流體力學(xué) 基本概念.doc

*流函數(shù)：由連續(xù)性方程導(dǎo)出的、其值沿流線保持不變的標(biāo)量函數(shù)。*粘性：在運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下，流體內(nèi)部質(zhì)點(diǎn)間或流層間因相對(duì)運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生內(nèi)摩擦力以抵抗剪切變形，這種性質(zhì)叫做粘性 。粘性的大小用黏度表示，是用來(lái)表征液體性質(zhì)相關(guān)的阻力因子。粘度又分為動(dòng)力黏度.運(yùn)動(dòng)黏度和條件粘度。*內(nèi)摩擦力：流體內(nèi)部不同流速層之間的黏性力。*牛頓流體：剪切變形率與切應(yīng)力成線性關(guān)系的流體(水，空氣)。*非牛頓流體：黏度系數(shù)在剪切速率變化時(shí)不能保持為常數(shù)的流體(油漆，高分子溶液)。*表面張力：1.表面張力作用于液體的自由表面上。2.氣體不存在表面張力。3.表面張力是液體分子間吸引力的宏觀表現(xiàn)。4.表面張力沿表面切向并與界線垂直。5.液體表面上單位長(zhǎng)度所受的張力。6.用 表示，單位為N/m。*流線：表示某瞬時(shí)流動(dòng)方向的曲線，曲線上各質(zhì)點(diǎn)的流速矢量皆與該曲線相切。性質(zhì)：a、同一時(shí)刻的不同流線，不能相交。b、流線不能是折線，而是一條光滑的曲線。c、流線簇的疏密反映了速度的大小。*過(guò)流斷面：與元流或總流的流向相垂直的橫斷面稱(chēng)為過(guò)流斷面。(元流：在微小流管內(nèi)所有流體質(zhì)點(diǎn)所形成的流動(dòng)稱(chēng)為元流。總流：若流管的壁面是流動(dòng)區(qū)域的周界，將流管內(nèi)所有流體質(zhì)點(diǎn)所形成的流動(dòng)稱(chēng)為總流。)*流量：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)通過(guò)某一過(guò)流斷面的流體體積稱(chēng)為該過(guò)流斷面的體積流量，簡(jiǎn)稱(chēng)流量。*控制體：被流體所流過(guò)的，相對(duì)于某個(gè)坐標(biāo)系來(lái)說(shuō)，固定不變的任何體積稱(chēng)之為控制體?？刂企w的邊界面，稱(chēng)之為控制面?？刂泼婵偸欠忾]表面。占據(jù)控制體的諸流體質(zhì)點(diǎn)隨著時(shí)間而改變。*邊界層：水和空氣等黏度很小的流體，在大雷諾數(shù)下繞物體流動(dòng)時(shí)，黏性對(duì)流動(dòng)的影響僅限于緊貼物體壁面的薄層中，而在這一薄層外黏性影響很小，完全可以忽略不計(jì)，這一薄層稱(chēng)為邊界層。*邊界層厚度：邊界層內(nèi)、外區(qū)域并沒(méi)有明顯的分界面，一般將壁面流速為零與流速達(dá)到來(lái)流速度的99處之間的距離定義為邊界層厚度。*邊界層的基本特征：(1) 與物體的特征長(zhǎng)度相比，邊界層的厚度很小。(2) 邊界層內(nèi)沿厚度方向，存在很大的速度梯度。(3) 邊界層厚度沿流體流動(dòng)方向是增加的，由于邊界層內(nèi)流體質(zhì)點(diǎn)受到黏性力的作用，流動(dòng)速度降低，所以要達(dá)到外部勢(shì)流速度，邊界層厚度必然逐漸增加。(4) 由于邊界層很薄，可以近似認(rèn)為邊界層中各截面上的壓強(qiáng)等于同一截面上邊界層外邊界上的壓強(qiáng)值。 (5) 在邊界層內(nèi)，黏性力與慣性力同一數(shù)量級(jí)。 (6) 邊界層內(nèi)的流態(tài)，也有層流和紊流兩種流態(tài)。*滯止參數(shù)：設(shè)想某斷面的流速以等熵過(guò)程減小到零，此斷面的參數(shù)稱(chēng)為滯止參數(shù)。*滯止參數(shù)性質(zhì)：（1）在等熵流動(dòng)中，滯止參數(shù)值不變；（2）在等熵流動(dòng)中，速度增大，參數(shù)值降低；（3）氣流中最大音速是滯止音速；（4）在有摩擦的絕熱過(guò)程中，機(jī)械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，總能量不變。