工程流体力学课件3流体动力学基础文档资料.ppt

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1、EngineeringFluidMechanics工程流体力学第1章流体及其主要物理性质第2章流体静力学第3章流体动力学基础第4章流动阻力和水头损失第5章孔口、管嘴出流及有压管流第6章明渠均匀流第7章明渠水流的两种流态及其转换目录第三章流体动力学基础第一节描述流体运动的两种方法第二节流体运动的基本概念第三节恒定流动的连续性方程第四节恒定元流的能量方程第五节恒定总流的能量方程第六节恒定总流的动量方程教学目的和任务教学目的：掌握研究流体运动的方法，了解流体流动的基本概念。通过分析得到理想流体运动的基本规律，为后续流动阻力计算、管路计算打下牢固的基础。基本内容（

2、1）正确使用流体流动的连续性方程式；（2）弄清流体流动的基本规律——伯努利方程，得出比较符合客观实际的计算公式；掌握伯努利方程的物理意义、几何意义、使用条件及其应用。（3）动量方程的应用重、难点1.连续性方程、伯努利方程和动量方程。2.应用三大方程联立求解工程实际问题。静止流体（不论理想或实际流体）运动理想流体pP=-pnpP=-pnp：动压强p：静压强定义流体的动压强第一节描述流体运动的两种方法流场——充满运动流体的空间称为流场描述流体运动的方法拉格朗日法：跟踪着眼于流体质点，跟踪质点并描述其运动历程欧拉法：布哨着眼于空间点，研究质点流经空间各固定点的运

3、动特性一、拉格朗日法：研究对象为流场中的各流体质点，也即研究流场中每个流体质点的运动参数随时间t的变化规律。初始时刻t0某质点（a,b,c,to）新的时刻t质点(x,y,z,t)a,b,c,t—拉格朗日变量流场中全部质点都包含在（a,b,c）的变数中该法概念清晰，易懂；但数学计算繁琐，表达式不易简化。使用不广泛。其它运动要素和物理量的时间历程也可用拉格朗日法描述，如速度、密度等.二、欧拉法：研究对象为流场中的各空间点，也即研究流体质点在某一时刻t经过某一空间点时的运动参数的变化规律。不同时刻不同的流体质点通过空间某一点,即分析流动空间某固定位置处，流体运动

4、要素（速度、加速度）随时间变化规律同一流体质点在不同时刻经过空间不同点，即分析某一空间位置转移到另一位置，运动要素随位置变化的规律x,y,z,t—欧拉变量由该法概念抽象，不易懂；但数学表达式简洁易算。使用广泛。=+质点加速度位变加速度由流速不均匀性引起时变加速度由流速不恒定性引起第二节流体运动的基本概念一、恒定流：非恒定流：一切和流体力学有关的物理量均与时间t无关的流动。即和流体力学有关的物理量只要有任何一个随时间t变化的流动。Hu若水位H保持不变(稳定水头的出流)，称为恒定出流。若水位H持续下降（变水头的出流），称为非恒定出流。流动是否恒定

5、与所选取的参考坐标系有关,因此是相对的概念。二、迹线与流线质点由t1运动至t2时所经过的轨迹线。迹线：zyxt1odl——迹线微分方程对不同的质点，迹线的形状可能不同；对一确定的质点，其轨迹线的形状不随时间变化。流线：是流场中的瞬时光滑曲线，曲线上各点的切线方向与经过该点的流体质点的瞬时速度方向一致。两矢量方向一致，则其叉积为零。——流线微分方程dl流线是同一时刻流场中连续各点的速度方向线。流线的特性：对于恒定流，流线的形状、位置不随时间变化，且流线与迹线重合。实际流场中，除驻点、滞点和奇点外，流线不能相交，不能折转。u1u2驻点u=0源点汇点流线可以用来

6、表现流场；通过作流线可使流场中的流动情形更为明白；对于不可压缩流体，流线还能定性地反映出速度的大小。流线的应用迹线流线xyoM(-1,-1)t=0时过M(-1,-1)点的流线和迹线示意图三、流管，元流，总流注：流体质点不能穿越流面两侧或流管面内外流动。流面流管充满于流管中的流体称为流束。若流管的横截面积为无穷小，所得流束为元流（微元流束）。由无穷多元流组成的总的流束称为总流，即封闭曲线取在流场边界上。在某时刻，流场中作一条非流线的曲线，对该曲线上每一点画流线，由这些流线所形成的空间面称为流面。若所作非流线的曲线是封闭的，则由流线所形成的管状曲面称为流管。总

7、流有压流边界全部是固体,流动主要依靠压力推动；如供水管道；液压管路无压流边界部分是固体，部分是液体，流体的流动是靠重力实现的；如河流、明渠射流边界不与固体接触，靠消耗自身动能来实现流动；如水枪四、过流断面，流量，断面平均流速与流束中所有流线垂直的横截面称为过流断面（过水断面）。元流的过流断面面积为dA，总流的为A。单位时间内通过元流或总流过流断面的流体量称为流量。若流体量以体积来度量：体积流量QV若流体量以质量来度量：质量流量Qmm3/s，L/skg/s平面曲面若元流中任一流体质点的速度为u（点速），则对整个过流断面取平均速度v（均速），则即注：断面平均流

8、速v为假想流速，用于求解其它量时会产生误差，应进行修正。流速vu五