工程流體力學(xué)I總結(jié)

1工程流體力學(xué)中國(guó)礦業(yè)大學(xué)電力學(xué)院動(dòng)力系主講：陳更林副教授Email:ccgl1234@139522019012工程流體力學(xué)—前言工程流體力學(xué)的研究對(duì)象流體力學(xué)是以流體(包括液體和氣體)為對(duì)象，研究其平衡和運(yùn)動(dòng)時(shí)宏觀基本規(guī)律的科學(xué)。主要研究流體在平衡和運(yùn)動(dòng)時(shí)的壓力分布、速度分布、與固體之間的相互作用以及流動(dòng)過(guò)程中的能量轉(zhuǎn)換等。3研究方法:理論分析:

根據(jù)實(shí)際問(wèn)題建立理論模型涉及微分體積法速度勢(shì)法保角變換法實(shí)驗(yàn)研究方法:

根據(jù)實(shí)際問(wèn)題利用相似理論建立實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ瓦x擇流動(dòng)介質(zhì)設(shè)備包括風(fēng)洞、水槽、水洞、激波管、測(cè)試管系等數(shù)值計(jì)算方法：根據(jù)理論分析的方法建立數(shù)學(xué)模型，選擇合適的計(jì)算方法，包括有限差分法、有限元法、邊界元法等，利用商業(yè)軟件和自編程序計(jì)算，得出結(jié)果，用實(shí)驗(yàn)方法加以驗(yàn)證。流體力學(xué)—前言4第一章 流體的定義與物理性質(zhì)小結(jié)

§1.1

流體的定義和特征§1.2

流體作為連續(xù)介質(zhì)的假設(shè)§1.3

流體的密度§1.4

流體的壓縮性和膨脹性§1.5

流體的粘性§1.6 液體的表面性質(zhì)5一、基本概念流動(dòng)性、流體、連續(xù)介質(zhì)；密度、重度、壓縮性、膨脹性、粘性；動(dòng)力粘度、運(yùn)動(dòng)粘度、恩氏粘度；表面張力、表面張力系數(shù)、毛細(xì)現(xiàn)象；流體的分類(lèi)：粘性流體、理想流體、牛頓流體、非牛頓流體速度梯度、變形6二、基本原理連續(xù)介質(zhì)7三、重要結(jié)論及意義流動(dòng)性與變形。密度與重度：水、空氣、汞。壓縮性與膨脹性動(dòng)力與運(yùn)動(dòng)粘度速度梯度與角變形速度牛頓內(nèi)摩擦定律毛細(xì)現(xiàn)象CDBAdbadydudt82流體靜力學(xué)小結(jié)

§2.2

流體靜壓強(qiáng)及其特性§2.3

流體靜力學(xué)基本方程式§2.4

絕對(duì)壓強(qiáng)計(jì)示壓強(qiáng)液柱式測(cè)壓計(jì)§2.5

液體的相對(duì)平衡§2.6

靜止液體作用在平面上的總壓力§2.7 靜止液體作用在曲面上的總壓力§2.8 靜止液體作用在潛體和浮體上的浮力§2.1

作用在流體上的力9一、基本概念表面力(法向力、切向力)和質(zhì)量力壓強(qiáng)及特性當(dāng)?shù)卮髿鈮?、絕對(duì)壓強(qiáng)、相對(duì)壓強(qiáng)、真空度等壓面及判別方法液體的相對(duì)平衡壓力體10二、基本原理力的分解與合成力的平衡達(dá)朗伯原理11三、重要結(jié)論壓強(qiáng)及特性流體靜力學(xué)基本方程流體平衡微分方程等壓面重力場(chǎng)中流體靜力學(xué)基本方程zxp11基準(zhǔn)面z2p22p0goz112三、重要結(jié)論壓強(qiáng)及特性流體靜力學(xué)基本方程流體靜力學(xué)基本方程的意義位勢(shì)能壓強(qiáng)勢(shì)能hp總勢(shì)能位置水頭壓強(qiáng)水頭靜水頭測(cè)壓管水頭13三、重要結(jié)論4.壓強(qiáng)的單位與度量

Pa、液柱高度、當(dāng)?shù)卮髿鈮?.液體的相對(duì)平衡完全真空p=0大氣壓強(qiáng)p=papo絕對(duì)壓強(qiáng)絕對(duì)壓強(qiáng)ap>pap<p

相對(duì)

