流体力学电子教案
《流体力学》实验教案(全)word版
《流体力学》实验教案（全）(一)不可压缩流体定常流能量方程(伯努利方程)实验一、实验目的要求：1、掌握流速、流量、压强等动水力学水力要素的实验量测技术；2、验证流体定常流的能量方程；3、通过对动水力学诸多水力现象的实验分析研究，进一步掌握有压管流中动水力学的能量转换特性。
自循环伯努利方程实验装置图本实验的装置如图所示，图中：1.自循环供水器；2.实验台；3.可控硅无级调速器；4.溢流板；5.稳水孔板；5 / 456.恒压水箱；7.测压计；8.滑动测量尺；9.测压管； 10.实验管道； 11.测压点； 12.毕托管 13.实验流量调节阀。
三、实验原理：在实验管路中沿水流方向取n个过水截面。
可以列出进口截面(1)至截面(i)的能量方程式（i=2,3,.....,，n)选好基准面，从已设置的各截面的测压管中读出值,测出通过管路的流量,即可计算出截面平均流速ν及动压，从而可得到各截面测管水头和总水头。
四、实验方法与步骤：1、熟悉实验设备，分清各测压管与各测压点，毕托管测点的对应关系。
2、打开开关供水，使水箱充水，待水箱溢流后，检查泄水阀关闭时所有测压管水面是否齐平，若不平则进行排气调平(开关几次）。
3、打开阀13，观察测压管水头线和总水头线的变化趋势及位置水头、压强水头之间的相互关系，观察当流量增加或减少时测压管水头的变化情况。
4、调节阀13开度，待流量稳定后，测记各测压管液面读数，同时测记实验流量(与毕托管相连通的是演示用，不必测记读数)。
5、再调节阀13开度1～2次，其中一次阀门开度大到使液面降到标尺最低点为限，按第4步重复测量。
五、实验结果及要求：1、把有关常数记入表2.1。
2、量测()并记入表2.2。
3、计算流速水头和总水头。
4、绘制上述结果中最大流量下的总水头线和测压管水头线(轴向尺寸参见图2.2，总水头线和测压管水头线可以绘在图2.2上)。
六、结果分析及讨论：1、测压管水头线和总水头线的变化趋势有何不同？为什么？2、流量增加，测压管水头线有何变化？为什么？3、测点2、3和测点10 、11的测压管读数分别说明了什么问题？4、试问避免喉管(测点7)处形成真空有哪几种技术措施？分析改变作用水头(如抬高或降低水箱的水位)对喉管压强的影响情况。
电子教案 流体力学与流体机械--赵琴
3. 阻力系数 表面摩擦阻力
翼型阻力 压差阻力
翼型阻力大小与翼型参数、冲角大小、 Re有密切关系。
D
翼型阻力系数：
CD
1 2
v2 b
ＣＬ CD
Re CD
ＣＬ=0时ＣD取极小值
为提高流动性能，需特别重视翼型阻力的最小 值。实验表明，t 6% 时，其翼型阻力最小。 由于冲角对翼型阻力的影响很大，因此欲设计 获得一定升力系数而阻力最小的话，应考虑使 用有弯度的翼型。用弯度来提高升力系数所引 起的阻力增加量最小。
1
2i C f (z)dz
柯西留数定理： 假定C是一条封闭曲线，除 了C内的有限个一阶奇点外，函数f(z)在C内 和C上都是解析的。如在那些奇点上的留数 等于r1,r2,…,rn，则留数定理为
C f (z)dz 2i(r1 r2 rn )
5. 柯西公式
假定f(z)在封闭曲线C内和C上都是解析函数， 如有z0是不在C上一个点，柯西公式有：
1
2i
C
f (z) z z0
dz
0, z0在C外
f
(
z
0
),
z
0
在C内
第四节 儒可夫斯基翼型 与保角变换法
一、保角变换法求解平面势流
利用解析的复变函数 z =f(ζ)将ζ平面上的圆域变换
成z平面上的实用域。
Z
y
z
Cz
ζ
η
Cζ
o
V∞z αz
x
V∞ζ
o
αζ
ξ
注意：
保角变换过程中，同一点两个线段的夹角在变换过 程中保持不变。
va 2
e i
v e i (
a2 )
儒可夫斯基变换函数的反函数为
电子教案(流体力学)..