*層流：是指流體質(zhì)點(diǎn)不互相混雜，流體質(zhì)點(diǎn)作有條不紊的有序的直線運(yùn)動(dòng)。特點(diǎn)：1.有序性。2.水頭損失與流速的一次方成正比 。3.在流速較小且雷諾數(shù)Re較小時(shí)發(fā)生。4.層流遵循牛頓內(nèi)摩擦定律，粘性抑制或約束質(zhì)點(diǎn)作橫向運(yùn)動(dòng)。*湍流：黏性流體質(zhì)點(diǎn)互相摻混，局部壓強(qiáng)、速度等隨時(shí)間和空間有隨機(jī)脈動(dòng)的流動(dòng)。*雷諾數(shù)：臨界流速v與過(guò)流斷面的特性幾何尺寸(管徑)d、流體的動(dòng)力粘度和密度有關(guān)，這四個(gè)量可以組成一個(gè)特征數(shù)(量綱一的量或無(wú)量綱數(shù))稱(chēng)雷諾數(shù) Re 。*雷諾應(yīng)力：紊流時(shí)均流動(dòng)中由于流速脈動(dòng)引起質(zhì)點(diǎn)間的動(dòng)量交換而產(chǎn)生的附加應(yīng)力。*馬赫數(shù)：流場(chǎng)中某點(diǎn)的速度與該點(diǎn)處的聲速之比。流體與氣體：兩者均具有易流動(dòng)性，即在任何微小切應(yīng)力作用下都會(huì)發(fā)生變形或流動(dòng)，故二者統(tǒng)稱(chēng)為流體。區(qū)別：氣體易于壓縮；而液體難于壓縮。液體有一定的體積，存在自由液面；氣體能充滿任意形狀的容器，無(wú)一定體積，不存在自由液面。牛頓內(nèi)摩擦定律：流體內(nèi)摩擦力的大小與流體的性質(zhì)有關(guān)，與流體的速度梯度和接觸面積成正比。（切應(yīng)力與剪切變形速度成正比） 實(shí)際流體：自然界中存在的具有粘性的流體。理想流體：假想的完全沒(méi)有粘性的流體。利用理想流體的概念可以在研究上大簡(jiǎn)化問(wèn)題，找出規(guī)律后再考慮粘性的影響進(jìn)行修正，這種修正多數(shù)借助實(shí)驗(yàn)。表面力：作用在隔離表面上的力，其大小和受力作用的表面面積成正比，包括垂直于作用面的壓力和平行于作用面的切力。應(yīng)力：?jiǎn)挝幻娣e上的表面力。質(zhì)量力：作用在隔離體內(nèi)每個(gè)流體質(zhì)點(diǎn)上的力，其大小是和流體的質(zhì)量成正比的，因?yàn)樵诰|(zhì)流體中必然和體積相關(guān)，因此又稱(chēng)體積力，主要包括重力和慣性力。連續(xù)介質(zhì)：質(zhì)點(diǎn)連續(xù)地充滿所占空間的流體或固體。連續(xù)介質(zhì)模型：把流體看作是全部充滿、內(nèi)部沒(méi)有任何間隙的質(zhì)點(diǎn)所組成的一種連續(xù)介質(zhì)，且其所有的物理量都是空間坐標(biāo)和時(shí)間的連續(xù)函數(shù)的一種假設(shè)模型。恒定流：若流場(chǎng)中各空間點(diǎn)上的任何流動(dòng)要素均不隨時(shí)間變化，則稱(chēng)流動(dòng)為恒定流，也稱(chēng)為定常流。非恒定流：若流場(chǎng)中各空間點(diǎn)上的其中任何一個(gè)流動(dòng)要素隨時(shí)間變化，則稱(chēng)流動(dòng)為非恒定流，也稱(chēng)為非定常流。跡線：表示一流體質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)軌跡線，它是單個(gè)質(zhì)點(diǎn)在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中所占據(jù)的空間位置隨時(shí)間連續(xù)變化的軌跡。流譜：在充滿流動(dòng)的整個(gè)空間內(nèi)可以繪出一族流線，稱(chēng)為流譜。斷面平均流速：過(guò)流斷面上各點(diǎn)的速度平均值稱(chēng)為斷面平均流速?？刂企w邊界（控制面）的特點(diǎn)：控制面相對(duì)于座標(biāo)系是固定的。