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1、第三章流体运动学与 动力学基础第三章流体运动学与动力学基础研究方法流体运动规律基本概念章节结构研究流体流动的方法§3.1流体运动的基本概念§3.2质量守恒——连续性方程§3.3牛顿第二定律——伯努利方程§3.4~§3.6动量定理——动量方程§3.7第三章流体运动学与动力学基础§3.1研究流体流动的方法拉格朗日法了解欧拉法及其加速度表达式掌握第三章流体运动学与动力学基础基本概念流体质点：一个物理点，即流体微团，是构成连续介质的流体的基本单位，宏观上无穷小（体积非常微小，其几何尺寸可忽略），微观上无穷大（包含许许
2、多多的流体分子，体现了许多流体分子的统计学特性）。空间点：一个几何点，表示空间位置。质点与空间点之间的关系：流体质点是流体的组成部分，在运动时，一个质点在某一瞬时占据一定的空间点（x，y，z），具有一定的速度、压力、密度、温度等标志其状态的运动参数。第三章流体运动学与动力学基础一、拉格朗日法（Lagrangianmethod）定义：拉格朗日法又称为跟踪法、质点法。以运动着的流体质点为研究对象，跟踪观察个别流体质点在不同时间其位置、流速和压力的变化规律，然后把足够的流体质点综合起来获得整个流场的运动规律。拉格朗
3、日变数：取t=t0时，以每个质点的空间坐标位置（a，b，c）作为区别该质点的标识，称为拉格朗日变数。第三章流体运动学与动力学基础方程：设任意时刻t，质点坐标为(x，y，z)，则：x=x(a,b,c,t)y=y(a,b,c,t)z=z(a,b,c,t)速度：第三章流体运动学与动力学基础加速度：适用情况：流体的振动和波动问题。优点：可以描述各个质点在不同时间参量变化，研究流体运动轨迹上各流动参量的变化。缺点：不便于研究整个流场的特性。第三章流体运动学与动力学基础定义：欧拉法又称为站岗法、流场法。以流场内的空间点为
4、研究对象，研究质点经过空间点时运动参数随时间的变化规律，把足够多的空间点综合起来得出整个流场的运动规律。欧拉变数：空间坐标（x，y，z）称为欧拉变数。i拉格朗日法和欧拉法具有互换性。欧拉法较简单，且本书着重讨论流场的整体运动特性。因此，本书采用欧拉法研究问题。二、欧拉法（Eulerianmethod）掌握第三章流体运动学与动力学基础方程：因为欧拉法是描写流场内不同位置的质点的流动参量随时间的变化，则流动参量应是空间坐标和时间的函数:ux=ux（x,y,z,t）速度：uy=uy（x,y,z,t）uz=uz（x,
5、y,z,t）压强：p=p（x,y,z,t）密度：ρ=ρ（x,y,z,t）同时，空间坐标x、y、z也是时间t的函数。第三章流体运动学与动力学基础加速度：同理：掌握第三章流体运动学与动力学基础全加速度＝当地加速度＋迁移加速度在一定位置上，流体质点速度随时间的变化率流体质点所在的空间位置的变化而引起的速度变化率第三章流体运动学与动力学基础三、流动类型牛顿流体非牛顿流体理想流体实际流体可压缩流不可压缩流按流动性质流体压缩性流体粘性流体变形特性第三章流体运动学与动力学基础一元流二元流三元流内流外流按流动空间空间位置空间
6、元素1、三元流场：具有三个坐标自变量的流场。物理参数场：B=B(q1,q2,q3,t)q1,q2,q3表示曲线坐标系的三个自变量.第三章流体运动学与动力学基础2、二元流场：具有两个坐标自变量的流场。物理流场：B=B(q1,q2,t)第三章流体运动学与动力学基础B=B(q1,t)3、一元流场lA(l)第三章流体运动学与动力学基础第三章流体运动学与动力学基础按流动特征层流紊流有旋流无旋流均匀流非均匀流稳定流非稳定流流动空间因素流动时间因素流动旋度流态特征第三章流体运动学与动力学基础§3.2流体运动的基本概念流体运
7、动的概念掌握第三章流体运动学与动力学基础稳定流动（定常流动）——流体所有运动要素与时间无关。不稳定流动（非定常流动）——流体所有运动要素与时间有关。一、稳定流动和不稳定流动掌握图3-1稳定流动和不稳定流动HH1H2第三章流体运动学与动力学基础二、迹线和流线迹线：定义：某质点在一段时间内所经过的路线。如：流星、烟火特点：每个质点都有一个运动轨迹,所以迹线是一簇曲线，且只随质点不同而异，与时间无关。方程：以流体质点为研究对象，基于拉格朗日法，dt为自变量：掌握第三章流体运动学与动力学基础流线：定义：某一瞬时流场中
8、的一条曲线，其上各质点的运动方向均与曲线相切。流线的绘制：采用微元长切线方法图3-3流线sju1u2u3u4ds1kds2lds3mds4n第三章流体运动学与动力学基础特点：不稳定流时，流线的空间方位、形状随时间变化，与迹线不重合。稳定流时，流线的形状不随时间变化，并与迹线重合流线是一条光滑曲线，既不能相交也不能转折(特例：点源、点汇、驻点)图3-3流线su1u2u3u4ds1kds2lds3mds