壓強(qiáng)相對(duì)壓強(qiáng)達(dá)朗伯原理gfazsp0ozaxm14三、重要結(jié)論6.靜止液體對(duì)固體表面的作用力yoxACDdAabpFdFp

hDhCyyCyDhxAzdcPaohchAxzbadAAdFp15第三章 流體動(dòng)力學(xué)小結(jié)§3.1 研究流體流動(dòng)的方法§3.2 流體運(yùn)動(dòng)的基本概念§3.3 雷諾輸運(yùn)方程§3.4 連續(xù)方程§3.5 動(dòng)量方程§3.7 能量方程§3.8 沿流線(xiàn)的伯努利方程§3.9總流的伯努利方程§3.10流體動(dòng)力學(xué)基本方程的應(yīng)用§3.6 動(dòng)量矩方程16一、基本概念歐拉法與拉格朗日法流體運(yùn)動(dòng)的基本概念流動(dòng)的分類(lèi)：定常與非定常、緩變流與急變流跡線(xiàn)與流線(xiàn)流管、流束、總流有效截面、流量、平均流速濕周、水力半徑、水力直徑系統(tǒng)、控制體17二、基本原理雷諾輸運(yùn)方程質(zhì)量不滅定律牛頓第二運(yùn)動(dòng)定律動(dòng)量定律動(dòng)量矩定律能量守恒與轉(zhuǎn)化定律18三、重要結(jié)論1.歐拉法2.拉格朗日法3.流線(xiàn)的性質(zhì)與微分方程4.平均流速與水力半徑5.雷諾輸運(yùn)方程6.在緩變流有效截面上有7.連續(xù)方程19三、重要結(jié)論8.動(dòng)量方程9.動(dòng)量矩方程20三、重要結(jié)論10.伯努利方程及意義速度水頭位置水頭壓強(qiáng)水頭總水頭bc1aa'2c'b'H總水頭線(xiàn)靜水頭線(xiàn)動(dòng)能位能壓力能總機(jī)械能21三、重要結(jié)論11.伯努利方程的應(yīng)用設(shè)流動(dòng)流體是氣體224 相似理論與量綱分析4.1 相似理論與模型試驗(yàn)4.2 量綱分析與π定理在相似的空間中，表述流動(dòng)現(xiàn)象的各物理量的場(chǎng)相似。

1.如何建立模型；

2.試驗(yàn)中測(cè)量參數(shù)，如何整理試驗(yàn)數(shù)據(jù)；

3.試驗(yàn)結(jié)果如何推廣應(yīng)用。23一、基本概念幾何相似、運(yùn)動(dòng)相似、動(dòng)力相似；相似準(zhǔn)則：雷諾數(shù)、歐拉數(shù)、弗汝德數(shù)等；決定相似準(zhǔn)則數(shù)、非決定相似準(zhǔn)則數(shù)24二、基本原理1.相似條件2.近似相似3.物理方程量綱一致性原理4.Π定理5.瑞利法25三、重要結(jié)論1.相似準(zhǔn)則數(shù)2.相似條件保證流動(dòng)相似的必要和充分條件。1.相似的流動(dòng)都屬于同一類(lèi)的流動(dòng)，應(yīng)為相同的微分方程所描述。2.單值條件相似。單值條件是指把某一特定的流動(dòng)從無(wú)數(shù)個(gè)同類(lèi)的相似流動(dòng)中區(qū)分開(kāi)來(lái)的條件。幾何條件3.由單值條件中的物理量所組成的相似準(zhǔn)則數(shù)相等。邊界條件（進(jìn)口、出口的速度分布等）物性條件（密度、粘度等）初始條件（初瞬時(shí)速度分布等）26三、重要結(jié)論3.模型實(shí)驗(yàn)的方法1.根據(jù)單值條件相似和相似準(zhǔn)則數(shù)相等的原則去設(shè)計(jì)模型，選擇模型中的流動(dòng)介質(zhì)。3.按相似準(zhǔn)則數(shù)整理的試驗(yàn)結(jié)果，可推廣應(yīng)用到原型及其他相似流動(dòng)中去。2.試驗(yàn)過(guò)程中應(yīng)測(cè)定相似準(zhǔn)則數(shù)包含的一切物理量，并整理成相似準(zhǔn)則數(shù)。27三、重要結(jié)論4.