在控制面上可以有質(zhì)量交換。在控制面上，受到控制體以外物體加在控制體之內(nèi)物體上的力。在控制面上可以有能量交換。流體微團(tuán)：是指體積微小，隨流體一起運(yùn)動(dòng)的一團(tuán)流體物質(zhì)。特點(diǎn)：包含無(wú)數(shù)個(gè)流體質(zhì)點(diǎn)。各流體質(zhì)點(diǎn)間存在相對(duì)位置變化。能夠體現(xiàn)膨脹、變形、轉(zhuǎn)動(dòng)等尺度變化。拉格朗日方法：是以流場(chǎng)中每一流體質(zhì)點(diǎn)作為描述對(duì)象的方法，它以流體個(gè)別質(zhì)點(diǎn)隨時(shí)間的運(yùn)動(dòng)為基礎(chǔ)，通過(guò)綜合足夠多的質(zhì)點(diǎn)（即質(zhì)點(diǎn)系）運(yùn)動(dòng)來(lái)確定整個(gè)流體的流動(dòng)。-質(zhì)點(diǎn)系法歐拉法：是以流體質(zhì)點(diǎn)流經(jīng)流場(chǎng)中各空間點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)即以流場(chǎng)作為描述對(duì)象研究流動(dòng)的方法流場(chǎng)法。流體質(zhì)點(diǎn)的加速度（流速對(duì)時(shí)間求導(dǎo)）有兩部分組成：1）時(shí)變加速度（當(dāng)?shù)丶铀俣龋┝鲃?dòng)過(guò)程中流場(chǎng)由于速度隨時(shí)間變化而引 起的加速度；2）位變加速度（遷移加速度）流動(dòng)過(guò)程中流場(chǎng)中速度分布不均，因位置變化而引起的加速度。紊流：是指隨流速增大，流層逐漸不穩(wěn)定，質(zhì)點(diǎn)相互混摻，流體質(zhì)點(diǎn)沿很不規(guī)則無(wú)序的路徑運(yùn)動(dòng)。紊流特點(diǎn)： 無(wú)序性、隨機(jī)性、有旋性、混合性。 在圓管流中水頭損失與流速的1.752次方成正比。Hf=kv 1.752 在流速較大（雷諾數(shù)較大）時(shí)發(fā)生。4 紊流發(fā)生是受粘性和紊動(dòng)共同作用的結(jié)果有旋流：亦稱(chēng)“渦流”。流體質(zhì)點(diǎn)（微團(tuán)）在運(yùn)動(dòng)中不僅發(fā)生平動(dòng)（或形變），而且繞著自身的瞬時(shí)軸線作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。無(wú)旋流：亦稱(chēng)“勢(shì)流”、“有勢(shì)流”。流體在運(yùn)動(dòng)中，它的微小單元只有平動(dòng)或變形，但不發(fā)生旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，即流體質(zhì)點(diǎn)不繞其自身任意軸轉(zhuǎn)動(dòng)。恒定流：是指流場(chǎng)中的流體流動(dòng)，空間點(diǎn)上各水力運(yùn)動(dòng)要素均不隨時(shí)間而變化。嚴(yán)格的恒定流只可能發(fā)生在層流，在紊流中，由于流動(dòng)的無(wú)序，其實(shí)流速或壓強(qiáng)總有脈動(dòng)，但若取時(shí)間平均流速（時(shí)均流速）非恒定流：是指流場(chǎng)中的流體流動(dòng)，空間點(diǎn)上各水力運(yùn)動(dòng)要素均隨時(shí)間的變化而變化。在非恒定流情況下，流線的位置隨時(shí)間而變；流線與跡線不重合。在恒定流情況下，流線的位置不隨時(shí)間而變，且與跡線重合。 均勻流中遷移加速度為0，各過(guò)水?dāng)嗝嫔系牧魉俜植紙D沿程不變，過(guò)水?dāng)嗝媸瞧矫?，沿程各過(guò)水?dāng)嗝娴男螤詈痛笮《急３忠粯印?非均勻流中遷移加速度不等于0，流場(chǎng)中相應(yīng)點(diǎn)的流速大小或方向或同時(shí)二者沿程改變，即沿流程方向速度分布不均。（非均勻流又可分為急變流和漸變流）。皮托管測(cè)流速：常見(jiàn)的皮托管是由裝有一半圓球探頭的雙層套管組成，并在兩管末端聯(lián)接上壓差計(jì)。