第三章--一元流体动力学基础ppt课件.ppt

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1、第三章一元流体动力学基础前进本章主要介绍与液体运动有关的基本概念及液体运动所遵循的普遍规律并建立相应的方程式。主要内容：描述液体运动的两种方法欧拉法的若干基本概念恒定一元流的连续性方程式实际液体恒定总流的能量方程式能量方程式的应用举例实际液体恒定总流的动量方程式恒定总流动量方程式的应用举例结束描述液体运动的两种方法1.拉格朗日法——以研究单个液体质点的运动过程作为基础，综合所有质点的运动，构成整个液体的运动。图示2.欧拉法——以考察不同液体质点通过固定的空间点的运动情况作为基础，综合所有空间点上的运动情况，构成整个液体的运动。图示又称为质点系法(轨迹法）。又称为流场法。返回

2、用于研究流体的波动和震荡等在研究工程流体力学时主要采用欧拉法欧拉法的若干基本概念恒定流动和非恒定流动迹线与流线均匀流与非均匀流流管、微小流束、总流和过水断面流量和断面平均流速水流的分类返回一、恒定流(steadyflow)和非恒定流(unsteadyflow)1．恒定流在流场中，流体质点的一切运动要素都不随时间改变而只是坐标的函数，这种流动为恒定流表示为，流体运动与时间无关。即p=p(x,y,z)u=u(x,y,z)观看录像>>如：离心式水泵，如果其转速一定，则吸水管中流体的运动就是恒定流；恒位水箱出水口的稳定泄流也是恒定流。恒定流动的流场中任何点的流动参量不随时间改变，但

3、不同点的流动参量可以不同。如：水箱中的水位随着水的泄出而不断下降的孔口出流就是非恒定流闸门突然关闭时出现的水击现象是非恒定流2．非恒定流运动要素是时间和坐标的函数，即p=p(x,y,z,t)u=u(x,y,z,t)迹线与流线迹线——是指某液体质点在运动过程中，不同时刻所流经的空间点所连成的线。迹线微分方程：对任一质点——迹线微分方程迹线与流线流线——是指某一瞬时，在流场中绘出的一条光滑曲线，其上所有各点的速度向量都与该曲线相切。流线能反映瞬时的流动方向流线图恒定流与非恒定流的流线和迹线流线性质流线微分方程：——流线微分方程流线图返回二者区别：流线是某一瞬时处在流线上的无数流

4、体质点的运动情况；而迹线则是一个质点在一段时间内运动的轨迹。恒定流中，流线形状不随时间改变，流线与迹线重合。在非恒定流中，流线的形状随时间而改变，流线与迹线不重合。流线的性质：1.一般情况下，流线与流线不能相交；2.对非恒定流，流线随时间而改变；3.在指定时刻，过流场内任一点均有一条流线，大量流线组成了流线簇；返回例：已知速度ux=x+t，uy=－y+t求：在t=0时过（－1，－1）点的流线和迹线方程。解：（1）流线：积分：t=0时，x=－1，y=－1c=0——流线方程（双曲线）（2）迹线：由t=0时，x=－1，y=－1　得c1=c2=0——迹线方程（直线）（3）若恒定流

5、：ux=x，uy=－y流线迹线注意：恒定流中流线与迹线重合均匀流与非均匀流按质点运动要素是否随流程变化分为:均匀流——流线是平行直线的流动，特征：均匀流中各过水断面上的流速分布图沿程不变，过水断面是平面，沿程各过水断面的形状和大小都保持一样。例：等直径直管中的液流或者断面形状和水深不变的长直渠道中的水流都是均匀流。非均匀流——流线不是平行直线的流动。特征：非均匀流中流场中相应点的流速大小或方向或同时二者沿程改变，即沿流程方向速度分布不均。（非均匀流又可分为急变流和渐变流）例：流体在收缩管、扩散管或弯管中的流动渐变流与急变流非均匀流中如流动变化缓慢，流线的曲率很小接近平行，过

6、流断面上的压力基本上是静压分布者为渐变流(graduallyvariedflow)，否则为急变流。渐变流——沿程逐渐改变的流动。特征：流线之间的夹角很小即流线几乎是平行的，同时流线的曲率半径又很大（即流线几乎是直线），其极限是均匀流，过水断面可看作是平面。渐变流的加速度很小，惯性力也很小，可以忽略不计。特征：流线间夹角很大或曲率半径较小或二者兼而有之，流线是曲线，过水断面不是一个平面。急变流的加速度较大，因而惯性力不可忽略。急变流——沿程急剧改变的流动。均匀流与非均匀流划分在流管中的划分均匀流、非均匀流划分均匀流均匀流非均匀流均匀流非均匀流均匀流非均匀流非均匀流渐变流急变流

7、急变流急变流返回流管、微小流束、总流和过水断面流管——由流线构成的一个封闭的管状曲面dA微小流束——充满以流管为边界的一束液流总流——在一定边界内具有一定大小尺寸的实际流动的水流，它是由无数多个微小流束组成过水断面——与微小流束或总流的流线成正交的横断面过水断面的形状可以是平面也可以是曲面。返回流量和断面平均流速流量——单位时间内通过某一过水断面的液体体积，常用单位m3/s，以符号Q表示。udA图示断面平均流速——是一个想像的流速，如果过水断面上各点的流速都相等并等于V，此时所通过的流量与实际上流速为不均匀分布时所