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宗燕兵1第三章 流体动力学基础§3.1 流体流动描述、分类§3.2 流体流动连续性方程§3.3理想流体运动微分方程§3.4理想流体沿流线伯努例方程§3.5理想流体沿流线伯努例方程§3.6粘性流体运动微分方程第1页
宗燕兵2说明:对不可压缩和可压缩理想流体均适用。普通地,质量力是已知,式中共有未知数五个:以上三个方程式,若加上连续性方程及状态方程就组成问题完备方程组,再依据详细问题初始和边界条件,就从理论上提供了求解这五个未知数可能性。第2页
§3.4理想流体沿流线伯努利方程bc1aa2cbC总水头线静水头线意义:反应了在重力作用下理想不可压缩流体稳定流动中,沿同一流线上,单位重量流体含有位能、压能和动能相互转换和守恒关系。第3页
在科学史上,父子科学家、弟兄科学家并不鲜见,然而,伯努利家族3代人中产生了10多位数学家、科学家,出类拔萃最少有3位。第4页
宗燕兵5宗燕兵5对于欧拉方程,考虑以下特殊条件:1.理想流体;2.稳定流动;3.不可压缩流体;4.质量力只有重力;5.质点沿一条特定流线运动。两边乘以dx一、公式推导第5页
宗燕兵6沿流线移动,流线微分方程式类似,第6页
宗燕兵7三式相加,第7页
宗燕兵81和2——同一流线上两点理想流体沿流线伯努利方程第8页
1、写出理想流体沿流线伯努利方程2、写出理想流体在Y方向上欧拉方程3、试从欧拉方程推导伯努利方程(要求以微元体在Y方向上受力为例作详细推导)宗燕兵9第9页
宗燕兵10伯努利方程中各项物理意义和几何意义bc1aa2cbC总水头线静水头线z流体对于基准面位置高度;单位重量流体流经该点时相对于基准面位能。三项含有长度量纲,表示某种高度。单位重量流体三种不一样流量形式。流体因含有压强p而可在管中上升高度;单位重量流体流经该点时相对于基准面压能。流体以速度v反抗重力向上自由喷射所能到达高度;单位重量流体流经该点时所含有动能。第10页
宗燕兵11意义:反应了在重力作用下理想不可压缩流体稳定流动中,沿同一流线上,单位重量流体含有位能、压能和动能相互转换和守恒关系。第11页
宗燕兵12伯努利方程成立5条件:1.理想流体;2.稳定流动;3.不可压缩流体;4.质量力只有重力;5.质点沿一条特定流线运动。流速大位置压强小,流速小位置压强大。第12页
宗燕兵13第13页
宗燕兵14飞机升空原理第14页
宗燕兵15例题:如图所表示为一虹吸管,水从一个大容器经虹吸管流入大气中,若出口截面上流速均匀分布,试求出口处流速及A点处流体压强。设液面高度保持不变。解:(1)选定虹吸管出口处为基准面,沿流线1、2点列出伯努利方程:因为液面高度保持不变,故v1相对于v2来说能够忽略不计,即第15页
宗燕兵16(2)为了确定A点压强,沿流线1点和A点列出伯努利方程:第16页
宗燕兵17(小于大气压)第17页
宗燕兵18二、伯努利方程应用——毕托管用途:测量流场内某点流速仪器。依据:沿流线伯努利方程。原型:直角管两端开口,一端面向来流,另一端向上,管内液面高出水面H。A端形成一驻点(速度为0),驻点处压力称为总压力。B点在A点上游,与A点位于同一水平流线,不受侧管影响。BAHH0第18页
宗燕兵19应用伯努利方程于A、B两点:BAHH0第19页
宗燕兵20H第20页
宗燕兵21例题:一毕托管安装在某烟道内,与毕托管连接酒精压差计读数为h=5mm,酒精相对密度为d=0.8,若烟气温度400℃时其重度为γg=5.13N/m3,求测点处烟气流速。第21页
宗燕兵223.5粘性流体运动微分方程(实际流体运动微分方程;N-S方程)基于牛顿第二定律推导了理想流体运动微分方程——欧拉方程理想流体伯努利方程粘性流体伯努利方程X、Y、Z:单位质量流体所受质量力在坐标轴方向上三个分量。应用广泛.但不能处理诸如二维流动、三维流动问题。故还需要用粘性流体运动微分方程。第22页
宗燕兵23增加一个粘性项实际流体流动下面来求三个坐标轴上粘性力投影。理想流体运动微分方程——欧拉方程第23页
宗燕兵24A:流体层接触面面积,m2。牛顿内摩擦定律(又称牛顿粘性定律):流体流动时流体内摩擦力(又称粘性力)沿x轴方向粘性力由在在三个方向上速度梯度产生。BACyx第24页
宗燕兵25AC面上粘性应力:EG面上粘性应力:所以,在AC和EG两个面上产生粘性应力之和为x轴方向上粘性力(由产生):粘性力为:相正确两表面上产生粘性应力方向相反,第25页
宗燕兵26同理,在BE和CH二面上产生粘性应力之和为粘性力为:在DE和CF两个面上产生粘性力在x轴上之和为在AC和
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