第三章 流体动力学基础

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1、第三章流体动力学基础第一节流体运动的描述方法第二节流动的分类第三节恒定流连续性方程第四节恒定流能量方程第五节能量方程的应用第六节恒定流动量方程流体力学·泵与风机精品课程第三章引言：流体流动的特点：1、流体的变形运动2、描述流体运动的主要物理量流体运动学研究流体的运动规律，如速度、加速度等运动参数的变化规律，而流体动力学则研究流体在外力作用下的运动规律，即流体的运动参数与所受力之间的关系。流体力学·泵与风机精品课程第三章第一节流体运动的描述方法一、描述流体运动的两种方法：1、拉格朗日法：又称质点系法，

2、是从分析流场中个别流体质点着手来研究整个流体运动的。这种研究方法，最基本的参数是流体质点的位移，在某一时刻t，任一流体质点的位置可表示为：流体力学·泵与风机精品课程第三章式中a、b、c为初始时刻t0任意流体质点的坐标，不同的a、b、c代表不同的流体质点。通常称a、b、c为拉格朗日变量，它不是空间坐标的函数，而是流体质点标号。2、欧拉法：又称流场法，是从分析流场中每一个空间点上的流体质点的运动着手，来研究整个流体的运动的，即研究流体质点在通过某一空间点时流动参数随时间的变化规律。流体质点的流动是空间点

3、坐标（x,y,z）和时间t的函数，流体质点的三个速度分量表示为：流体力学·泵与风机精品课程第三章式中，u、v、w分别表示速度矢量在三个坐标轴上的分量。当参数x、y、z不变而改变时间t，则表示空间某固定点的速度随时间的变化规律。当参数t不变，而改变x、y、z，则代表某一时刻，空间各点的速度分布。3、欧拉法比拉格朗日法优越的原因：采用欧拉法描述流体的流动，常常比采用拉格朗日法优越，其原因有二：①是利用欧拉法得到的是场，便于采用场论这一数学工具来研究。②是工程实际中，并不关心每一质点的来龙去脉。基于上述两

4、点原因，欧拉法在流体力学研究广泛被采用。二、流线和迹线：1、流线：①定义：所谓流线是某一瞬时在流场中所作的一条曲线，在这条曲线上的各流体质点的速度方向都与该曲线相切，因此流线则是同一时刻，不同流体质点所组成的曲线，如图所示。流体力学·泵与风机精品课程第三章流体力学·泵与风机精品课程第三章②研究意义：流线可以形象地给出流场的流动状态。通过流线，可以清楚地看出某时刻流场中各点的速度方向，由流线的密集程度，也可以判定出速度的大小。流线的引人是欧拉法的研究特点。例如在流动水面上同时撒一大片木屑，这时可看到这

5、些木屑将连成若干条曲线，每一条曲线表示在同一瞬时各水点的流动方向线就是流线。③流线的特性：A、在定常流动时，流线和迹线相重合；非定常流动时，流线和迹线不相重合。B、通过某一空间点在给定瞬间只能有一条流线，一般情况流线不能相交和分支。C、流线不能突然折转，只能平缓过渡。D、流线密集的地方，表示流场中该处的流速较大，稀疏的地方，表示该处的流速较小。2、迹线：①定义：流场中某一质点运动的轨迹称为迹线。例如：在流动的水面上撒一片木屑，木屑随水流漂流的途径就是某一水点的运动轨迹，也就是迹线。流场中所有的流体质

6、点都有自己的迹线，迹线是流体运动的一种几何表示，可以用它来直观形象地分析流体的运动，清楚地看出质点的运动情况。三、过流断面、流量与断面平均流速：1、过流断面：凡是与流线处处相垂直的横断面，称为流体的过流断面。2、流量：单位时间内通过有效截面的流体体积称为体积流量，以Q表示。其单位为m3/S、m3/h等。3、断面平均流速：平均流速是一个假想的流速，即假定在有效截面上各点都以相同的平均流速流过，这时通过该有效截面上的体积流量仍与各点以真实流速V流动时所得到的体积流量相同。第二节流动的分类一、压力流、重力

7、流与射流：1、压力流：当流体运动时，流体充满整个流动空间并依靠压力作用而流动的液流或气流，成为压力流。例如：室内给水管道，采暖管道。2、重力流：凡是存在与气体相接触的自由表面，并依靠液体自身重力作用而流动的液流，成为重力流。例如：室内排水管道，由于重力流依靠流体自身重力，因此管道必须有一定的坡度。3、射流：当流体由孔口或喷嘴射出，流入另一部分流体介质中的流动，称为射流。例如：消防水枪的射水，通风空调系统送风口向外送风。二、恒定流动与非恒定流动：1、恒定流动：流体的运动参数不随时间发生改变。2、非恒定

8、流动：流体的运动参数随时间发生改变。三、均匀流与非均匀流，渐变流与急变流1、均匀流与非均匀流：在不可压缩流体中，流线为相互平行直线的流动称为均匀流。不满足均匀流条件的流动为非均匀流。均匀流具有下列性质：1）各质点的流线相互平行，过流断面为一平面。2）位于同一流线上的各质点速度相等。3）沿流程各过流断面上的流速分布相同，而且平均流速相等，但同一过流断面上各点的流速不相等。4）沿流程各质点的加速度为零。5）过流断面上压强分布规律与静止流体相同。2、渐变流与急变流：在实际流