流体力学复习大纲

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第1章 绪论
一、概念
1、什么是流体？（所谓流体，是易于流动的物体，是液体和气体的总称，相对于固体而言，是在任意微小剪切力持续作用下都可发生连续变形的物质）
2、作用在流体上的力的分类？（根据力的作用方式的不同，可分为质量力和表面力）
3、什么是流体质点？（流体的微小特征体，包含大量分子，具有特定的宏观统计特性；微观上充分大，宏观上充分小）
4、什么是连续介质模型？（1.组成流体的最小物质实体是流体质点；2.流体由无限多的流体质点连绵不断的组成，质点之间无间隙）
5、质量力和单位质量力的定义、其轴向分力的表达式以及具体应用？
6、表面力的定义，及表面应力的表达？
7、质量力和表面力的比较；
8、流体惯性的定义；表征惯性的物理量；密度、比容的公式
9、表征重力特性的物理量；容重的定义、公式
10、流体粘性的定义；粘性产生的机理（注意液体和气体粘性产生的机理不同）；牛顿内摩擦定律（两个表达式及其物理意义）；动力粘性系数、运动粘性系数的定义、公式；粘性、粘性系数同温度的关系；理想流体的定义及数学表达；牛顿流体的定义；
11、压缩性和热胀性的定义；体积压缩系数和热胀系数的定义及表达式；体积弹性模量的定义、物理意义及公式；气体等温过程、等熵过程的体积弹性模量；不可压缩流体的定义。
二、计算
1、牛顿内摩擦定律的应用－间隙很小的无限大平板或圆筒之间的流动。

第2章 流体静力学
一、概念
1、流体静压强的定义及特性；理想流体压强的特点（无论运动还是静止）；
2、静止流体平衡微分方程，物理意义及重力场下的简化；不可压缩流体、均质不可压缩流体的数学描述；
3、不可压缩流体静压强分布（基本方程公式及其意义，以及物理意义、几何意义和能量意义），注意静压强的作用方向，等压面的定义、特性和应用以及帕斯卡定律；
4、绝对压强、相对压强、真空压强的定义及相互之间的关系；压强的量度单位
5、各种液柱测压计的测压原理；
6、作用在平面上的静压力（公式、物理意义）；
7、液体相对平衡时的压强分布规律，自由面的形状和方程，相应的工程应用。
二、计算
1、U 型管测压计的计算；
2、绝对压强、计示压强及真空压强的换算；
3、平壁面上静压力的计算，包括大小、方向和作用点（即压力中心的计算）；
4、液体相对平衡时压强分布和自由面方程的计算。

第3章 一元流体动力学基础
一、概念
1、描述流体运动的两种方法（着眼点、数学描述、拉格朗日及欧拉变数）；
2、流场的概念，定常场与非定常场（即恒定流动与非恒定流动）、均匀场与非均匀场的概念及数学描述；
3、流线、迹线的定义、特点和区别，流线方程、迹线方程，什么时候两线重合；
4、一元、二元、三元流动的概念；流管的概念；元流和总流的概念；一元流动模型；
5、连续性方程：公式、意义；当流量沿程改变即有流体分出或流入时的连续性方程；
6、物质导数的概念及公式：物质导数（质点导数）、局部导数（当地导数）、对流导数（迁移导数、对流导数）的物理意义、数学描述；流体质点加速度的公式；
7、理想流体的恒定元流伯努力方程：公式；各项物理、几何和能量意义；总体物理、几何和能量意义；适用条件（注意单位重量流体和单位质量流体伯努利方程的不同表达形式）；实际流体恒定元流伯努力方程的公式；
8、理想流体和实际流体的恒定总流伯努利方程：公式；各项物理、几何和能量意义；总体物理、几何和能量意义；适用条件（注意方程表达形式及量纲）；动能修正系数概念（层流和紊流状态分别取什么值）；对于实际流体存在能量输入或输出时h轴的正负，及其与功率的关系；流动存在分流或合流的能量方程；
9、能量方程的应用：气体流动能量方程的两种表达形式及区别；毕托管、文丘里流量计测量的参数及测量原理；
10、恒定流动量方程的公式、意义及适用条件；动量修正系数和取值；求解动量方程应注意的问题
二、计算
1、物质导数的计算，如流体质点加速度或流体质点某物理量对时间的变化率；
2、流线、迹线方程的计算。
3、连续方程、动量方程同伯努利方程的综合应用（注意伯努利方程的应用，注意坐标系、控制体的选取、受力分析时尤其要注意表压力是否存在）；