探頭端點(diǎn)A處開(kāi)一小孔與內(nèi)套管相連，直通壓差計(jì)的一肢；外套管側(cè)表面沿圓周均勻地開(kāi)一排與外管壁相垂直的小孔(靜壓孔)，直通壓差計(jì)的另一肢。測(cè)速時(shí)，將皮托管放置在欲測(cè)速度的恒定流中某點(diǎn)A，探頭對(duì)著來(lái)流，使管軸與流體運(yùn)動(dòng)的方向相一致。流體的速度接近探頭時(shí)逐漸減低，流至探頭端點(diǎn)處速度為零。總水頭線：沿流管各總水頭值的連線，是流管坐標(biāo)的函數(shù)。 水頭線：沿流管各測(cè)壓管水頭值的連線，是流管坐標(biāo)的函數(shù)。 水力坡度：?jiǎn)挝婚L(zhǎng)度上的水頭損失。測(cè)壓管水頭線坡度：?jiǎn)挝婚L(zhǎng)度上測(cè)壓管水頭的降低或升高。對(duì)均勻流動(dòng)，則總水頭線與測(cè)壓管水頭線平行。產(chǎn)生流動(dòng)阻力和能量損失的根源：流體的粘性和紊動(dòng)。沿程阻力：當(dāng)限制流動(dòng)的固體邊界使流體作均勻流動(dòng)時(shí)，流動(dòng)阻力只有沿程不變的切應(yīng)力形成的阻力。沿程水頭損失：由沿程阻力作功而引起的水頭損失。沿程水頭損失：主要由于“摩擦阻力”所引起的，隨流程的增加而增加。 雷諾實(shí)驗(yàn)揭示了水流的兩種流動(dòng)狀態(tài)：層流和紊流;并測(cè)定了流動(dòng)損失及水流速度與流態(tài)之間的關(guān)系。臨界流速判別：因不同的管徑大小、流體種類(lèi)和流體溫度，得到的臨界流速不同。雷諾數(shù)的物理意義：雷諾數(shù)是以宏觀特征量表征的流體質(zhì)點(diǎn)所受慣性力與粘性力之比。紊流核心：粘性底層之外的液流統(tǒng)稱(chēng)為紊流核心。絕對(duì)粗糙度()：粗糙突出管壁的平均高度。相對(duì)粗糙度：管壁的絕對(duì)粗糙度與管徑的比值。當(dāng)量粗糙度：把直徑相同、紊流粗糙區(qū)值相等的人工粗糙管的粗糙突起高度Ks定義為該管材工業(yè)管道的當(dāng)量粗糙。附面層（邊界層）：粘度小的流體（如水和空氣）繞過(guò)物體運(yùn)動(dòng)時(shí)，摩擦阻力主要發(fā)生在緊靠物體表面的一個(gè)流速梯度很大的流體薄層內(nèi)，粘性影響起主要作用。形狀阻力：指流體繞曲面體或具有銳緣棱角的物體流動(dòng)時(shí)，附面層要發(fā)生分離，從而產(chǎn)生旋渦所造成的阻力。這種阻力與物體形狀有關(guān)，故稱(chēng)為形狀阻力。卡門(mén)渦街：圓柱繞流問(wèn)題：隨著雷諾數(shù)的增大邊界層首先出現(xiàn)分離，分離點(diǎn)并不斷的前移，當(dāng)雷諾數(shù)大到一定程度時(shí)，會(huì)形成兩列幾乎穩(wěn)定的、非對(duì)稱(chēng)性的、交替脫落的、旋轉(zhuǎn)方向相反的旋渦，并隨主流向下游運(yùn)動(dòng)，這就是卡門(mén)渦街。繞流阻力：細(xì)長(zhǎng)流線型物體，以平板為例，繞流阻力主要由摩擦阻力來(lái)決定，阻力系數(shù)與雷諾數(shù)有關(guān)。鈍頭曲面物體，以圓柱和圓球?yàn)槔?，繞流阻力既與摩擦阻力有關(guān)，又與壓差（形狀）阻力有關(guān)。在低雷諾數(shù)時(shí)，主要為摩擦阻力，阻力系數(shù)與雷諾數(shù)有關(guān)。在高雷諾數(shù)時(shí)，主要為壓差（形狀）阻力。表面力：又稱(chēng)面積力，是毗鄰流體或其它物體，作用在隔離體表面上的直接施加的接觸力。它的大小與作用面積成比例。 剪力、拉力、壓力質(zhì)量力：是指作用于隔離體內(nèi)每一流體質(zhì)點(diǎn)上的力，它的大小與質(zhì)量成正比。 重力、慣性力流體的平衡或機(jī)械運(yùn)動(dòng)取決于：1.流體本身的物理性質(zhì)（內(nèi)因）2.作用在流體上的力（外因）流體的主要物理性質(zhì)：密度：是指單位體積流體的質(zhì)量。單位：kg/m3 。重度：指單位體積流體的重量。單位： N/m3 。流體的密度、重度均隨壓力和溫度而變化。