流体力学 Chapter13
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流体力学-笔记参考书籍：《全美经典-流体动力学》《流体力学》张兆顺、崔桂香《流体力学》吴望一《一维不定常流》《流体力学》课件清华大学王亮主讲目录：第一章绪论第二章流体静力学第三章流体运动的数学模型第四章量纲分析和相似性第五章粘性流体和边界层流动第六章不可压缩势流第七章一维可压缩流动第八章二维可压缩流动气体动力学第九章不可压缩湍流流动第十章高超声速边界层流动第十一章磁流体动力学第十二章非牛顿流体第十三章波动和稳定性第一章绪论1、牛顿流体：剪应力和速度梯度之间的关系式称为牛顿关系式，遵守牛顿关系式的流体是牛顿流体。
2、理想流体：无粘流体，流体切应力为零，并且没有湍流？。
此时，流体内部没有内摩擦，也就没有内耗散和损失。
层流：纯粘性流体，流体分层，流速比较小；湍流：随着流速增加，流线摆动，称过渡流，流速再增加，出现漩涡，混合。
因为流速增加导致层流出现不稳定性。
定常流：在空间的任何点，流动中的速度分量和热力学参量都不随时间改变，3、欧拉描述：空间点的坐标；拉格朗日：质点的坐标；4、流体的粘性引起剪切力，进而导致耗散。
5、无黏流体—无摩擦—流动不分离—无尾迹。
流体力学- 16、流体的特性：连续性、易流动性、压缩性D不可压缩流体：0Dtconst是针对流体中的同一质点在不同时刻保持不变，即不可压缩流体的密度在任何时刻都保持不变。
是一个过程方程。
7、流体的几种线流线：是速度场的向量线，是指在欧拉速度场的描述；同一时刻、不同质点连接起来的速度场向量线；dr U x,t dr U 0迹线：流体质点的运动轨迹，是流体质点运动的几何描述；同一质点在不同时刻的位移曲线；涡线：涡量场的向量线，U , dr x,t dr 0涡线的切线和当地的涡量或准刚体角速度重合，所以，涡线是流体微团准刚体转动方向的连线，形象的说：涡线像一根柔性轴把微团穿在一起。
第二章流体静力学1、压强：p limA 0 F dF A dA静止流场中一点的应力状态只有压力。
流体力学章节划分
绪论（0）第一章：流体的基本性质（4）§1 流体力学的基本概念§2 流体的连续介质假设§3 状态方程（热力学特性）§4 作用在流体上的力第二章：流体静力学（4）§1流体静压力及其特性§2 流体平衡方程§3 流体静力学基本公式及其应用§4 静止流体作用在平面上的总压力§5 静止流体作用在曲面上的总压力§6 物体在液体中的潜浮原理第三章：流体运动学（6）§1描述流动的两种方法（2）§2流动的分类§3流体运动学的基本概念（2）§4流体微团运动分析（2）第四章：流体力学基本方程组（8）§1输运定理§2质量守恒方程§3动量定理§4能量守恒方程§5初边界条件第五章：理想流体力学（6）§1 欧拉方程§2伯努利方程§3伯努利方程基本应用第六章：粘性流体力学基础(工流)（8）§1 管路中流动阻力的成因及分类§2 两种流动状态及判别标准§3 粘性流体的运动方程§4 圆管中的层流流动§5 紊流的理论分析§6 圆管紊流的沿程水头损失§7 局部水头损失第七章：压力管路孔口和管嘴出流（4）§1 简单长管的水力计算§2 复杂管路的水力计算§3 短管的水力计算§4 水击现象第八章：非牛顿流体力学（4）第九章：气体动力学基础（6）第十章：实验流体力学基础（4）。
流体力学完整版课件全套ppt教程
阻力系数 0.4 阻力系数 0.2 阻力系数 0.137
前言
火车站台安全线
本章小结
【学习目标】 1. 理解流体力学的学科定义； 2. 了解流体力学的发展简史； 3. 熟悉流体力学的研究方法 。
工程流体力学
中国矿业大学电力学院
§1.1 流体的定义 §1.2 连续介质假说 §1.3 流体的物理性质
流体在受到外部剪切力作用时会发生变形，其内部相应会 产生对变形的抵抗，并以内摩擦力的形式表现出来。
➢ 粘性的定义
流体的粘性就是阻止发生剪切变形的一种特性，内摩擦力则 是粘性的动力表现。
§1.3 流体的物理性质
➢ 牛顿的平板实验
实验装置：2块平板，平板间充满流体。
实验过程：用力拉动液面上的平板，直 到平板匀速前进。
前言
曹冲（公元196-208年）称象
孙权 曾 致 巨 象 ， 太祖欲知其斤重， 访之群下，咸莫能 出其理。冲曰： “置象大船之上， 而刻其水痕所至， 称物以载之，则校 可知矣。”太祖悦， 即施行焉。
前言
都江堰（公元前256年，李冰父子修都江堰）
战国时期，秦国蜀郡太 守李冰和他的儿子，修建 了著名的都江堰水利工程。 都江堰的整体规划是将岷 江水流分成两条，其中一 条引入成都平原，这样既 可以分洪减灾，又可以引 水灌田、变害为利。
前言
