与相对粗糙度有关
谢才公式
曼宁公式
尼可拉斯粗糙区公式
第一过渡区/流态过渡区
层流——紊流
紊流的阻力、水头损失、流速分布影响因素
黏性
雷诺数Re
边壁粗糙度
相对粗糙度
减小阻力的措施
改进外部边界，改善边壁对流动的影响
管道进口
渐扩管和突扩管
弯管
三通
在流体内部投放少量添加剂，影响流体运动内部结构
减阻剂
孔口、管嘴管道流动
孔口出流
孔口前水头
恒定不变
常水头孔口出流
孔口自由出流
液体经孔口流入大气
收缩系数
孔口淹没出流
液体经孔口流入液面以下
随时间改变
变水头孔口出流
管嘴出流
在孔口处连接3-4倍孔口直径的短管后形成的液体出流
与相同水头、直径的小孔口相比较，其出流量约为小孔口的0.82/0.62=1.32
流量增加的原因：收缩断面处存在真空
真空度pv/γ=0.75Ho
有压管道恒定流
长管
以沿程损失为主，可以忽略局部损失和流速水头
有压长管中的恒定流
简单长管
枝状管网
环状管网
闭合形状
优：增加了供水可靠性
缺：增加了管长从而增加造价
原则
节点流量的代数和位0
沿任一闭合环路水头损失的代数和为0
管道的串联和并联
串联管道
并联管道
有压管路中的水击/水锤
水击现象
水击波
升压波向上游传播
降压反射波向下游传播
降压波向上游传播
升压反射波向下游传播
水击的分类和直接水击压强的计算
直接水击
间接水击
水击危害的预防
短管
以局部损失和流速水头为主
短管自由出流
短管淹没出流
明渠恒定流
明渠均匀流
水深、断面平均流速、断面流速分布均沿流程不变的、具有自由液面的明渠流
断面尺寸大、流速快、壁面粗糙、一般属于水力粗糙区
明渠均匀水流特性
水力坡度=水面坡度=河底坡度
产生均匀流的条件
流量不变
顺坡渠道
渠道为长直棱柱体
渠壁粗糙系数沿程不变，没有局部损失
底坡不变、断面形状与面积不变
明渠恒定均匀流的水力计算
矩形
梯形
明渠恒定非均匀流的流动状态
渐变流
壅水现象
降水现象
急变流
水跃现象
跌水现象
渗流、井和集水廊道
土壤的渗流特性
达西定律//渗透线性定律
线性渗流
雷诺数Re<1-10
Q=kAJ
水力坡度J=hw/L
渗透系数k，具有速度的量纲
井和集水廊道
集水管廊
井
管井
潜水井
具有自由液面的无压地下水
自流井/承压井
大口井
不完全井
井群
相似原理和量纲分析
力学相似原理/流动相似
几何相似
前提
在紊流粗糙区，只要满足几何相似，即可满足力学相似
运动相似
动力相似/力场相似
边界条件和初始条件相似
牛顿一般相似原理
相似准数
重力相似准则
黏性切力相似准则
压力相似准则
其他各种准则
量纲分析法