流體的流動(dòng)性：流體具有易流動(dòng)性，不能維持自身的形狀，即流體的形狀就是容器的形狀。靜止流體幾乎不能抵抗任何微小的拉力和剪切力，僅能抵抗壓力。 流體的粘滯性：即在運(yùn)動(dòng)的狀態(tài)下，流體所產(chǎn)生的阻抗剪切變形的能力。流體的流動(dòng)性是受粘滯性制約的，流體的粘滯性越強(qiáng)，易流動(dòng)性就越差。任何一種流體都具有粘滯性。牛頓通過(guò)著名的平板實(shí)驗(yàn)，說(shuō)明了流體的粘滯性，提出了牛頓內(nèi)摩擦定律。 =(du/dy)只與流體的性質(zhì)有關(guān)，與接觸面上的壓力無(wú)關(guān)。動(dòng)力粘度?：反映流體粘滯性大小的系數(shù)，單位：N?s/m2運(yùn)動(dòng)粘度?：=/流體靜壓強(qiáng)具有特性1.流體靜壓強(qiáng)既然是一個(gè)壓應(yīng)力，它的方向必然總是沿著作用面的內(nèi)法線方向，即垂直于作用面，并指向作用面。2.靜止流體中任一點(diǎn)上流體靜壓強(qiáng)的大小與其作用面的方位無(wú)關(guān)，即同一點(diǎn)上各方向的靜壓強(qiáng)大小均相等。靜力學(xué)基本方程: P=Po+pgh等壓面：壓強(qiáng)相等的空間點(diǎn)構(gòu)成的面絕對(duì)壓強(qiáng)：以無(wú)氣體分子存在的完全真空為基準(zhǔn)起算的壓強(qiáng) Pabs相對(duì)壓強(qiáng)：以當(dāng)?shù)卮髿鈮簽榛鶞?zhǔn)起算的壓強(qiáng) PP=PabsPa（當(dāng)?shù)卮髿鈮海┱婵斩龋航^對(duì)壓強(qiáng)不足當(dāng)?shù)卮髿鈮旱牟钪担聪鄬?duì)壓強(qiáng)的負(fù)值 PvPv=Pa-Pabs= -P測(cè)壓管水頭：是單位重量液體具有的總勢(shì)能基本問(wèn)題：1、求流體內(nèi)某點(diǎn)的壓強(qiáng)值：p = p0 +h；2、求壓強(qiáng)差：p p0 = h ；3、求液位高：h = （p - p0）/平面上的凈水總壓力：潛沒(méi)于液體中的任意形狀平面的總靜水壓力P，大 小等于受壓面面積A與其形心點(diǎn)的靜壓強(qiáng)pc之積。注意：只要平面面積與形心深度不變:1面積上的總壓力就與平面傾角?無(wú)關(guān)；2壓心的位置與受壓面傾角?無(wú)直接關(guān)系，是通過(guò)yc表現(xiàn)的；3壓心總是在形心之下，在受壓面 位置為水平放置時(shí)，壓心 與形心重合。作用在曲面壁上的總壓力 水平分力作用于曲面上的靜水總壓力P的水平分力Px等于作用于該曲 面的在鉛直投影面上的的投影（矩形平面）上的靜水總壓力，方向水平指向受力面，作用線通過(guò)面積Az的壓強(qiáng)分布圖體積的形心。作用在曲面壁上的總壓力 垂直分力作用于曲面上的靜水總壓力P的鉛垂分力Pz等于該曲面上的 壓力體所包含的液體重，其作用線通過(guò)壓力體的重心，方向 鉛垂指向受力面。壓力體壓力體體積的組成：（1）受壓曲面本身；（2）通過(guò)曲面周?chē)吘壦鞯你U垂面；（3）自由液面或自由液面的延伸。壓力體的種類(lèi)：實(shí)壓力體和虛壓力體。實(shí)壓力體Pz方向向下；虛壓力體Pz方向向上。帕斯卡原理：靜止不可壓縮流體內(nèi)任意一點(diǎn)的壓強(qiáng)變化等值傳遞到流體內(nèi)的其他各點(diǎn)；重力場(chǎng)中靜止流體 等壓面的特點(diǎn)（1）靜止、同一水平面；（2）質(zhì)量力僅有重力；（3）連通；（4）連通的介質(zhì)為同一均質(zhì)流；拉格朗日方法：是以流場(chǎng)中每一流體質(zhì)點(diǎn)作為描述對(duì)象的方法，它以流體個(gè)別質(zhì)點(diǎn)隨時(shí)間的運(yùn)動(dòng)為基礎(chǔ)，通過(guò)綜合足夠多的質(zhì)點(diǎn)（即質(zhì)點(diǎn)系）運(yùn)動(dòng)來(lái)確定整個(gè)流體的流動(dòng)。-質(zhì)點(diǎn)系法歐拉法：是以流體質(zhì)點(diǎn)流經(jīng)流場(chǎng)中各空間點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)即以流場(chǎng)作為描述對(duì)象研究流動(dòng)的方法流場(chǎng)法。