绪 论一、课程简介1、课程的研究对象——单元操作 （1）单元操作的概念指在各种化工过程中，遵守同一基本原理，所用设备相似，作用相同，仅发生物理变化过程的那些操作，称为单元操作。
（2）单元操作的特点①所有的单元操作都是物理性操作，只改变物料的状态或物理性质，并不改变化学性质。
②单元操作是化工生产过程中共有的操作，只是不同的化工生产中所包含的单元操作数目、名称与排列顺序不同。
③单元操作作用于不同的化工过程时，基本原理相同，所用的设备也是通用的。
（3）单元操作的分类根据单元操作所遵循的基本规律，分为三类：流体动力过程、传热过程和传质过程。
2、课程性质：本课程是化工类专业学生的专业必修课。
3、课程特点：理论与经验相结合的工程研究方法。
二、单元操作中常用的基本概念和观点 1、物料衡算根据需要人为地划出一个封闭体系，那么有：输入物料=输出物料+（物料损失） 2、 能量衡算 同样对于一个体系有：输入能量=输出能量+（能量损失）在化工生产过程中的能量衡算大多为热量衡算。
3、平衡关系平衡是过程进行的极限状态。
通过讨论平衡关系，我们可以判断过程进行的方向及过程推动力的大小。
4、过程速率 过程速率与过程推动力成正比，与过程阻力成反比。
即：过程阻力过程推动力过程速率5、经济核算 三、单位及单位换算单位可分为二大类：基本单位和导出单位。
（1）基本单位基本单位只有几个，指定的几个独立的物理量。
由于同一物理量在不同的单位制中具有不同的单位和数值，象cm.g.s 制和工程单位制等给人类的计算和交流带来麻烦，为此规定使用统一的“国际单位制”，即SI 制。
SI 制有七个基本单位SI 制有以下两大优点：通用性：自然科学、工程技术以及国民经济中都采用； 一贯性：不需引入比例系数。
（2）导出单位其它物理量利用基本量从物理定律中导出，称为导出量，其单位称为导出单位。
基本单位与导出单位的总和称为单位制。
（3）单位换算经验公式（又称数字公式，根据实验结果整理而得）中各符号只代表物理量的数字部分，而它们的单位必须采用指定的单位。
中国石油大学：流体力学(电子教案)
【掌握】
1、欧拉法及其加速度表达式；
2、流体运动的概念;
3、理想流体运动微分方程（欧拉方程)；
4、缓变流断面及其特性；
5、动能修正系数及其物理意义；
6、节流式流量计基本原理及流量计算公式；
7、驻压强及测速管原理；
8、流动吸力的基本原理；
9、水头线与水力坡降;
10、泵的扬程及功率。
【重点掌握】
习题
2-1
2-10
２-14
*2-15
2-１6
2－19
2－2１
２-22
2-25
＊选做
第三章
流体运动学与动力学基础
(共16学时，
课堂教学14学时，
实验2学时)
一、核心知识点
基本概念,欧拉运动微分方程,连续性方程(质量守恒)，伯努利方程(能量守恒）,动量方程(动量守恒)，方程的应用。
二、教学基本要求
【了解】
２、何谓管路特征曲线？有何用途?
3、长管的水力计算通常有哪几类问题?计算方法和步骤各如何？
４、串并联管路及其水力特征。
5、何谓管路综合阻力系数？何谓作用水头？如何确定综合阻力系数？
６、孔口和管嘴各有何特点?有什么区别？流量系数、流速系数、收缩系数的物理意义如何？它们之间成怎样的关系？
７、水击现象产生的物理原因是什么？
二、教学基本要求
【了解】
1、势函数;
2、巴斯加定律；
3、物体在液体中的潜浮原理。
【掌握】
1、流体静压力的概念及其两个特性;
2、流体平衡微分方程及其积分式；
3、等压面及其方程、性质；
4、几种质量力作用下的流体平衡(相对平衡问题)。
【重点掌握】
建环《流体力学》课程教案
《流体力学》课程教案（建筑环境与设备工程专业）第一章绪论1．本章的教学目标及基本要求本章为绪论，涉及到流体的定义、作用在流体上的力、流体的基本物理性质和流体的力学模型。
通过本章的教学，要求学生了解流体力学在本学科及相关工程技术领域内的地位和作用，掌握流体与固体的典型区别，连续介质模型、不可压缩流体和理想流体的定义，了解流体的主要物理性质；掌握流体的受力分析方法，能够正确应用牛顿内摩擦定律分析解决液膜条件下流体的运动及及其与固体间的相互作用问题。
