不可压缩流体.ppt

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1、第三章一元流体动力学基础重点内容描述流体运动的两种方法：欧拉法和拉格朗日法恒定流动、流场的概念恒定总流的连续性方程的形式及应用条件。恒定总流能量方程的应用条件和注意事项，并会应用恒定总流的连续方程和能量方程联合求解流体力学工程问题。重点内容总水头线、测压管水头线的绘制；理解总水头线、测压管水头线、水力坡度与测压管水头、流速水头、总水头和水头损失的关系。恒定气流能量方程及其应用；总压线和全压线的绘制。动量方程及其应用，应用恒定总流的连续方程、能量方程和动量方程联合求解流体力学工程问题。第一节描述流体运动的两种方法一、拉格朗日法二、欧拉法一、拉格

2、朗日法拉格朗日法的基本特点把流场中流体看作是无数连续的质点所组成的质点系追踪流体质点的运动，对每一质点的运动进行描述。质点标志把流体质点在某一时间t0时的坐标（a、b、c）作为该质点的标志，则不同的（a、b、c）就表示流动空间的不同质点。这样，流场中的全部质点，都包含在（a、b、c）变数中。拉格朗日变量表达式中的自变量（a、b、c、t)，称为拉格朗日变量。拉格朗日法表示流体质点的速度二、欧拉法特点以固定空间点为研究对象，描述各瞬时物理量在空间的分布来研究流体运动的方法。欧拉变量变量（x、y、z、t）称为欧拉变量。本书以下的流动描述均采用欧拉法

3、！第二节恒定流动和非恒定流动非恒定流动运动不平衡的流动，在流场中各点流速随时间变化，各点压强，粘性力和惯性力也随着速度的变化而变化。恒定流动流场中各点流速不随时间变化，由流速决定的压强，粘性力和惯性力也不随时间变化。这种流动称为恒定流动。第三节流线和迹线流线迹线一、流线在某一时刻，各点的切线方向与通过该点的流体质点的流速方向重合的空间曲线称为流线。流线是欧拉法对流动的描绘。流线的绘制流线微分方程流线的性质流线不能相交（驻点处除外），也不能是折线，因为流场内任一固定点在同一瞬时只能有一个速度向量。流线只能是一条光滑的曲线或直线。二、迹线同一质点

4、在各不同时刻所占有的空间位置联成的空间曲线称为迹线。迹线是拉格朗日法对流动的描绘。在恒定流中，流线和迹线是完全重合的。第四节一元流动模型1、流束在流场内，取任意非流线的封闭曲线l。经此曲线上全部点作流线，这些流线组成的管状流面，称为流管。流管以内的流体，称为流束。2、元流当流束的过流断面无限小时，这根流束就称为元流。元流的边界由流线组成，因此外部流体不能流入，内部流体也不能流出。元流的特点元流断面上流速和压强就可认为是均匀分布。如果从元流某起始断面，沿流动方向取坐标s，则全部元流问题，简化为断面流速u随坐标S而变。u是S的函数，即求u=f（S

5、）的问题。3、过流断面垂直于流束的断面，称为流束的过流断面。处处垂直于总流中全部流线的断面，是总流的过流断面。以后如不加说明，所说断面均指过流断面。4、过流断面流速分布过流断面上的流速一般是不相等的，管道轴线附近区域的流速较大，越靠近管壁流速越小。5、断面平均流速流速问题简化为一元问题。第五节恒定总流连续性方程质量守恒定律积分形式当流体不可压缩时密度为常数，三通管的合流和分流分流时：合流时：例3一2求通过送风管1一1,2一2,3一3各断面的流速和流量。例3一3第六节恒定元流能量方程研究对象：不可压缩无粘性流体恒定流动一、元流能量方程的推证外力

6、（压力）作功等于流段机械能量增加(a)压力作功为：动能增量为：位能增量为：(b)(c)理想不可压缩流体恒定流元流能量方程(伯努利方程）:二、恒定元流能量方程本身及其各项含义是断面压强作用使流体沿测压管所能上升的高度，水力学中称为压强水头，表示压力y作功所能提供给单位重量流体的能量，称为单位压能。断面对于选定基准面的高度，水力学中称为位置水头，表示单位重量的位置势能，称为单位位能。以断面流速u为初速的铅直上升射流所能达到的理论高度，水力学中称为流速水头，表示单位重量的动能，称为单位动能。Z表示断面测压管水面相对于基准面的高度，称为测压管水头，表

7、明单位重量流体具有的势能称为单位势能。称为为总水头，表明单位重量流体具有的总能量，称为单位总能量。方程含义能量方程式说明，理想不可压缩流体恒定元流中，各断面总水头相等，单位重量的总能量保持不变。三、元流能量方程的应用——毕托管毕托管用于测量水流和气流点流速的仪器。测压管：两端开口并与流向正交；测速管：两端开口并成直角弯曲，下端开口正对来流，与待测点处于同一水平面且相距很近。沿AB流线写元流能量方程：四、实际元流能量方程第七节过流断面的压强分布一、均匀流过流断面的压强分布1、均匀流的特点质点流速的大小和方向均不变的流动叫均匀流动。均匀流的流线是

8、相互平行的均匀流的过流断面是平面。均匀流过流断面压强分布即均匀流过流断面上压强分布服从于水静力学规律。推导均匀流过流断面测压管水头高度相等例3一5例3一6尽管E、D