流體質(zhì)點(diǎn)的加速度（流速對(duì)時(shí)間求導(dǎo)）有兩部分組成：1）時(shí)變加速度（當(dāng)?shù)丶铀俣龋┝鲃?dòng)過(guò)程中流場(chǎng)由于速度隨時(shí)間變化而引 起的加速度；2）位變加速度（遷移加速度）流動(dòng)過(guò)程中流場(chǎng)中速度分布不均，因位置變化而引起的加速度。流線流線的定義：是表示某一瞬時(shí)流體各點(diǎn)流動(dòng)趨勢(shì)的曲線，曲線上任一點(diǎn)的切線方向與該點(diǎn)的流速方向重合。流線的性質(zhì)：a、同一時(shí)刻的不同流線，不能相交。b、流線不能是折線，而是一條光滑的曲線。c、流線簇的疏密反映了速度的大小跡線跡線的定義：是指某一質(zhì)點(diǎn)在某一時(shí)段內(nèi)的運(yùn)動(dòng)軌跡線。層流與紊流層流：亦稱(chēng)片流，是指流體質(zhì)點(diǎn)不互相混雜，流體質(zhì)點(diǎn)作有條不紊的有序的直線運(yùn)動(dòng)。層流特點(diǎn)（1）有序性。（2）水頭損失與流速的一次方成正比 Hf=kv 。（3）在流速較小且雷諾數(shù)Re較小時(shí)發(fā)生。（4）層流遵循牛頓內(nèi)摩擦定律，粘性抑制或約束質(zhì)點(diǎn)作橫向運(yùn)動(dòng)。 紊流：是指隨流速增大，流層逐漸不穩(wěn)定，質(zhì)點(diǎn)相互混摻，流體質(zhì)點(diǎn)沿很不規(guī)則無(wú)序的路徑運(yùn)動(dòng)。紊流特點(diǎn)： 無(wú)序性、隨機(jī)性、有旋性、混合性。 在圓管流中水頭損失與流速的1.752次方成正比。Hf=kv 1.752 在流速較大（雷諾數(shù)較大）時(shí)發(fā)生。4 紊流發(fā)生是受粘性和紊動(dòng)共同作用的結(jié)果有壓流與無(wú)壓流（1）有壓流：流體充滿整個(gè)流動(dòng)空間，在壓力作用下的流動(dòng)。（2）無(wú)壓流：流體具有與大氣相接觸的自由表面（未充滿整個(gè)流動(dòng)空間），在重力作用下的流動(dòng)。（3）滿流：流體充滿整個(gè)流動(dòng)空間。（4）非滿流：流體為充滿整個(gè)流動(dòng)空間。有旋流和無(wú)旋流有旋流：亦稱(chēng)“渦流”。流體質(zhì)點(diǎn)（微團(tuán)）在運(yùn)動(dòng)中不僅發(fā)生平動(dòng)（或形變），而且繞著自身的瞬時(shí)軸線作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。無(wú)旋流：亦稱(chēng)“勢(shì)流”、“有勢(shì)流”。流體在運(yùn)動(dòng)中，它的微小單元只有平動(dòng)或變形，但不發(fā)生旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，即流體質(zhì)點(diǎn)不繞其自身任意軸轉(zhuǎn)動(dòng)。恒定流與非恒定流恒定流：是指流場(chǎng)中的流體流動(dòng)，空間點(diǎn)上各水力運(yùn)動(dòng)要素均不隨時(shí)間而變化。 嚴(yán)格的恒定流只可能發(fā)生在層流，在紊流中，由于流動(dòng)的無(wú)序，其實(shí)流速或壓強(qiáng)總有脈動(dòng)，但若取時(shí)間平均流速（時(shí)均流速）非恒定流：是指流場(chǎng)中的流體流動(dòng)，空間點(diǎn)上各水力運(yùn)動(dòng)要素均隨時(shí)間的變化而變化。在非恒定流情況下，流線的位置隨時(shí)間而變；流線與跡線不重合。在恒定流情況下，流線的位置不隨時(shí)間而變，且與跡線重合。均勻流與非均勻流均勻流遷移加速度為0均勻流中各過(guò)水?dāng)嗝嫔系牧魉俜植紙D沿程不變，過(guò)水?dāng)嗝媸瞧矫?，沿程各過(guò)水?dāng)嗝娴男螤詈痛笮《急３忠粯印＠旱戎睆街惫苤械囊毫骰蛘邤嗝嫘螤詈退畈蛔兊拈L(zhǎng)直渠道中的水流都是均勻流。