流体力学考试复习资料(编辑修改稿)

流体力学考试复习资料(编辑修改稿)内容摘要：

核渠道的通过能力，或按最大流量来设计断面时，按均匀流计算可以很方便地得到足够准确的结果。 明渠均匀流的水力计算 三、渗流 概述 流体在孔隙介质中的流动称为渗流。 本节主要讨论水在土壤孔隙中流动的规律。 这种渗流也 称为地下水流动。 在工程问 题中，需要知道的是某一范围内渗流的平均效果，如平均渗流量、平均渗透压力等，而不需要知道土壤孔隙中渗流的详细过程，因此研究渗流时引入简化的渗流模型来替实际的渗流运动。 简化的渗流模型是：认为渗流区内不存在土壤颗粒且为水所充满。 这样整个渗流区可以被看成是为水所充满的连续流动。 它必须满足： ① ．对同一过水断面，模型的渗流量应等于真实的渗流量； ②. 作用于模型任意面积上的渗透压力应等于真实的渗透压力。 必须注意，渗流模型中的流速和实际渗流中的流速是不会相等的。 渗流的达西定律 (一 )达西定律 达西分析了大量 实验资料，得到圆筒内的渗流量 Q 与圆筒横断面积 A和水力坡度 成正比，并和土壤的透水性能有关。 达西建立的基本关系为： 大口井与基坑排水 大口井是采取浅层地下水的一种井，井径较大，大致为 2～ 10m 或更大些。 井底出水量是总出水量的一个组成部分。 由于大口井与基坑排水的性质近似，计算方法基本相同。 大口井有井壁进水和井底进水等方式，而井底进水方式往往占重要的地位。 对于井 壁 进水的完全井，其出水量公式与单井同。 下面讨论井底进水的不完全井。 如图 348所示大口井，井壁四周为不透水层，井底为半球形，与下层无限深的含水层紧接。 这样可以认为渗流流线是径向的，过水断面是半球面。 则 流 体 力 学 第三讲 流动阻力和水头损失 【内容提要】 本节主要学习层流、紊流及水利学几何要素，雷诺数及层流、紊流的判别，层流、紊流的运动特征、沿程、局部水头损失系数及水头损计算，边界层和绕流阻力计算。 【重点、难点】 层流、紊流的概念及判别，不同流态下的阻力规律和水头损失的计算 【内容讲解】 一、实际流体的两种流态 —— 层流和紊流 (一 )雷诺实验 雷诺曾经以图所示的装置来进行实验，揭示了两种流态不同的本质并确定圆管流态的判别数。 打开玻璃管的调节阀，玻璃管中水开始流动。 再打开颜色液的小阀，颜色水将进入玻璃管，与水一起流动。 当管中平均流速副较小时，颜色液呈一直线状 (如图中 a)，与周围清水互不掺混，这种有规则的分层流动被称为层流。 随着的增大，颜色液将产生波动，直到某一数值，颜色液扩散到清水中，不复再见 (见图中 b)。 这时， 两者已互相掺混，每个流体质点的轨迹是十分混乱的，这种流态被称作紊流。 此时若再将流速减小，必须减小到比前一 I 临界值更小的数值，流态才会转变为层流。 层流和紊流由于两者内部结构不同，能量损失的规律也不同。 由实验得到：直管上下游断面间的水头损失，层流时与断面平均流速的一次方成正比，紊流时则与流速的 ～ ， (二 )层流和紊流的判别数 —— 雷诺数 由于层流和紊流水头损失的规律不同，在计算水头损失前，必须判别流态。 流态的确定除了与流速的大小有关外，还与管径和流体的粘性有关。 因此采用综合性的雷诺 数 Re 作为判别流态的无量纲数。 二、圆管中的层流运动 (一 )均匀流动方程式 取一段等直径圆管中的恒定均匀流来讨论，见图 332。 三、 紊流运动的特征 紊流中，流体质点在运动中不断互相混杂，使各点的流速、压强等运动要素都随时间作无规则的变化，这种变化称为脉动现象。 这种脉动是围绕某一平均值而变化的。 这样，可以将紊流看作 两个流动的叠加。 即时间平均流动和脉动的叠加。 引入时间平均流动的概念后，尽管紊流实质上是极无规则的非恒定流，但只要它的时均值是一常数就可以将它看成恒定流。 或者它的时均值随时间遵循某一规律变化，就可看作是随时间遵循某一规律变化的非恒定流 (如水箱中水无补给时，经水箱孔口的出流 )，而且前面提到的概念如流线、断面平均流 速等等对于时间平均流动，仍可照常应用。 但对于紊流的切应力、紊流扩散等问题的研究却必须考虑紊流的脉动。 紊流中的切应力除了由于粘性所产生的切应力外，由于质点互相掺混、动量的交换，还存在着紊流的附加切应力，又称为雷诺应力。 紊流的流速分布，靠近固体边界处与核心区域是不同的。 紧贴边界的流体质点流 速为零，近边界处流速显著减小，在边界附近存在着很薄的粘性底层。 在粘性底层内流速分布可作为直线分布。 而紊流核心区域内由于质点相互掺混和动量交换，使速度趋于平均化。 此外依据实验资料还提出了紊流流速分布的指数公式 四、沿程水头损失。