流体力学-(6)演示教学.ppt

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1、流体力学-(6)两种流体交界面应满足的边界条件为：初始条件对定常流动，无初始条件；对于非定常流动应知道初始时刻的速度和压强分布。B3.5边界条件与初始条件B3.6压强场压强在流体运动、流体与固体相互作用中扮演重要角色，如机翼升力、高尔夫球及汽车的尾流阻力都与压强有关，龙卷风产生强大的负压强作用，液压泵和压缩机推动流体做功是正压强作用的结果。B3.6.1静止重力流体中的压强分布均质流体压强一般表达式静止流体中无惯性力和粘性力，体积力为重力，由N-S方程可得前两式表明p与xy无关，对均质流体（=常数），由第三式

2、积分可得：上式表明静止流体中的压强沿垂直坐标为线性分布，常数c由边界条件决定。公式常用来表示具有自由液面的液体内的压强分布。均质液体压强公式静止液体中的压强分布示意图B3.6.1静止重力流体中的压强分布设自由液面的坐标为z0，压强为p0，可得：在工程上通常用自由液面下的深度（称为淹深）h=z0-z,表示一点的垂直位置(右图)，则上式可改写为上式称为匀质静止液体中的压强公式，它表明①在垂直方向，压强与淹深成线性关系；②在水平方向（h=常数），压强为常数，水平面是等压强面，简称等压面。B3.6.2压强计示方式与单

3、位压强计示方式压强公式可作为压强计算的基础，其中为基准压强。两个基准：绝对真空（）和当地大气压（）三种计示方式：绝对压强（）：相对于绝对真空计量之值（），标注为（ab）表压强（）：相对于当地大气压计量之值（当低于时为负），标注为（g）真空度（）：当表压强为负时，取其绝对值（），标注为（v）约定：除特别说明外，压强均以表压强计算。压强单位B3.6.2压强计示方式与单位国际单位制（SI）：帕斯卡（Pa），1Pa=1N/m2,1kPa=103N/m2, 1MPa=106N/m2物理单位制（cgs）：毫米汞柱（mmH

4、g）单位制B3.6.3运动流体中的压强分布运动流体中，影响压强分布的因素除体积力外，还有惯性力和粘性力等。例一：圆柱绕流–惯性力和粘性力的影响设流体对圆柱作定常平面绕流，圆柱表面的压强分布在无粘性流体和粘性流体中有不同的概念，设压强系数为式中p为圆柱面上压强，p0，v0为无穷远处压强和速度。图b为粘性流体绕流时（Re=105），由于边界层分离在圆柱后部形成尾流区（见动画），前后压强分布不对称，作用在圆柱上的压强合力不为零，形成压差阻力。图a为无粘性流体绕流的压强系数分布图，为前后对称分布；B、D点是最大正压强

5、点（驻点），C、E点是最大负压强点，作用在圆柱上的压强合力为零（达朗贝尔佯谬）。B3.6.3运动流体中的压强分布机翼上下表面压强分布示意图，下表面以正压强为主，上表面以负压强为主，压强合力形成升力。NACA标准翼型（2412）在攻角分别为7.4度和2.8度时的压强系数分布图，可见主要以上表面负压强为主。例二：机翼绕流B3.6.3运动流体中的压强分布在风洞里沿轿车中剖面测量的压强系数分布图，可见除迎风面为正压强外，其他部位大多是负压强。例三：汽车绕流B3.6.3运动流体中的压强分布B4.1流体系统的随体导数B4

6、.2积分形式的连续性方程B4.3伯努利方程及其应用B4.4积分形式的动量方程及其应用B4.5积分形式的动量矩方程B4.6积分形式的能量方程B4积分形式的基本方程B4积分形式的基本方程积分形式的流体力学基本方程描述空间有限体积域上的流体运动规律，主要涉及流体质量、动量、动量矩和能量等物理量在有限体积域上的积分值（广延量）随时间和位置的变化规律，它在工程上有广泛应用。主要内容：流体系统的随体导数；积分形式的连续性方程、动量方程、动量矩方程和能量方程及其应用，伯努利方程及其应用等。重点：（1）有限控制体分析，输运公

7、式；      （2）有多个一维出入口的控制体上的连续性方程；      （3）伯努利方程；      （4）有多个一维出入口的控制体上的定常动量方程等。类似于流体质点的随体导数（质点导数）概念，用控制体上的欧拉坐标表示流体系统的随体导数，关系式为：B4.1流体系统的随体导数表示系统与控制体重合时系统广延量对时间的随体导数，又称系统导数；表示控制体广延量随时间的变化率，又称当地变化率，反映流场的不定常性（定常时为零）；表示通过控制面净流出控制体的广延量流量，又称为迁移变化率，反映流场的不均匀性（均

8、匀时为零）。定常流场输运公式上式表明在定常流场中，当系统与控制体重合时，系统广延量的变化只取决于控制面上的流动，与控制体内的流动无关（见下图）。B4.1流体系统的随体导数B4.2积分形式的连续性方程上式称为积分形式的连续性方程，适用于任何流体的定常和不定常流动。设，系统质量为根据质量守恒定律：由输运公式可得：上式表明：通过控制面净流出的质流量等于控制体内流体质量随时间的减少率。B4.2.1固定控制体