第4 章 流体阻力和能量损失
一、概念
1、沿程损失和局部损失的定义、产生原因及计算公式（注意沿程损失计算公式中的物理量沿程阻力系数λ的计算公式因流态不同而不同，物理量d对非圆管而言为当量直径de）；水力半径和当量直径的概念及计算公式；局部阻力系数的确定；
2、流动的两种状态及区分；判断准则数Re的计算公式及圆管流动临界雷诺数的值；计算雷诺数时的特征长度是什么？如何根据雷诺数进行流态分析；
3、圆管均匀流动方程式和切应力分布规律；水力坡度的定义和公式；
4、圆管层流沿程阻力系数计算式；圆管层流沿程损失的计算式（注意其与平均流速的关系）；圆管层流的速度分布，最大速度与平均速度之间的关系；
5、紊流切应力的构成；圆管紊流阻力分布（定性分析：紊流阻力由粘性阻力和惯性阻力两部分构成，壁面粗糙度会产生惯性阻力，每个粗糙点都有可能诱发漩涡的生成而产生紊流）；
6、尼古拉兹实验：人工粗糙管，5个阻力区的沿程阻力系数的计算公式及各公式的适用条件（详见课堂笔记），尼古拉兹图；莫迪图（用以查工业管道，与尼古拉兹图查人工粗糙管不同）；
7、串联管道和并联管道的特点（流量、水力损失）。

