[工学]《流体力学》 第3章 流体运动学和动力学基础ppt课件.ppt

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1、第3章流体运动学和动力学基础1过程装备与控制工程教研室流体运动学和动力学：研究流体运动规律流体运动与力的关系研究方法：实际流体→理想流体→实验修正→实际流体2过程装备与控制工程教研室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。3过程装备与控制工程教研室基本内容正确使用流体流动的连续性方程弄清流体流动的基本规律——伯努利方程掌握伯努利方程的物理意义、几何意义、使用条件及其应用动量方程的应用4过程装备与控制工程教研室重点连续

2、性方程、伯努利方程和动量方程难点应用三大方程联立求解工程实际问题5过程装备与控制工程教研室本章内容3.1研究流体运动的方法3.2定常、非定常流动一、二、三维流动3.3迹线流线3.4流管流束流量当量直径3.5系统控制体输运公式3.6连续方程3.7动量方程动量矩方程3.8能量方程3.9伯努利方程及其应用3.10流线主法线方向速度和压强的变化3.11粘性流体总流的伯努利方程6过程装备与控制工程教研室3.1研究流体运动的方法7过程装备与控制工程教研室流场充满运动的连续流体的空间在流场中，每个流体质点均有确定的运动要素研

3、究流体运动的两种方法拉格朗日法（Lagrange）欧拉法（Euler）8过程装备与控制工程教研室拉格朗日法国数学家、物理学家。1736年1月25日生于意大利西北部的都灵，1813年4月10日卒于巴黎。19岁就在都灵的皇家炮兵学校当数学教授。1766年德国的腓特烈大帝向拉格朗日发出邀请说，在“欧洲最大的王”的宫廷中应有“欧洲最大的数学家”。于是他应邀去柏林，居住达二十年之久。在此期间他完成了《分析力学》一书，建立起完整和谐的力学体系。1786年，他接受法王路易十六的邀请，定居巴黎，直至去世。近百余年来，数学领域的

4、许多新成就都可以直接或间接地溯源于拉格朗日的工作。9过程装备与控制工程教研室欧拉瑞士数学家及自然科学家。1707年4月15日出生於瑞士的巴塞尔，1783年9月18日於俄国彼得堡去逝。欧拉出生於牧师家庭，自幼受父亲的教育。13岁时入读巴塞尔大学，15岁大学毕业，16岁获硕士学位。欧拉是18世纪数学界最杰出的人物之一，他不但为数学界作出贡献，更把数学推至几乎整个物理的领域。他是数学史上最多产的数学家，平均每年写出八百多页的论文，还写了大量的力学、分析学、几何学、变分法等的课本，《无穷小分析引论》、《微分学原理》、《

5、积分学原理》等都成为数学中的经典著作。欧拉对数学的研究如此广泛，因此在许多数学的分支中也可经常见到以他的名字命名的重要常数、公式和定理。10过程装备与控制工程教研室3.1.1欧拉法基本思想考察空间每一点上的物理量及其变化空间一点上的物理量是指占据该空间点的流体质点的物理量流体质点和空间点是两个完全不同的概念“站岗”的方法11过程装备与控制工程教研室3.1.1欧拉法独立变量流场物理量是空间点坐标(x,y,z)、时间(t)的函数x,y,z,t称为欧拉变量选定x,y,z而变化t时，代表流场中选定点上流动参数随时间的变

6、化规律选定t而x,y,z变化时，代表选定时刻流场中流动参数的分布规律12过程装备与控制工程教研室3.1.1欧拉法流体质点不同时刻占据不同的位置，流体质点的坐标也是时间的函数按复合函数求导来推导加速度同理13过程装备与控制工程教研室流体质点的加速度（速度的质点导数）由两部分组成：当地加速度，时变加速度。空间点上流体质点的速度随时间变化引起的加速度。迁移加速度，位变加速度。空间点上流体质点的速度随坐标变化引起的加速度。3.1.1欧拉法14过程装备与控制工程教研室H不随时间变化，管道中各点的流速也不随时间变化——没有

7、当地加速度。H随时间变化，管道中各点的流速也随时间变化——有当地加速度。即使H不随时间变化，锥管中的流速随位置变化——有迁移加速度。H随时间变化，锥管中流速随时间、位置变化——有当地加速度又有迁移加速度。3.1.1欧拉法15过程装备与控制工程教研室流体质点的物理量对于时间的变化率称为该物理量的质点导数速度质点导数密度质点导数压强质点导数任一物理量质点导数3.1.1欧拉法16过程装备与控制工程教研室流体质点的物理量时间全变化率适用于矢量和标量——全导数、随体导数（在对时间求导数时要考虑到流体质点本身的运动）——当

8、地导数——迁移导数——质点导数算子3.1.1欧拉法17过程装备与控制工程教研室【例3-1】已知平面流动的vx=3xm/s，vy=3ym/s，试确定坐标为(8,6)点上流体的加速度。18过程装备与控制工程教研室3.1.2拉格朗日法基本思想跟踪每个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综合流场中所有流体质点，可得到整个流场流体的运动规律拉格朗日法是对流体质点运动过