非均勻流遷移加速度不等于0的流動(dòng)非均勻流中流場(chǎng)中相應(yīng)點(diǎn)的流速大小或方向或同時(shí)二者沿程改變，即沿流程方向速度分布不均。（非均勻流又可分為急變流和漸變流）。漸變流與急變流漸變流：沿程逐漸改變的流動(dòng)。特征：1）流線之間的夾角很小即流線幾乎是平行的），同時(shí)流線的曲率半徑又很大（即流線幾乎是直線），其極限是均勻流；2）過(guò)水?dāng)嗝婵煽醋魇瞧矫妫?）漸變流的加速度很小，所以慣性力很小，可以忽略不計(jì)，質(zhì)量力只考慮重力作用。急變流：沿程急劇改變的流動(dòng)。特征：1）流線間夾角很大或曲率半徑較小或二者兼而有之，流線是曲線。2）急變流的加速度較大，因而慣性力不可忽略。元流的伯努利方程元流伯努利方程的物理意義與幾何意義z: 是元流過(guò)流斷面上單位重量流體從某一基準(zhǔn)面算起所具有的位能，稱(chēng)單位位能。p/g : 是元流過(guò)流斷面上單位重量流體所具有的壓能，稱(chēng)單位壓能。 z+p/g: 是元流過(guò)流斷面上單位重量流體從某一基準(zhǔn)面算起所具有勢(shì)能，稱(chēng)單位勢(shì)能。u 2/ 2g: 是元流過(guò)流斷面上單位重量流體所具有的動(dòng)能（kinetic energy），稱(chēng)單位動(dòng)能。（1）物理意義：1）元流各過(guò)流斷面上單位重量流體所具有的機(jī)械能（位能、壓能、動(dòng)能之和）沿流程保持不變；2）也表示了元流在不同過(guò)流斷面上單位重量流體所具有的位能、壓能、動(dòng)能之間可以相互轉(zhuǎn)化的關(guān)系。z 是位置水頭；p/g 是壓強(qiáng)水頭；z+p/g 是測(cè)壓管水頭；u 2/ 2g 是速度水頭(velocity head)（2）幾何意義：1）元流各過(guò)流斷面上總水頭H(位置水頭、壓強(qiáng)水頭、速度水頭之和)沿流程保持不變。2）也表示了元流在不同過(guò)流斷面上位置水頭、壓強(qiáng)水頭、速度水頭之間可以相互轉(zhuǎn)化的關(guān)系。皮托管測(cè)流速常見(jiàn)的皮托管是由裝有一半圓球探頭的雙層套管組成，并在兩管末端聯(lián)接上壓差計(jì)。探頭端點(diǎn)A處開(kāi)一小孔與內(nèi)套管相連，直通壓差計(jì)的一肢；外套管側(cè)表面沿圓周均勻地開(kāi)一排與外管壁相垂直的小孔(靜壓孔)，直通壓差計(jì)的另一肢。測(cè)速時(shí)，將皮托管放置在欲測(cè)速度的恒定流中某點(diǎn)A，探頭對(duì)著來(lái)流，使管軸與流體運(yùn)動(dòng)的方向相一致。流體的速度接近探頭時(shí)逐漸減低，流至探頭端點(diǎn)處速度為零。恒定總流的伯努利方程（1）物理意義位（置勢(shì)）能 Z：表示過(guò)流斷面上單位重量流體所具有的重力勢(shì)能；壓（力勢(shì)）能 p/g：表示過(guò)流斷面上單位重量的流體所具有的壓力勢(shì)能； 動(dòng)能 v2/2g：表示過(guò)流斷面上單位重量的流體所具有的平均動(dòng)能；（2）幾何意義z： 稱(chēng)為斷面位置水頭；p/g：稱(chēng)為斷面壓強(qiáng)水頭；v2/2g： 稱(chēng)為斷面速度水頭；z+p/g：稱(chēng)為斷面測(cè)壓管水頭；z+p/g+u2/2g=H ：稱(chēng)為斷面總水頭。這些量都具有長(zhǎng)度的量綱L，將這些具有水位高度的量稱(chēng)為水頭。總水頭線：沿流管各總水頭值的連線，是流管坐標(biāo)的函數(shù)。水頭線：沿流管各測(cè)壓管水頭值的連線，是流管坐標(biāo)的函數(shù)。水力坡度：?jiǎn)挝婚L(zhǎng)度上的水頭損失。測(cè)壓管水頭線坡度：?jiǎn)挝婚L(zhǎng)度上測(cè)壓管水頭的降低或升高。對(duì)均勻流動(dòng)，則總水頭線與測(cè)壓管水頭線平行，即J = JP能量方程（伯努力方程）適用條件1）恒定流動(dòng)；2）流體不可壓縮；3）質(zhì)量力只有重力作用；4）兩過(guò)水?dāng)嗝嫣帪榫鶆蛄骰驖u變流；5）流量沿程不變；6）兩過(guò)水?dāng)嗝骈g無(wú)能量輸入輸出。