2．本章各节教学内容（列出节名）及学时分配本章教学内容分2单元，每单元2学时单元1：流体力学在本学科中的地位和作用，流体的定义与特点，，作用在流体上的力;流体的惯性, 流体的粘性；习题1-1, 4单元2：流体的粘性，压缩性与膨胀性, 不可压缩流体和理想流体的概念，流体的连续介质模型；习题1-7，8，123．本章教学内容的重点和难点本章的重点是：本章的教学任务是让学生初步建立起流体及流体力学的基本概念，重点放在流体与固体的本质区别，描述流体的基本模型及流体的主要物理性质。
本章的难点是：熟练、正确进行受力分析；正确运用牛顿内摩擦定律分析求解液膜条件下流体的运动及及其与固体间的相互作用问题。
4. 本章教学内容的深化和拓宽；介绍不可压缩流体的概念及其工程应用意义，说明粘性的外部特性与内部特性的区别。
5．本章教学方式（手段）及教学过程中应注意的问题；本章涉及到较多的物理基本概念，注意时刻提醒学生从最基本的物理现象出发去理解和把握物理概念，在受力分析及应用过程中注意结合以往课程的内容和知识，帮助学生逐步建立将所学知识与工程实际应用相结合的思维习惯。
教学方式以课堂教学为主。
6．本章的主要参考书目；●屠大燕主编·流体力学与流体机械·北京：中国建筑工业出版社，1999●刘鹤年编·水力学·北京：中国建筑工业出版社，1999●李玉柱苑明顺编·流体力学·北京：高等教育出版社，1998●汪兴华·工程流体力学习题集·北京：机械工业出版社，1983●周光炯等编·流体力学·第2版·北京：高等教育出版社，2000●潘文全·工程流体力学·北京：清华大学出版社，1988●Vennard J K and R L Street. Elementary Fluid Mechanics. 6th ed. New York: JohnWiley & Sons,1982●Clayton T.Crowe, Donald F. Elger and John A. Roberson. Engineering Fluid Mechanics.7th ed. New York: John Wiley & Sons,2001●山东工学院东北电力学院·工程流体力学·北京：电力工业出版社，1980●陈卓如主编·工程流体力学·北京：高等教育出版社，19927．本章的思考题和习题等。
工程流体力学(杜广生主编)电子教案第一章绪论
流体力学的西方史
• 瑞 利（L.J.W.Reyleigh，1842-1919英国）在相似原 理的基础上，提出了实验研究的量纲分析法中的一种 方法--瑞利法。
• 库 塔（M.W.Kutta，1867－1944）1902年就曾提出 过绕流物体上的升力理论，但没有在通行的刊物上发 表。
• 儒科夫斯基（Н.Е.Жуковский,1847－1921） 从1906年起，发表了《论依附涡流》等论文，找到了 翼型升力和绕翼型的环流之间的关系，建立了二维升 力理论的数学基础。他还研究过螺旋桨的涡流理论以 及低速翼型和螺旋桨桨叶剖面等。他的研究成果，对 空气动力学的理论和实验研究都有重要贡献，为近代 高效能飞机设计奠定了基础。
斯托克斯（G.Stokes， 1819－1903，英国））
流体力学的西方史
• 谢 才（A.de Chézy法国 ）在 1755年便总结出明渠均匀流公式-谢才公式，一直沿用至今。
• 雷 诺（O.Reynolds，1842-1912） 1883年用实验证实了粘性流体的 两种流动状态──层流和紊流的客 观存在，找到了实验研究粘性流体 流动规律的相似准则数──雷诺数， 以及判别层流和紊流的临界雷诺数， 为流动阻力的研究奠定了基础。
• 流量 清朝雍正年间，何梦瑶在《算迪》一书中提出流量等于
过水断面面积乘以断面平均流速的计算方法。
流体力学在中国
• 钱学森 钱学森（1911－）浙江省杭州市人， 他在火箭、导弹、航 天器的总体、动力、制导、气动力、结构、材料、计算机、 质量控制和科技管理等领域的丰富知识，为中国火箭导弹 和航天事业的创建与发展作出了杰出的贡献。1957年获中 国科学院自然科学一等奖，1979年获美国加州理工学院杰 出校友奖，1985年获国家科技进步奖特等奖。1989年获小罗 克维尔奖章和世界级科学与工程名人称号，1991年被国务 院、中央军委授予“国家杰出贡献科学家”荣誉称号和一 级英模奖章。
