流体力学与流体机械(三).ppt

流体力学与流体机械(三) 多媒体教学课件 李文科 制作 第三章 流体动力学基础 第一节 流体流动的起因 第二节 流场的特征及分类 第三节 迹线与流线 第四节 流管、流束、流量和平均流速 第五节 流体的连续性方程 第六节 理想流体的运动微分方程 第三章 流体动力学基础 第七节 理想流体沿流线的伯努利方程及其应用 第八节 沿流线非稳定流动的伯努利方程 第九节 沿流线主法线方向速度和压力的变化 第十节 动量方程和动量矩方程 第一节 流体流动的起因 内 容 提 要 1、浮力造成的自然流动 2、压差造成的强制流动 第一节 流体流动的起因 由不同的起因所造成的流体的流动过程具有不同的流动特征。造成流体流动的原因可分为两大方面： 一是由浮力造成的，二是由外力或压差造成的。 根据流体流动的起因不同，可将流体的流动分为自然流动和强制流动。 1.自然流动：在流体流动的体系内，因各部分流体的温度不同所导致的密度不同，而产生的浮力作用所造成的流动，称自然流动。在某流体中，当流体的某一部分受热时，则会因温度的升高而使其密度减小，此时，将在周围温度较低、密度较大的流体所产生的浮力作用下产生上浮的流动；反之，则产生下降的流动。 第一节 流体流动的起因 流体的自然流动一般都是和热量的传递过程同时存在的，流体流动的特征则直接和换热过程有关，流场的特征与换热的温度场相互制约而并存。因此，自然流动中的动量交换过程一般来说是较为复杂的。 2.强制流动：在流体流动的体系内,流体在外力或压差的作用下所产生的流动称为强制流动。如在泵或风机所提供的压力以及在喷射器所提供的喷射力作用下的流体的流动都属于强制流动。 对于流体流动的分类，除按流体流动的起因分类外，还有其它一些分类方法，如前已提到过的不可压缩流体的流动和可压缩流体的流动；理想流体的流动和粘性流体的流动；以及 第一节 流体流动的起因 以后我们将要学到的稳定流动和非稳定流动；层流流动和紊流流动；有旋流动和无旋流动；亚音速流动和超音速流动等。 第二节 流场的特征及分类 内 容 提 要 一、 流场的概念 二、 研究流体运动的方法 三、 稳定流场和非稳定流场 四、 一维流场、二维流场和三维流场 五、 控制体的概念 第二节 流场的特征及分类 一、流场的概念 流体是由无限多的连续分布的流体质点所组成，流体的运动一般都是在固体壁面所限制的空间内外进行的。例如，室内空气的流动、室外大气的绕流、管道中水、蒸气或煤气的流动等，都是在建筑物的墙壁、管道的管壁等固体壁面所限制的空间内外进行的。因此，流体在流动过程中将连续地占据这些空间。我们把流体流动所占据的全部空间称为流场。流体力学的主要任务就是研究流场中流体的运动规律。  二、研究流体运动的方法 流体力学中，研究流体运动的方法有两种：拉格朗日法和欧拉法。 第二节 流场的特征及分类 1. 拉格朗日法 拉格朗日法是将整个流体的运动看作是各个单一流体质点运动的总和。他首先着眼于描述单个质点在运动时的位置、速度、压力及其它流动参量随时间的变化规律，然后把全部质点的运动情况综合起来，得到整个流体的运动。拉格朗日法实质上是利用质点系动力学来研究连续介质的运动。 既然拉格朗日法首先描述单个质点沿其轨迹的运动，而流体又是由无数质点组成的，这就需要设法标明所描述的是哪个质点的运动。为此，选取在某一初始时刻τ0各个质点的位置坐标a、b、c来作为它们的标记。不同的质点在τ0时必然占有各自不同的位置，因此，把a、b、c作为变数就能代表所有的 第二节 流场的特征及分类 流体质点。同时，每个流体质点在运动过程中的空间位置都是随时间τ在不断变化。所以，在直角坐标系中流体质点的轨迹方程可表示为 (3-1) 式中a，b，c和τ称为拉格朗日变数。 第二节 流场的特征及分类 将式(3-1)对时间求导，可得到某个流体质点的速度为 (3-2) 第二节 流场的特征及分类 同理可得到某个流体质点的加速度为 (3-3) 流体质点的其它流动参量可以类似地表示为a、b、c和τ的函数。如 第二节 流场的特征及分类 2. 欧拉法 欧拉法是以