第一部分动量传输(第二章流体动力学).docVIP

第一章 流体动力学(6学时) ???要求重点掌握内容：连续性方程、欧拉方程、纳维尔——斯托克斯方程、理想流体和实际流体的伯努利方程及应用、稳定流的动量方程及应用。 ???要求一般掌握内容：流体运动的描述 ???难点：理想流体和实际流体的伯努利方程及应用 流体动力学（包括运动学）是研究流体在外力作用下的运动规律，内容包括流体运动的方式和速度、加速度、位移、转角等随空间与时间的变化，以及研究引起运动的原因和决定作用力、力矩、动量和能量方法。 流体动力学的基础是三个基本的物理定律 定律 方程式 物质不灭定律（质量守恒定律） 牛顿第二运动定律（F=ma） 热力学第一定律（能量守恒定律） 连续性方程 能量方程（纳维尔-斯托克方程、欧拉方程） 能量方程（伯努利方程） 流体运动的描述 2.1.1研究流体运动的两种方法： 2.1.1．1?? 连续介质、质点、微团、控制体 ⒈? 连续介质及质点 连续介质：将流体视为整体，内部不存在空隙的介质，由流体密度的定义加以说明。 流体看成是由质点在空间连续排列而无空隙。 质点：定义流体密度的最小体积单元，均性特征。 ⒉? 流体微团及控制体 流体微团 ( 元体、微元体 ) ：由质点组成、比质点稍大的流体单元，均性特征。 微团：建立微分方程，微分解法。 控制体：流场中某一确定的空间区域 由微团组成，非均性特征 控制体建立积分方程，积分解法或近似积分解法。 2.1.1．2?? 流体运动的研究方法 1．流场：充满运动流体的空间； “运动参数”：用以表示流体运动的一切物理量（如速度、加速度、密度、重度、压力和粘性力等） 动力学：研究流体质点在流场所占有的空间的一切点上，运动参数随着时间和空间位置的分布和连续变化的规律。 ⒉ 流场的研究方法 拉格朗日法、欧拉法 1)? 拉格朗日法 ????????????? 基本原理：是力学中质点运动描述方法在流体力学中的推广。它研究流场中个别流体质点在不同的时间其位置、流速、压力的变化。 即把流体细分为大量的流体质点，着眼于流体质点运动的描述，设法描述出每个质点自始至终的运动状态。所有质点的运动规律知道后，整个流场的运动规律就清楚了。 特点：分析流体各个质点的运动，来研究整个流体的运动。 假定：在t0时，某一点（a，b，c）——点的名称，不同的质点，位置不同（即坐标不同），点的名称也不同；在t1时，这一质点到另一个位置上x，y，z。 所以： x=x（a，b，c，t） y=y（a，b，c，t） z=z（a，b，c，t） 这一质点的速度在三个坐标轴的分量： （a，b，c）随时间变化吗？ 不，因为它是质点的名称。所以位置X，Y，Z仅是时间t的函数 这一质点的加速度在三个坐标轴的分量： 拉格朗日法是描述各个质点在不同时刻的参量变化，它是追踪个别质点描述，用于表达有限个数目质点的运动是方便的。 但在流体运动过程中，质点的位置变化很大，质点量多，因而在一般情况下，要追随每一个质点的运动就很困难，而实际，在应用中，只要表达每一时刻流场中每一个空间点上流体质点的运动特征参数（不必知道它的过去和未来），就能了解流体的运动，因此，一般不用“拉法”。 2).欧拉法 它是研究流场特征的最广泛应用的方法。它不是着眼于流场中某个质点的运动行为，而是整个流场的运动状态。即：研究整个流场内不同空间位置上，各个流体质点的运动参量随时间的变化。 不同空间位置有 （x，y，z）；运动参量有 V、P、T、ρ；时间t；对某个空间位置来说，不同时间可能为不同质点所占据，以欧拉法所表示的流场： 同一瞬间，各个不同位置上流体质点的参量特征（即整个流场的特征）。 V=Fv（x，y，z，t） 整个流场中的速度分布——速度场； P=Fp（x，y，z，t） 整个流场中的压力分布——压力场； ρ=Fρ（x，y，z，t） 整个流场中的密度分布——密度场； T=Ft（x，y，z，t） 整个流场中的温度分布——温度场； C=Fc（x，y，z，t） 整个流场中的浓度分布——浓度场。 由于连续介质概念成立，所以描述流场内流体质点运动参量（V、P、ρ、T、C），对空间坐标（x，y，z）和时间（t）的函数也是连续函数。 可以写成：X=f（x，y，z，t） 与t无关时，称稳定场（或定常场）； 与t有关时，称不稳定场（或不定常场）； 与（x，y，z）无关，均值场； 与（x，y，z）有关，非均值场。 在流体力学中，一般用欧拉法描述流体运动。流体运动可表示为速度场，在直角坐标系中，x,y,z三个坐标轴方向的速度分量为： 流体质点的加速度为： ：哈密顿算子 式中： 称时变加速度（当地加速度）——由速度场随时间而