二、流体力学的研究方法
2. 实验室模拟
➢ 作用：实验模拟能显示运动特点及其主要趋势，实验结果可 检验理论的正确性。
➢ 优点：能直接解决生产中的复杂问题，能发现流动中的新现 象和新原理，它的结果可以作为检验其他方法是否正确的依 据。
➢ 缺点：对不同情况，需作不同的实验，所得结果的普适性较 差。
前言
流体力学基础讲解PPT课件
05
流体流动的湍流与噪声
湍流的定义与特性
湍流定义
湍流是一种高度复杂的三维非稳态、带旋转的不规则流动。 在湍流中，流体的各种物理参数，如速度、压力、温度等都 随时间与空间发生随机的变化。
湍流特性
湍流具有随机性、不规则性、非线性和非稳定性等特性。在 湍流中，流体的速度、方向和压力等都随时间和空间发生变 化，形成复杂的涡旋结构。
环境流体流动与环境保护
要点一
环境流体流动
环境中的流体流动对环境保护具有重要影响。例如，大气 中的气流会影响污染物的扩散和迁移，水流会影响水体中 的污染物迁移和沉积等。
要点二
环境保护
通过对环境中的流体流动进行研究和模拟，可以更好地了 解污染物扩散和迁移规律，为环境保护提供科学依据。同 时，通过合理规划和设计流体流动系统，可以有效降低污 染物对环境的影响，保护生态环境。
04
流体流动的能量转换
能量的定义与分类
总结词
能量是物体做功的能力，可以分为机械能、热能、电能等。在流体力学中，主要关注的是机械能中的 动能和势能。
详细描述
能量是物体做功的能力，它有多种表现形式，如机械能、热能、电能等。在流体力学中，我们主要关 注的是机械能，它包括动能和势能两种形式。动能是流体运动所具有的能量，与流体的速度和质量有 关；势能则是由于流体所处位置而具有的能量。
流体流动噪声
流体流动过程中产生的噪声主要包括 机械噪声和流体动力噪声。机械噪声 主要由机械振动和摩擦引起，而流体 动力噪声主要由湍流和流体动力振动 引起。
噪声控制
为了减小流体流动产生的噪声，研究 者们提出了各种噪声控制方法，如改 变管道结构、添加消音器和改变流体 动力特性等。这些方法可以有效降低 流体流动产生的噪声。
流体力学电子课件第13讲
C0 C d 1 E
Q Q Q 0 . 828 Q Q 1 . 828 Q 1 2 2 2 2 3 3 Q 0 . 55 10 m /s 2 3 3 Q 0 . 828 Q 0 . 45 10 m /s 1 2
第六节 管网计算基础
枝状管网：管线于某一点分开后不再汇合到一起，一般这种管网都比较 短、建造费用较低。 枝状管网的缺点：当某处发生问题要切断管路时，下游的用户要受 到影响。 环状管网：管线在一共同节点处汇合形成一闭合状管路。
第六节 管网计算基础
如果已有泵或风机：即已知作用水头H，同时如果还已知流量及 末端水头hc，布置管路后，可知管长，求管径。 H hc 一般首先按H－hc求出单位长度上允许损失的水头J J
l l
其中l′为局部阻力的当量长度。即把局部损失折合成沿程损失的当量长度。
l v2 v2 d l d 2g 2g l l l v2 h l d 2g
h SQ h Q S
2
hlab hl1 hl 2 hl 3 S S1 S2 S3 1 1 1 1 S S1 S2 S3
即并联管路节点上的总流量为各分支管中流量的总 和，并联各支管上的阻力损失相等，总的阻抗平方 根倒数等于各支管阻抗平方根倒数之和。
1 S1 1 S2
Q1 Q2
2 i 2 i i 2 i i i i i
保证为正值，这样可以利用 Σhi 是大于 0 还是小于 0 来调整流量，负号就可以满足 hf>0，顺时针流 量要减小。 5 、上面还是只讲了一个环的计算情况，如果环状管网有几个环，那么环与环之间 必有共用的管线，这时调整一个环后再调另一个环，对于环的公共管线则根据ΔQ的 正负来 综合考虑调整，就这样反复几次就差不多了。
流体力学课件
探讨减小阻力、提高升力和控制流动分离的方法和技术，如主动流 动控制、被动流动控制等。
04
管流与明渠流
Chapter
管流特性及分类
管流定义
流体在管道中的流动，受管道壁限制，具有特定流速和流向。
分类
根据流速和流体性质可分为层流和湍流；根据管道形状可分为圆 管流和非圆管流。
管流特性
流速分布不均，压力损失大，易产生涡旋和二次流等。
03
流体动力学
Chapter
理想流体动力学基础
理想流体模型
无粘性、不可压缩的流体模型，忽略粘性和热传 导等效应。
伯努利方程
描述理想流体在重力场中的势能、动能和压力能 之间的关系。
动量定理
分析流体运动时的动量变化和受力情况，推导流 体动力学基本方程。
粘性流体动力学基础
粘性流体模型
01
考虑流体的粘性和内摩擦效应，更符合实际流体。
明渠流特性及分类
明渠流定义
