第4章 流体运动学和流体动力学基础ppt课件.ppt

《第4章 流体运动学和流体动力学基础ppt课件.ppt》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、第三章流体运动的基本概念和基本方程第三章流体运动的基本概念和基本方程物理学流体力学质量守恒定律连续方程牛顿第二定律运动方程动量定理动量方程动量矩定理动量矩方程能量守恒与转换定律能量方程§3.1研究流体流动的方法流体的流动是由充满整个流动空间的无限多个流体质点的运动构成的。充满运动流体的的空间称为流场。研究方法欧拉法：拉格朗日法：着眼于整个流场的状态，即研究表征流场内流体流动特性的各种物理量的矢量场与标量场着眼于个别流体质点的运动，综合所有流体质点的运动后便可得到整个流体的运动规律§3.1研究流体流动的方法一、欧拉法§3.1.1欧拉

2、法加速度必须按照复合函数的求导法则来推求加速度§3.1.1欧拉法可以用加速度矢量a和速度矢量v来表示其中：哈密顿算子当地加速度：表示在一固定点上流体质点的速度变化率迁移加速度：表示流体质点所在空间位置的变化所引起的速度变化率§3.1.1欧拉法对其他物理量随体导数当地导数迁移导数§3.1研究流体流动的方法二、拉格朗日法通过建立流体质点的运动方程来描述所有流体质点的运动特性对任一质点x=x(a,b,c,t)y=y(a,b,c,t)z=z(a,b,c,t)当给定a,b,c时，此式代表给定的流体质点的运动轨迹；当给定t时，上式代表t时刻各流体

3、质点所处的位置§3.1.2拉格朗日法质点速度质点加速度§3.2流动的分类1.按流体性质理想流体流动粘性流体流动粘度μ体积模量K不可压缩流体流动可压缩流体流动2.按运动状态定常流动非定常流动有旋流动无旋流动层流流动紊流流动亚音速流动超音速流动3.按坐标变量数目一维流动二维流动三维流动§3.2流动的分类一、定常流动和非定常流动流动参量不随时间变化的流动称为定常流动流动参量随时间变化的流动称为非定常流动准定常流动定常流动或非定常流动的确定与坐标系的选择有关§3.2流动的分类二、一维流动、二维流动与三维流动§3.3迹线与流线流体质点的运动轨迹

4、称为迹线。拉格朗日法流线是这样的一条曲线：在某一瞬时，此曲线上的每一点的速度矢量总是在该点与此曲线相切。§3.3迹线与流线流线上某点M(x,y,z)处的速度与坐标轴夹角的方向余弦该点流线微元ds的切线与坐标轴夹角的方向余弦为由于流线上M点的切线和M点的速度矢量想重合，对应的方向余弦应该相等流线的微分方程§3.3迹线与流线§3.3迹线与流线定常流动时,迹线和流线相重合非定常流动时,迹线和流线一般不重合流线一般不能相交。流线相交驻点:速度为零的点奇点:速度无穷大的点§3.3迹线与流线§3.4流管流束流量在流场内作一本身不是流线又不相交的封

5、闭曲线，通过这样的封闭曲线上各点的流线所构成的管状表面称为流管。流管内部的流体称为流束。§3.4流管流束流量流体不能穿过流管流进或流出。截面为无限小的流管称为微元流管。微元流管的极限为流线。对于微元流管，可以认为其横截面上各点速度大小相同，方向均与截面相垂直。处处与流线相垂直的流束的截面称为流束的有效截面。流束内流线间的交角很小、流线曲率半径很大的近乎平行直线的流动称为缓变流。流束内流线间的交角大、流线曲率半径小流动称为急变流。§3.4流管流束流量流量：单位时间内流经某一规定表面的流体量称为该表面的流量。流量质量流量qm：kg/s体积

6、流量qv：m3/s通过流管中有效截面的qv速度在截面法线方向上的分量平均流速§3.4流管流束流量把整个管子或渠道中的流体看作总的流体，这种由无限多微元流束所组成的总的流束称为总流。§3.5系统与控制体，输运方程一、系统与控制体一定量的流体在特定时间，特定空间内的流动规律。系统控制体§3.5.1系统与控制体系统是一团流体质点的集合。系统包含着确定的流体质点有确定的质量表面不断变形控制体是指流场中某一确定的空间区域，这个区域的周界称为控制面。控制体形状和位置相对于坐标系固定不变有确定的体积包含的流体质点不确定§3.5.1系统与控制体xyz

7、控制体系统§3.5系统与控制体，输运方程二、输运方程建立系统内部某物理量的时间变化率与控制体内的该物理量时间变化率之间的关系已知：系统内流体所具有的某种物理量求：单位质量流体具有的物理量§3.5.2输运方程解:xyzt时刻II取坐标系取隔离体:系统分析N变化从t时刻到§3.5.2输运方程xyz时刻IIIII’III§3.5.2输运方程因为：xyzIIIII’III是在δt时间内流出控制体的流体所具有的物理量CS2可以用同样时间内在流体所通过的控制面上流出的这种物理量的面积分来表示xyzIIIII’III同理：t时刻单位时间内流入控制体

8、的流体所具有的物理量应表示为CS2CS1§3.5.2输运方程系统内部的N的时间变化率等于控制体内的N的时间变化率加上单位时间内经过控制面的净通量。流体系统内物理量对时间的随体导数公式，或称输运公式。§3.5.2输运方程在