流体力学基础知识ppt课件.ppt

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1、第三讲流体力学基础知识(二)流体运动学流体运动的描述方法流场的基本概念本章内容流体运动学与动力学的区别流体运动学采用运动要素（位移、速度、加速度）来描述流体的运动特征，不涉及引起运动的动力要素（力），是研究流体的运动要素与动力要素之间关系的基础。流体运动学的研究内容建立流体运动的概念研究描述流体运动的方法确定能够表征流体运动特征的运动要素根据运动要素来研究流体运动的特征建立运动要素所遵从的基本规律流体运动的描述方法拉格朗日法欧拉法拉格朗日法拉格朗日法LargrangianMethod又称为随体法或质点系法。（雷达侦查）以单个流体质点作为研究对象，研究其运动

2、参数随时间的变化规律，然后综合各个流体质点的运动来获得一定空间内所有流体质点的运动规律。欧拉法欧拉法EulerMethod又称为局部法或流场法。（气象预报）以流场（流体质点运动的全部空间）作为描述对象，研究流体质点所经过的各固定空间点上运动参数的变化规律，然后综合所有空间点的运动，用以描述整个流体的运动。拉格朗日法欧拉法跟踪布哨跟踪追击守株待兔拉格朗日法与欧拉法的比较拉格朗日法为起始时刻质点所在的空间位置坐标，与时间一起称为拉格朗日变数。任何质点在空间的位置和时间的函数。时刻质点的空间坐标拉格朗日法如果固定（a,b,c）而令t改变，则得到某

3、一流体质点的运动规律；如果固定t而令（a,b,c）改变，则得到同一时刻不同流体质点的位置分布。拉格朗日法时刻质点的速度分量拉格朗日法时刻质点的加速度分量欧拉法时刻流速场时刻压强场时刻加速度场欧拉法注意：采用欧拉法，质点的加速度不等于速度对时间的偏导数，对时间的偏导数只代表不同质点先后经过某固定空间点所产生的该空间点上的加速度，而不是经过该空间点的质点本身的加速度。质点导数质点导数：流体质点的物理量对时间的变化率。质点导数因为代入得质点导数等号右边第一项是时变加速度；后三项是位变加速度；加速度等于流速场对时间的全导数最终得到质点导数质点导数的通式质点导数概念

4、应用于其它物理量◆亦称物质导数向量形式表示了物质导数它对任意坐标成立当地导数——它在物理上是固定点处的时间变化率迁移导数——它在物理上表示由于流体微团从流场中从一点运动另一点，流场空间不均匀性而引起的时间变化率。○考虑密度的全微分代替更明确地强调了跟随流体微团运动时某个量的时间变化率质点导数质点导数的应用不可压缩流体：欧拉加速度加速度的矢量形式位变加速度时变加速度在恒定流中，流场中任意空间点的运动要素不随时间变化，所以时变加速度等于零。在均匀流中，质点运动速度不随空间位置变化，所以位变加速度等于零。欧拉加速度质点的加速度由两部分组成：时变加速度Time-c

5、hangingAcceleration当地加速度LocalAcceleration流动过程中流体速度随时间变化而引起的加速度。位变加速度Location-changingAcceleration迁移加速度ConnectiveAcceleration流动过程中流体速度随位置变化而引起的加速度。欧拉加速度水位H恒定的情况下：AB不存在时变加速度和位变加速度。CD不存在时变加速度，但存在位变加速度。水位H变化的情况下：AB存在时变加速度，但不存在位变加速度。CD既存在时变加速度，又存在位变加速度。DCAHB拉格朗日变数转化为欧拉变数拉格朗日法表示的时刻

6、质点的空间坐标若行列式D既不为零也不为无穷大，a,b,c存在单值解拉格朗日变数转化为欧拉变数代入拉格朗日变数表示的式子，即可转化为欧拉变数表示的函数。欧拉变数转化为拉格朗日变数欧拉法表示的时刻质点的速度积分可得欧拉变数转化为拉格朗日变数代入欧拉变数表示的式子，即可转化为拉格朗日变数表示的函数。欧拉法与拉格朗日法的比较拉格朗日法得到的运动方程是二阶偏微分方程组，欧拉法得到的运动方程是一阶偏微分方程组。拉格朗日法得到的是流体质点的运动规律，欧拉法得到的是整个流场中各个空间点上流体运动规律。例xy0(8,6)质点沿直线以速度(m/s)运动,求质点在(8,6)点

7、的加速度。解：x，y方向的速度分量分别为故x，y方向的加速度分量分别为恒定流、非恒定流层流、紊流流线、迹线过流断面、流量、断面平均流速均匀流、非均匀流渐变流、急变流一维流动、二维流动、三维流动流场的基本概念恒定流、非恒定流恒定流：若流场中各空间点上的任何流动要素均不随时间变化，则称流动为恒定流，也称为定常流。非恒定流：若流场中各空间点上的其中任何一个流动要素随时间变化，则称流动为非恒定流，也称为非定常流。流体运动的描述◆层流当流体的流速很低时，流体的各个微团沿着平行的层流动，流体层与层之间相互没有任何干扰，层与层之间既没有质量的传递也没有动量的传递。◆湍流

8、当流体的流速较大后，流体的各个微团相互掺混，层与层之间相互干扰，而