01
流体在开放渠道中的流动，无管道壁限制，自由Βιβλιοθήκη 面受重力作用。分类
02 根据流体性质和流动形态可分为缓流、急流、临界流
和过渡流等。
明渠流特性
03
自由表面波动大，流速分布不均，易受边界条件影响
，产生水面跃动和波动等现象。
管流与明渠流计算方法
管流计算方法
包括解析法、数值法和实验法等。其中，解析法适 用于简单管道流动；数值法适用于复杂管道流动； 实验法通过实测数据进行验证和修正。
流线法、矢量法和张量法等 。
计算流体力学软件
Fluent、CFX和Star-CCM+ 等。
06
多相流及其应用
Chapter
《流体力学》课件
流体力学是在人类同自然界作斗争和在生产实践中逐步发展起来的。
古时中国有大禹治水疏通江河的传说；秦朝李冰父子带领劳动人民修建的都江堰，至今还在发挥着作用；大约与此同时，古罗马人建成了大规模的供水管道系统等等。
流体力学的萌芽：距今约2200年前，希腊学者阿基米德写的“论浮体”一文，他对静止时的液体力学性质作了第一次科学总结。
建立了包括物理浮力定律和浮体稳定性在内的液体平衡理论，奠定了流体静力学的基础。
此后千余年间，流体力学没有重大发展。
15世纪，意大利达·芬奇的著作才谈到水波、管流、水力机械、鸟的飞翔原理等问题；17世纪，帕斯卡阐明了静止流体中压力的概念。
但流体力学尤其是流体动力学作为一门严密的科学，却是随着经典力学建立了速度、加速度，力、流场等概念，以及质量、动量、能量三个守恒定律的奠定之后才逐步形成的。
流体力学的主要发展：17世纪，力学奠基人牛顿（英）在名著《自然哲学的数学原理》（1687年）中讨论了在流体中运动的物体所受到的阻力，得到阻力与流体密度、物体迎流截面积以及运动速度的平方成正比的关系。
他针对粘性流体运动时的内摩擦力也提出了牛顿粘性定律。
使流体力学开始成为力学中的一个独立分支。
但是，牛顿还没有建立起流体动力学的理论基础，他提出的许多力学模型和结论同实际情形还有较大的差别。
之后，皮托（法）发明了测量流速的皮托管；达朗贝尔（法）对运动中船只的阻力进行了许多实验工作，证实了阻力同物体运动速度之间的平方关系；瑞士的欧拉采用了连续介质的概念，把静力学中压力的概念推广到运动流体中，建立了欧拉方程，正确地用微分方程组描述了无粘流体的运动；伯努利（瑞士）从经典力学的能量守恒出发，研究供水管道中水的流动，精心地安排了实验并加以分析，得到了流体定常运动下的流速、压力、管道高程之间的关系——伯努利方程。
欧拉方程和伯努利方程的建立，是流体动力学作为一个分支学科建立的标志，从此开始了用微分方程和实验测量进行流体运动定量研究的阶段。
流体力学课件 ppt
流体阻力计算
利用流体动力学方程，可以计算 流体在管道中流动时的阻力，为 管道设计提供依据。
管道优化设计
通过分析流体动力学方程，可以 对管道设计进行优化，提高流体 输送效率，减少能量损失。
流体动力学方程在流体机械中的应用
泵和压缩机性能分析
流体动力学方程用于分析泵和压缩机的性能 ，预测其流量、扬程、功率等参数，为机械 设计和优化提供依据。
适用于不可压缩的流体。
方程意义
描述了流体压强与密度、重力加速度和深度之间的 关系。
Part
03
流体动力学基础
流体运动的基本概念
01
02
03
流体
流体是气体和液体的总称 ，具有流动性和不可压缩 性。
流场
流场是指流体在其中运动 的区域，可以用空间坐标 和时间描述。
流线
流线是表示流体运动方向 的曲线，在同一时间内， 流线上各点的速度矢量相 等。
能量损失的形式
流体流动的能量损失可以分为沿程损失和局部损失两种形式。沿程损失是指流体在流动过程中克服摩擦阻力而损 失的能量，局部损失是指流体在通过管道或槽道的局部障碍物时损失的能量。
Part
05
流体动力学方程的应用
流体动力学方程在管道流动中的应用
稳态流动和非稳态
流动
流体动力学方程在管道流动中可 用于描述稳态流动和非稳态流动 ，包括流速、压力、密度等参数 的变化规律。
变化的流动。
流体动力学基本方程
1 2
质量守恒方程
表示流体质量随时间变化的规律，即质量守恒原 理。
动量守恒方程
表示流体动量随时间变化的规律，即牛顿第二定 律。
3
能量守恒方程
表示流体能量随时间变化的规律，即热力学第一 定律。
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Dipole (Doublet)
The End
This is known as Euler Equation,
Boundary conditions
On solid boundaries
2. Potential Flow ●Kelvin’s Theorem