计算流体力学电子教案省名师优质课赛课获奖课件市赛课一等奖课件
5个未知数，3个方程。可见不引入边界条件 是没法求解旳
对求解域中旳边界节点1、5旳离散方程需作特殊处理。
措施依然是对微分方程在边界控制体内积分。微分方程
为：
d (k dx
dT ) dx
0
上式在左边界控制体上积分，得：
kA(TE
TP x
)
kA(TP TA ) x / 2
0
(2 12)
即
kA(T2 T1 ) x
2-1一维稳态扩散问题旳FVM计算格式 2-2 多维稳态扩散问题旳FVM求解
预备知识：高斯公式(奥氏公式）
div(a)dV n adA
V
A
或： ( ax ay az )dV
V x y z
(cos ax cos ay cos az )dA
A
(axdydz aydxdz azdxdy)
d
( )dV SdV n( )dA SdV
V dx dx
V
A
dx
V
(A
d
dx
)e
(A
d
dx
)
w
SV
0
式中，控制体旳体积为ΔV， 全部表面积为A，源项在控 制体中旳平均值为S
上式有明确旳物理意义：场变量旳净增扩 散量（即自西侧界面流入旳扩散流量减去 东侧界面流出旳扩散流量）等于源项产生 旳扩散流量。
A
写出一维条件下旳奥氏公式
通用变量方程
(
t
)
div(u)
div(
grad )
S
非定常项 对流项
扩散项
源项
(1 35)
瞬态扩散方程
稳态扩散方程
瞬态对流扩散方程
( )
《流体力学》实验教案(全)
《流体力学》实验教案（一）一、实验目的1. 理解流体力学的基本概念和原理。
2. 掌握流体力学实验的基本方法和技能。
3. 培养观察、分析问题和解决问题的能力。
二、实验原理1. 流体的定义和分类。
2. 流体静力学原理：帕斯卡定律、压力与深度关系。
3. 流体动力学原理：牛顿第二定律、流速与压力关系。
三、实验器材与步骤1. 实验器材：流体容器、压力计、流量计、计时器、尺子等。
2. 实验步骤：a. 准备工作：将流体容器放在水平位置，连接压力计、流量计等器材。
b. 测量静态压力：记录不同位置的压力值。
c. 测量动态压力：改变流体速度，记录不同位置的压力值。
d. 数据处理：根据实验数据，分析流体静力学和流体动力学原理。
四、实验注意事项1. 确保实验器材的准确性和可靠性。
2. 操作过程中要注意安全，避免液体喷溅。
3. 实验数据要准确记录，便于后期分析。
五、实验报告要求1. 描述实验目的、原理和步骤。
2. 列出实验数据，包括静态压力和动态压力值。
3. 分析实验结果，验证流体静力学和流体动力学原理。
《流体力学》实验教案（二）六、实验目的1. 掌握流体流动的两种形态：层流和湍流。
2. 探究流体流动形态与雷诺数的关系。
3. 培养观察、分析和解决问题的能力。
七、实验原理1. 层流与湍流的定义及特点。
2. 雷诺数的计算公式及意义。
3. 流体流动形态与雷诺数的关系。
八、实验器材与步骤1. 实验器材：流体容器、尺子、摄影器材、计算器等。
2. 实验步骤：a. 准备工作：将流体容器放在水平位置，连接相关器材。
b. 观察并记录层流和湍流的特征。
c. 测量流体速度，计算雷诺数。
d. 改变流体速度，重复步骤b和c。
e. 数据处理：分析流体流动形态与雷诺数的关系。
九、实验注意事项1. 确保实验器材的准确性和可靠性。
2. 操作过程中要注意安全，避免液体喷溅。
3. 实验数据要准确记录，便于后期分析。
十、实验报告要求1. 描述实验目的、原理和步骤。
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汽车阻力来自前部还是后部？
20世纪50－60年代改进为船型，阻力系数为0.45。
汽车阻力来自前部还是后部？
80年代经过风洞实验系统研究后，又改进为鱼型，阻力系数为0.3。
以后进一步改进为楔型，阻力系数为0.2。
汽车阻力来自前部还是后部？
90年代后，科研人员研制开发的未来型汽车，阻力系数仅为0.137。
