工程流体力学课件倪玲英.pptx

工程流体力学课件倪玲英

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目录

壹

工程流体力学概述

贰

流体静力学基础

叁

流体动力学原理

肆

流体在管路中的流动

伍

流体机械与设备

陆

倪玲英课件特色

工程流体力学概述

章节副标题

壹

流体力学定义

流体分为液体和气体两大类，它们在流动和受力时表现出不同的物理特性。

流体的分类

流体静力学关注静止流体中的压力分布，是流体力学的一个重要分支，涉及浮力和压强等概念。

流体静力学

流体力学研究流体的运动规律，包括连续性方程、伯努利方程和纳维-斯托克斯方程等基本原理。

流体力学基本原理

01

02

03

工程应用领域

工程流体力学在航空航天领域中用于设计飞机和火箭的气动布局，确保飞行器的稳定性和效率。

航空航天

环境工程中利用流体力学原理处理污水、控制污染物扩散，以及评估空气和水体的流动特性。

环境工程

在土木工程中，流体力学用于分析水坝、桥梁等结构在水流作用下的稳定性问题。

土木工程

基本原理介绍

流体静力学研究流体在静止状态下的力学行为，如压力分布和浮力效应。

流体静力学原理

01

02

流体动力学关注流体运动时的规律，包括伯努利方程和连续性方程等基本定律。

流体动力学原理

03

粘性是流体内部摩擦的体现，研究粘性流动有助于理解流体在管道和边界层的行为。

粘性流动原理

流体静力学基础

章节副标题

贰

静止流体特性

在静止流体中，压力随深度增加而增大，遵循流体静力学基本方程。

流体静压力

静止流体中任意一点的压力在各个方向上都是相等的，这是流体静力平衡的体现。

流体静力平衡

静止流体在常温常压下可视为不可压缩，体积不随压力变化而改变。

流体不可压缩性

压力分布规律

帕斯卡定律指出，在封闭容器中，流体各点的压力相等，且与容器形状无关。

帕斯卡定律

01

流体静压力随深度增加而增大，遵循线性关系，与流体的密度和重力加速度有关。

流体静压力特性

02

流体静力学中，压力在流体中各方向均匀传递，不受流体流动状态的影响。

压力在不同介质中的传递

03

浮力与稳定性

根据阿基米德原理，浸入流体中的物体所受的浮力等于其排开流体的重量。

阿基米德原理

浮力的大小可以通过计算物体排开流体的体积与流体密度的乘积得到。

浮力的计算

物体在流体中的稳定性取决于其重心和浮心的位置关系，重心低于浮心时物体稳定。

稳定性分析

船舶设计中利用浮力原理确保船体在水中保持平衡，实现稳定航行。

浮力在船舶设计中的应用

流体动力学原理

章节副标题

叁

连续性方程

连续性方程基于质量守恒定律，表明在封闭系统中，流体质量的流入等于流出。

质量守恒原理

连续性方程通常表示为ρ1A1v1=ρ2A2v2，其中ρ是密度，A是横截面积，v是流速。

方程的数学表达

对于不可压缩流体，连续性方程简化为A1v1=A2v2，常用于水力学和管道流动分析。

不可压缩流体应用

在可压缩流体中，连续性方程需考虑密度变化，适用于气体动力学和空气动力学领域。

可压缩流体应用

伯努利方程

伯努利方程描述了在理想流体中，流速增加时压力降低的物理现象。

01

伯努利方程的定义

在工程实践中，伯努利方程用于计算管道、喷嘴中的流速和压力，如水力发电站的水轮机设计。

02

伯努利方程的应用

伯努利方程仅适用于不可压缩、无粘性流体的稳定流动，实际应用时需考虑流体的粘性和可压缩性。

03

伯努利方程的限制条件

动量方程应用

利用动量方程可以设计喷嘴的形状和尺寸，以达到预期的流速和压力分布。

喷嘴设计

动量方程在计算流体对固体表面的冲击力时非常关键，如水坝设计中的水流冲击力分析。

冲击力计算

在飞行器设计中，动量方程用于计算发动机喷射气体产生的推力，对飞行器性能至关重要。

飞行器推进

流体在管路中的流动

章节副标题

肆

管道流动特性

01

雷诺数是判断流体流动状态的关键无量纲数，决定了流体是层流还是湍流。

02

粘性是流体内部摩擦力的体现，影响流体在管道中的流动阻力和速度分布。

03

管道内壁的粗糙度会增加流体的摩擦损失，影响流动特性，尤其在湍流状态下更为显著。

雷诺数与流动状态

流体的粘性影响

管道粗糙度效应

摩擦损失计算

达西-韦斯巴赫公式

使用达西-韦斯巴赫公式计算摩擦损失，考虑流速、管径、流体性质等因素，是工程中常用方法。

01

02

摩擦因子的确定

摩擦因子的确定通常依赖于雷诺数和管壁的相对粗糙度，是计算摩擦损失的关键步骤。

03

管路系统中的局部损失

除了沿程损失，局部损失如弯头、阀门等也会引起额外的摩擦损失，需单独计算并计入总损失中。

管路系统设计

选择合适的管材

根据流体特性和工作压力选择管材，如钢管、塑料管或铜管，确保系统安全与效