For an inviscid fluid in which the density is constant, or the pressure depends on the density only, any body forces are conservative , the vorticity of each fluid particle will be preserved.
Kelvin’s Theorem:
If the flow of inviscid fluid originates in an irrotational flow, then this flow will remain irrotational.
Velocity potential :
This expression is substituted into the continuity equation
We have
●The
governing equation for the velocity potential is Laplaation
●
For an inviscid fluid in which any body forces are conservative, and either the flow is steady, or it is irrotational, the equation of dynamics may be integrated to yield a single scalar equation, it is known as Bernoulli equation.
Stream Function ψ The continuity equation
Now introduce a function ψ that is defined as follows:
The function ψis called as the stream function. It is valid for all two-dimensional flows, both rotational and irrotational.
in whole flowfield
The physical meaning of Bernoulli Integral or Equation : The energy is conservative.
Irrotational flow:
4, Two-dimensional Potantial Flows
Euler equation
The Euler equation become
Steady flow:
Along each streamline
Bernoulli Integral or Equation
Steady flow: If the flow is originates in a uniform flow,
The condition of irrotationality
Stream function must satisfy the following Laplacian equation:
Complex Potential and Complex Velocity
From the Cauchy-Riemann equation, we have
Chapter One
§1-3 Flows of Inviscid , Incompressible Fluid
erning equations
1. Continuity Equation
2. Dynamics Equation
Substituting the constitutive relation into the above equation, we have
For every analytic function F(z), the real part is velocity potential and the imaginary par is stream function.
F(z) is called as the complex potential and
is known as the complex velocity.
Source (Sink)
Then we have
The complex potential for a source of strength m located at the point
Vortex
Then we have
The complex potential for a vortex of strength Γ located at the point