工程流体力学 第3章 流体运动基本概念和基本方程课件.ppt

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1、第三章流体动力学基础(FundamentalofFluidDynamics)流体力学基本方程连续性方程动量方程动量矩方程伯努利方程能量方程工程流体力学第一节流体运动的描述方法一Euler法（欧拉法）基本思想：考察空间每一点上的物理量及其变化。独立变量：空间点坐标和时间参数t，,欧拉法Euler法（欧拉法）描述流体运动第一节流体运动的描述方法一Euler法（欧拉法）流体质点运动的速度：vxvyvzZXY流体质点运动的加速度：质点全导数：迁移加速度当地加速度质点加速度：密度的质点导数压强的质点导数随体导数当地导数迁移导数二Lagrange法（拉格朗日法）基本思想：跟踪每个

2、流体质点的运动全过程，记录它们在运动过程中的各物理量及其变化规律。独立变量：（a,b,c,t）——区分流体质点的标志二Lagrange法（拉格朗日法）速度：流体质点的加速度：质点物理量：流体质点的位置坐标：流体质点的运动方程第二节流动的类型按照流体性质划分：可压缩流体的流动和不可压缩流体的流动；理想流体的流动和粘性流体的流动；牛顿流体的流动和非牛顿流体的流动；按照流动特征区分：有旋流动和无旋流动；层流流动和紊流流动；定常流动和非定常流动；超声速流动和亚声速流动；按照流动空间区分：内部流动和外部流动；一维流动、二维流动和三维流动；1.定常流动、非定常流动（steadya

3、ndunsteadyflow)非定常流动：定常流动：（1）流动过程中所有的物理量都不随时间变化而变化。（2）流动过程中任意一个物理量随时间变化而变化。定常流动：非定常流动：判断的唯一依据：运动参数是否随时间变化。定常流动（steadyandunsteadyflow)非定常流动（unsteadyflow)2.一维流动、二维流动和三维流动一维流动：流动参数是一个坐标的函数；二维流动→一维流动三维流动→二维流动二维流动：流动参数是两个坐标的函数；三维流动：流动参数是三个坐标的函数。判断：属于几维流动？迹线——流体质点的运动轨迹线。属拉格朗日法的研究内容。第三节迹线流线一.迹

4、线第三节迹线流线二.流线任一时刻t，曲线上每一点处的切向量都与该点的速度向量相切。流线——速度场的矢量线。第三节迹线流线任一时刻t，曲线上每一点处的切向量都与该点的速度向量相切。流线微分方程：Y速度与坐标轴夹角：流线ds的切线与坐标轴夹角：由上述方程可知：---流线微分方程在定常流动中，流线不随时间改变其位置和形状，流线和迹线重合。在非定常流动中，由于各空间点上速度随时间变化，流线的形状和位置是在不停地变化的。流线不能彼此相交和折转，只能平滑过渡。流线密集的地方流体流动的速度大，流线稀疏的地方流动速度小。流线的几个性质：迹线和流线的差别：迹线是同一流体质点在不同时刻的

5、位移曲线，与Lagrange观点对应；流线是同一时刻、不同流体质点速度向量的包络线，与Euler观点对应。迹线和流线：流管——在流场中作一不是流线的封闭周线C，过该周线上的所有流线组成的管状表面。流束——充满流管的一束流体。微元流束——截面积无穷小的流束。总流——无限多微元流束组成总的流束。1.流管和流束第四节流管流束流量水力半径3.缓变流和急变流缓变流—流线近似平行；急变流—流线不平行；缓变流急变流急变流缓变流4.有效截面流量平均流速有效截面—在流束或者总流中，与所有流线都垂直的截面。流量——在单位时间内流过有效截面积的流体的量。体积流量（）质量流量（）平均流速—体

6、积流量与有效截面积之比值。5.湿周水力半径湿周—在总流的有效截面上，流体与固体壁面的接触长度。水力半径—总流的有效截面积A和湿周之比。断面形状水面宽度B有效断面积A湿周x水力半径R*式中以弧度计第五节系统控制体输运公式一.系统（system）—流体质点的集合。确定的流体质点组成的流体团或流体体积V(t)。二.控制体(controlvolume)—相对于坐标系固定不变的空间体积V。是为了研究问题方便而取定的。边界面S称为控制面。系统和控制体三.输运公式N为系统在t时刻所具有的某种物理量（如质量、动量和能量等）的总量;η表示单位质量流体所具有的该种物理量。t时刻流体系统所

7、具有的某种物理量N对时间的变化率为V：系统在t时刻的体积；V’：系统在t＋δt时刻的体积。系统的物理量随时间的变化率与控制体内这种物理量随时间的变化率和经过控制面的净通量之间的关系。即时，有。如果用CV表示控制体的体积，则有CS2为控制体表面上的出流面积；CS1为流入控制体表面的入流面积。整个控制体的面积输运公式：或者输运公式的含义：任一瞬时系统内物理量N（如质量、动量和能量等）随时间的变化率等于该瞬时其控制体内物理量的变化率与通过控制体表面的净通量之和。当地导数项迁移导数项流场的非稳定性引起流场的非均匀性引起定常流动：或者第六节连续性方程输运公式为