第5章 不可压缩流体动力学基础
一、概念
1、流体微团运动分析：线变形的概念，线变形速度的定义及公式，旋转的概念，旋转角速度公式，角变形速度的定义及公式；
2、流体微团的复合运动；亥姆霍兹速度分解定理公式；
3、有旋流动的定义；涡量（即速度旋度）的公式；涡量连续性微分方程；涡线的定义；涡线微分方程；涡通量的公式；斯托克斯定理；汤姆逊定理；拉格朗日定理；
4、不可压缩流体微分形式连续方程的适用条件、物理意义（对于不可压缩流体而言，相对体积膨胀率为零）、公式（注意直角坐标和柱面坐标公式的不同）；
5、粘性流体中任一点的应力状态（9个应力张量）；与理想流体有什么区别（粘性流体的表面力不垂直于作用面）；应力正方向的表示规则（表面外法线方向与坐标轴正向一致，则应力分量正向分别与各坐标轴正向一致；反之，表面外法线方向与坐标轴正向相反，则应力分量正向分别与各坐标轴正向相反）
6、什么是本构方程？（应力与变形速度的关系）
7、N-S方程的物理意义（不可压缩粘性流体的运动微分方程，是动量方程的微分形式）；
8、几种运动方程的比较（粘性流体运动微分方程、粘性不可压缩流体运动微分方程、理想不可压缩流体运动微分方程即欧拉运动微分方程、理想不可压缩流体静止平衡微分方程即欧拉平衡方程）
9、理想不可压缩流体运动微分方程即欧拉运动微分方程的积分式及各种应用场合（静止、无旋、螺旋等5种情况）的分析；
10、流体流动的初始和边界条件
二、计算
1、微分形式连续方程的应用：判断流动是否存在（即判断流动是否满足连续性条件），求某方向的流动速度等；
2、有旋流动的计算。
第6章 绕流运动
一、概念
1、无旋流动的定义、前提条件三等式；
2、势流的定义；速度势函数存在的条件（为无旋流动，也就是必须满足前提条件三等式）；势函数的全微分方程；势函数与流速的关系方程；势函数满足拉普拉斯方程；速度势函数的应用（无旋流动，即速度场有势时，速度沿曲线的线积分与路径无关）；
3、平面无旋流动即平面势流；势流伯努利方程：公式、适用条件（理想不可压缩流体定常平面势流）；平面势流势函数各方程的极坐标形式；
4、流函数存在的条件（平面不可压缩流动）；满足拉普拉斯方程；与速度之间的关系（直角坐标和极坐标）；等流函数线与流线的关系；流函数和势函数的区别（只有无旋流动才存在势函数，而一切不可压缩流体的平面流动无论有旋无旋，均存在流函数）；势函数和流函数的关系（即柯西－黎曼条件）；等流函数线与等势函数线的关系（正交）；流网的概念、特点和性质；流函数与流量的关系；流线或等势线密集的地方说明什么？
5、基本平面势流：各种基本平面势流的流函数、速度势函数、速度分布公式，流线、等势线的形状，点源（汇）、点涡流函数和速度势函数中强度的物理意义；
6、势流叠加：各种基本平面势流叠加后的流函数、势函数和流速分布；
7、绕圆柱的流动：绕圆柱的无环量流动与有环量流动由哪几种平面势流组成？（绕圆柱无环量流动为偶极流与匀速直线流叠加；绕圆柱有环量流动为绕圆柱无环量流动与环流即点涡叠加。）圆柱面上的速度分布公式；马格努斯效应（升力方向的判断）；达朗贝尔悖论描述的是什么？（理想流体做无旋流动绕过柱体，绕柱体的合力为零。或：圆柱在静止流体中匀速运动时，圆柱所受合力为零）
8、什么是边界层；边界层的主要特征（五大特征）；什么样的流动状况下将流场分为边界层和外部势流两个不同的流动区域？（粘性小的物体绕过物体运动时，摩擦阻力主要发生在紧靠物体表面的一个流速梯度很大的薄层内，在薄层以外，由于速度梯度很小，可忽略粘性，流体作理想流体的无旋流动，速度从而保持原有的势流速度，因此，将流场分为边界层和外部势流区两部分。）起始段和充分发展流动的概念；边界层名义厚度的定义；
9、边界层内流动的转化；判断流态转化的准则数，顺流平板问题临界雷诺数的值以及计算雷诺数时的特征长度是什么？
10、边界层动量积分方程的适用条件；速度分布在边界上应满足的条件；
11、绕平板的流动：顺流平板层流边界层、紊流边界层（光滑平板）的厚度、阻力系数和阻力计算公式（参考面积、来流动压和阻力系数的关系）；边界层厚度与到平板前缘距离的定性关系；、混合边界层阻力系数和阻力计算公式（参考面积、来流动压和阻力系数的关系）；
12、曲壁边界层分离的必要条件；逆压梯度的数学描述。
二、计算
1、顺流平板层流边界层、紊流边界层（光滑平板）、混合边界层的计算（阻力、厚度等）；
2、流函数、速度势函数是否存在的判断及求解，速度分布的求解（柯西－黎曼条件）

第7章 一元气体动力学基础
一、概念
1、理想气体一元恒定流动运动方程（涉及热力学过程方程和理想气体状态方程）；
2、当地音速的概念、各种形式的公式及物理意义；微弱扰动波传播的区域和传播机理；
3、马赫数的定义、公式以及意义；
4、气体一元恒定流动控制方程组（连续方程、能量方程的各种形式、过程方程、状态方程）；两种参考状态：滞止状态、临界状态的概念；等熵流动过程中热力学参数变化的趋势及同速度变化之间的定性关系；静参数、滞止参数与马赫数之间的关系（公式）；临界参数与滞止参数之间的关系（公式）；气流参数与通道面积的关系；气流按不可压缩处理的确定极限；
5、等温管流和绝热管流的应用场合和流动特征
二、计算
1、音速、马赫数、滞止参数的计算应用，通过滞止参数和断面上的马赫数求断面上的压强、温度、密度值。

第8章 相似原理
一、概念
1、什么是力学相似，力学相似包含那些相似，各个相似的定义及相关推论；
2、准则数的定义（哪两种力的比）、数学描述；
二、计算
1、近似模型法求解模型或实物流动中的各种参数（如速度、阻力等）。