第四章 流体运动学和流体动力学基础ppt课件.ppt

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1、第四章　流体运动学和流体动力学基础运动学与动力学运动学：从几何的观点研究流体的运动，不讨论运动产生的动力学原因。动力学：研究流体运动中各种物理量（速度、加速度、压力等参数）之间的相互关系和流体对周围物体的作用。本章主要内容基本概念质量守恒定律、动量定理、动量矩定理以及能量转换与守恒定律连续性方程、动量方程以及能量方程第一节　流体运动的描述１、欧拉法（Euler法）以固定空间、固定断面或固定点为对象。基本思想：考察空间每一点上的物理量及其变化。所谓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。着眼于某瞬时，整个流场各空间点处的状态。独立

2、变量：空间点坐标和时间的函数注意：流体质点和空间点是二个完全不同的概念。第一节　流体运动的描述加速度当地加速度迁移加速度第一节　流体运动的描述其他物理量的变化率全导数，也称随体导数，表示对时间求导要考虑到质点本身的运动。当地导数迁移导数２拉格朗日法（Lagrange法）第一节　流体运动的描述物理概念清晰，但处理问题十分困难基本思想：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。着眼于每个个别流体质点运动的研究。独立变量：（a,b,c,t）——区分流体质点的标志t０时刻，a，b，c代表流场中某一质点坐标，不同a，b，c代表

3、不同的流体支点第一节　流体运动的描述任一流体质点在t时刻的坐标可表示为：给定a，b，c时代表给定流体质点的运动轨迹；给定t时代表t时刻各流体质点所处的位置。第二节　流动的分类(1)按与时间的关系分：定常与非定常流动流体运动过程中，若各空间点上对应的物理量不随时间而变化，则称此流动为定常流动，反之为非定常流动。(2)按与空间的关系分：一维、二维、三维流动在设定坐标系中，有关物理量依赖于一个坐标，称为一维流动，依赖于二个坐标，称为二维流动，依赖于三个坐标，则称为三维流动。平面运动和轴对称运动是典型的二维运动。(3)按运动状态分有旋和无旋流动、层流和

4、湍流、亚音速和超音速(４)按流体性质分理想流体和黏性流体，不可压缩流体和可压缩流体定常、非定常流动（steadyandunsteadyflow)非定常流动：定常流动：是否定常与所选取的参考系有关。第二节　流动的分类流动参量不随时间变化流动参量随时间变化一维流动——二维流动——三维流动——第二节　流动的分类第三节　迹线　流线（１）迹线——是流体质点在空间运动时描绘的轨迹。它给出了同一流体质点在不同时刻的空间位置。（2）流线——速度场的矢量线。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：流线的几个性质：（1）对于非定常流

5、场，不同时刻通过同一空间点的流线一般不重合；对于定常流场，流线与迹线重合。（2）流线不能相交（驻点和速度无限大的奇点除外）。（3）流线的走向反映了流速方向，疏密程度反映了流速的大小分布。迹线和流线的差别：迹线是同一流体质点在不同时刻的位移曲线，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；速度为零的点为驻点，速度为无穷大的点为奇点。例：已知速度vx=x+t，vy=－y+t求：在t=0时过（－1，－1）点的流线。解：（a）流线：积分：t=0时，x=－1，y=－1c=0——流线方程（双曲线）例：速度

6、场vx=a，vy=bt，vz=0（a、b为常数）求:（a）流线方程及t=0、1、2时流线图；解：（a）流线：积分：oyxc=0c=2c=1t=0时流线oyxc=0c=2c=1t=1时流线oyxc=0c=2c=1t=2时流线——流线方程第四节　流管　流束　流量水利半径流管——在流场内作一本身不是流线又不相交的封闭曲线，通过这样封闭曲线上各点流线所构成的管状表面。流束——流管内部的流体微小截面的流束为微小流束，微小流束的极限为微元流束（即流线）即流体不能穿过流管，流管就像真正的管子一样将其内外的流体分开。总流——管内整股流体。如河流、水渠、水管中的

7、水流及风管中的气流都是总流。缓变流——流线间夹角很小，曲率半径很大的近乎直线的流动。　　　　　反之为急变流体积流量（）：质量流量（）：重量流量（）：流量平均流速单位时间内流经某一规定表面的流体量湿周在总流的有效截面上,流体同固体边界接触部分的周长。χACBABCD水力半径总流的有效截面积与湿周之比注意：水力半径与一般圆截面的半径是完全不同的概念。第五节系统控制体输运公式系统：一团流体质点的集合。控制体：流场中某一确定的空间区域。区域的周界称为控制面。控制体的形状和位置相对所选坐标系是不变的。系统和控制体分别是Lagrange和Euler的概念输

8、运公式——系统导数的Euler表达定理：任一瞬时系统内物理量N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面的输运量之和。Control