產(chǎn)生流動(dòng)阻力和能量損失的根源：流體的粘性和紊動(dòng)。：?jiǎn)挝恢亓苛黧w的平均能量損失稱(chēng)為水頭損失。沿程阻力和沿程水頭損失：沿程阻力：當(dāng)限制流動(dòng)的固體邊界使流體作均勻流動(dòng)時(shí)，流動(dòng)阻力只有沿程不變的切應(yīng)力形成的阻力。沿程水頭損失：由沿程阻力作功而引起的水頭損失。沿程水頭損失hf：主要由于“摩擦阻力”所引起的，隨流程的增加而增加。局部阻力和局部水頭損失局部阻力：液流因固體邊界急劇改變而引起速度分布的變化，從而產(chǎn)生的阻力稱(chēng)為局部阻力。局部水頭損失：由局部阻力作功而引起的水頭損失稱(chēng)為局部水頭損失。局部阻力水頭損失hj ：主要是因?yàn)楣腆w邊界形狀突然改變，從而引起水流內(nèi)部結(jié)構(gòu)遭受破壞，產(chǎn)生漩渦，以及在局部阻力之后，水流還要重新調(diào)整結(jié)構(gòu)以適應(yīng)新的均勻流條件所造成的。水頭線圖的繪制方法：1、繪制總水頭線?？偹^線總是沿程下降。在有局部水頭損失的地段，有較集中的下降；在有沿程水頭損失的地段，則逐漸的下降。在有外加能量的地點(diǎn)，則有一個(gè)集中的上升。2、繪制測(cè)壓管水頭線。測(cè)壓管水頭線比總水頭線處處低一個(gè)流速水頭值。測(cè)壓管水頭線可能沿程下降，也可能會(huì)升高。3、利用已知邊界條件作為水頭線的起點(diǎn)和終點(diǎn)。注意：1、理想流動(dòng)流體的總水頭線為水平線；2、實(shí)際流動(dòng)流體的總水頭線恒為下降曲線；3、測(cè)壓管水頭線可升、可降、可水平。4、若是均勻流，則總水頭線平行于測(cè)壓管水頭線，即J=JP。3、流態(tài)的判別準(zhǔn)則 臨界雷諾數(shù)Rec雷諾實(shí)驗(yàn)揭示了水流的兩種流動(dòng)狀態(tài)：層流和紊流;并測(cè)定了流動(dòng)損失及水流速度與流態(tài)之間的關(guān)系。（1）臨界流速判別：因不同的管徑大小、流體種類(lèi)和流體溫度，得到的臨界流速不同。（2）臨界雷諾數(shù)判別：臨界流速v與過(guò)流斷面的特性幾何尺寸(管徑)d、流體的動(dòng)力粘度和密度有關(guān)，這四個(gè)量可以組成一個(gè)特征數(shù)(量綱一的量或無(wú)量綱數(shù))稱(chēng)雷諾數(shù) Re雷諾數(shù)的物理意義：雷諾數(shù)是以宏觀特征量表征的流體質(zhì)點(diǎn)所受慣性力與粘性力之比。粘性底層：圓管作湍流運(yùn)動(dòng)時(shí)，靠近管壁處存在著一薄層，該層內(nèi)流速梯度較大，粘性影響不可忽略，紊流附加切應(yīng)力可以忽略，速度近似呈線性分布， 這一薄層就稱(chēng)為粘性底層。（隨雷諾數(shù)增大而減?。┪闪骱诵模赫承缘讓又獾囊毫鹘y(tǒng)稱(chēng)為紊流核心。絕對(duì)粗糙度():粗糙突出管壁的平均高度。相對(duì)粗糙度:管壁的絕對(duì)粗糙度與管徑的比值.尼古拉茲實(shí)驗(yàn)1. 實(shí)驗(yàn)?zāi)康模貉芯垦爻套枇ο禂?shù)與雷諾數(shù)Re和管壁相對(duì)粗糙度Ks/d之間的關(guān)系，揭示的變化規(guī)律。第1區(qū)層流區(qū)， ?=f(Re) 。?=64/Re，沿程損失與流速的一次方程正比。 第2區(qū)層流轉(zhuǎn)變?yōu)槲闪鞯倪^(guò)渡區(qū)。?=f(Re) ，范圍較小，一般按水力光滑區(qū)處理。第3區(qū)水力光滑管區(qū)。紊流狀態(tài)，Re3000, ?=f(Re) ，水頭損失與流速的1.75次方成比例。第4區(qū)由“光滑管區(qū)”轉(zhuǎn)向“粗糙管區(qū)”的紊流過(guò)渡區(qū)，?=f(Re, ?/d) 。 第5區(qū)水力粗糙管區(qū)或阻力平方區(qū)。 ?=f（?/d），水流處于發(fā)展完全的紊流狀態(tài)，水流阻力與流速的平方成正比，故又稱(chēng)阻力平方區(qū)。當(dāng)量粗糙度把直徑相同、紊流粗糙區(qū)值相等的人工粗糙管的粗糙突起高度Ks