1999 禹华谦主编，水力学学习指导，西南交通大学出版社，1998 禹华谦编著，工程流体力学新型习题集，天津大学出版社，2005
讲次
第1讲 第2讲 第3讲 第4讲 第5讲 第6讲 第7讲 第8讲 第9讲 第10讲 第11讲 第12讲 第13讲 第14讲 第15讲
第16讲 第17讲
高尔夫球表面为什么有很多小凹坑？
————请学习流体力学
Байду номын сангаас录
第1章 绪论 第2章 流体静力学 第3章 流体动力学理论基础 第4章 量纲分析与相似原理 第5章 流动阻力与水头损失 第6章 孔口、管嘴及有压管流
教材及教学参考书
姜兴华等编，流体力学，西南交通大学出版社，1999 杜广生主编，流体力学，机械工业出版社，2004 丁祖荣编著，流体力学，高等教育出版社，2003 禹华谦主编，工程流体力学，高等教育出版社，2004 禹华谦主编，工程流体力学（水力学），西南交通大学出版社，
小凹坑也会影响高尔夫球的升力。一个表面不平滑的回旋球，会像飞机机翼般偏折气流以产生 升力。球的自旋可使球下方的气压比上方高，这种不平衡可以产生往上的推力。高尔夫球的自 旋大约提供了一半的升力。另外一半则是来自小凹坑，它可以提供最佳的升力。
大多数的高尔夫球有300～500个小凹坑，每个坑的平均深度约为0.025厘米。阻力及升力对凹 坑的深度很敏感：即使只有0.0025厘米这么小的差异，也可以对轨迹和飞行距离造成很大的影 响。小凹坑通常是圆形的，但其他的形状也可以有极佳的空气动力性能，例如某些公司生产的 高尔夫球采用的是六角形
经过近80年的研究改进，汽车阻力系数从0.8降至0.137，阻力减小 为原来的1/5 。
目前，在汽车外形设计中流体力学性能研究已占主导地位，合理的 外形使汽车具有更好的动力学性能和更低的耗油率。
机翼升力来至下部还是上部？
流体力学电子教案
西南交通大学国家工科力学基础课教学基地 工 程 流 体力 学 教 研 室
流体力学电子教案
☞你想知道高尔夫球飞得远应表面光滑还是粗糙吗？
☞你想知道汽车阻力来至前部还是尾部吗？ ☞你想知道机翼升力来至下部还是上部吗？ ☞你想知道同一容器上同高同径孔口和管嘴泄流谁 的流速大谁的流量大吗？ ………
最早的高尔夫球
现在的高尔夫球
高尔夫球表面为什么有很多小凹坑？
高尔夫球表面之所以设计有许多小凹坑，其目的是让高尔夫球飞得更远。统计发现，一颗表面 平滑的高尔夫球，经职业选手击出后，飞行距离大约只是表面有凹坑的高尔夫球的一半。为了 找出最佳发射条件，高尔夫产业的工程师和科学家对球杆和球之间的撞击进行了深入的研究。 撞击通常只维持1/2000秒，它决定了球的速度、发射角以及球体的自旋速度。接着，球的飞行 轨迹会受到重力以及空气动力学的影响。因此，空气动力学的最佳化设计便成为让高尔夫球飞 得远的关键。
汽车阻力来自前部还是后部？
汽车发明于19世纪末，当时人们认为汽车的阻力主要来自前部对 空气的撞击，因此早期的汽车后部是陡峭的，称为箱型车，阻力 系数CD很大，约为0.8。
汽车阻力来自前部还是后部？
实际上汽车阻力主要来自后部形成的尾流，称为形状阻力。
汽车阻力来自前部还是后部？
20世纪30年代起，人们开始运用流体力学原理改进汽车尾部形状， 出现甲壳虫型，阻力系数降至0.6。
空气对于任何在其中运动的物体，包括高尔夫球，都会施加作用力。把你的手伸出行驶中的车 外，可以很容易地说明这个现象。空气动力学家把这个力分成两部分：升力及阻力。阻力的作 用方向与运动方向相反，而升力的作用方向则朝上。高尔夫球表面的小凹坑可以减少空气的阻 力，增加球的升力。
一颗高速飞行的高尔夫球，其前方会有一高压区。空气流经球的前缘再流到后方时会与球体分 离。同时，球的后方会有一个紊流尾流区，在此区域气流起伏扰动，导致后方的压力较低。尾 流的范围会影响阻力的大小。通常说来，尾流范围越小，球体后方的压力就越大，空气对球的 阻力就越小。小凹坑可使空气形成一层紧贴球表面的薄薄的紊流边界层，使得平滑的气流顺着 球形多往后走一些，从而减小尾流的范围。因此，有凹坑的球所受的阻力大约只有平滑圆球的 一半。