定理（泊金漢定理）：如果一個(gè)物理過(guò)程涉及到n個(gè)物理量和m個(gè)基本量綱，則這個(gè)物理過(guò)程可以由n個(gè)物理量組成的n-m個(gè)無(wú)量綱量（相似準(zhǔn)則數(shù)i）的函數(shù)關(guān)系來(lái)描述。28三、重要結(jié)論5.瑞利法

瑞利法是用定性物理量x1、x2、….、xn的某種冪次之積的函數(shù)來(lái)表示被決定的物理量y。k為無(wú)量綱系數(shù)，由試驗(yàn)確定。a1、a2、….、an為待定指數(shù)，根據(jù)量綱一致性原則求出。29第五章 粘性流動(dòng)和水力計(jì)算小結(jié)5.1

粘性流體的兩種流動(dòng)狀態(tài)5.6

局部損失5.7

管路水力計(jì)算5.4

粘性流體的紊流流動(dòng)5.5

沿程損失的實(shí)驗(yàn)研究5.8

液體的出流5.3

不可壓粘性流體的層流流動(dòng)5.2

不可壓縮粘性流體的運(yùn)動(dòng)N－S方程5.0

管內(nèi)流動(dòng)的能量損失30一、基本概念沿程阻力及沿程阻力損失、局部阻力及局部阻力損失、沿程阻力系數(shù)、局部阻力系數(shù)、管路阻力系數(shù)。層流、湍流、雷諾數(shù)、脈動(dòng)、時(shí)均參數(shù)。湍流、混合長(zhǎng)度、紊流附加切應(yīng)力。粘性底層、水力光滑、水力粗糙。當(dāng)量粗糙度。長(zhǎng)管、短管、簡(jiǎn)單管路、串聯(lián)管路、并聯(lián)管路、枝狀管網(wǎng)、環(huán)狀管網(wǎng)?？卓诔隽?、管嘴出流。水擊。31二、基本原理雷諾實(shí)驗(yàn)-層流、紊流。粘性流體中的切應(yīng)力及牛頓第二運(yùn)動(dòng)定律。層流：牛頓內(nèi)摩擦定律、N-S方程。湍流：時(shí)均方法、紊流附加切應(yīng)力、普朗特混合長(zhǎng)度理論、N-S方程。尼古拉茲實(shí)驗(yàn)、莫迪實(shí)驗(yàn)。管路計(jì)算：簡(jiǎn)單管路特性方程、連續(xù)方程、伯努利方程。水擊-液體的彈性。32三、重要結(jié)論流動(dòng)損失的分類(lèi)及計(jì)算臨界雷諾數(shù)：Recr=2320(2000)雷諾實(shí)驗(yàn)O

hjvcr

vDCBAv’cr

33三、重要結(jié)論粘性流體中的切應(yīng)力N-S方程層流與湍流的比較特點(diǎn)切應(yīng)力速度分布沿程損失動(dòng)能修正系數(shù)動(dòng)量修正系數(shù)va/vmax沿程損失系數(shù)層流分層τ1二次曲線(xiàn)∝v24/30.5Re/64湍流脈動(dòng)、摻混τ1+τ2對(duì)數(shù)指數(shù)∝v1.75-2110.79-0.87Re、Δ/d34三、重要結(jié)論沿程阻力系數(shù)、當(dāng)量粗糙度局部阻力系數(shù)與當(dāng)量長(zhǎng)度簡(jiǎn)單管路及其特性35三、重要結(jié)論串聯(lián)管路及其特性并聯(lián)管路及其特性節(jié)點(diǎn)流量之和為0、閉合環(huán)路損失之和為0。36三、重要結(jié)論13.管路計(jì)算

13.1簡(jiǎn)單管路計(jì)算①qV、l、d、，求hw（H0）；

②已知hw（H0）

、l、d、

，求qV；

③已知hw

（H0）

、qV

、l、，求d。qV、d計(jì)算Re由Re、查莫迪圖得計(jì)算R計(jì)算hw校核hw結(jié)束Y計(jì)算qVN37三、重要結(jié)論14.孔口及管嘴出流15.水擊38394041三、重要結(jié)論13.管路計(jì)算13.2串聯(lián)單管路計(jì)算①qV、l、d、，求總hw（H0）；

②已知總hw（H0）

、l、d、

，求qV；

③已知總hw

（H0）

、qV

、l、，求d。qV、d計(jì)算Re由Re、查莫迪圖得計(jì)算R計(jì)算hwi校核hw結(jié)束Y計(jì)算qVN42三、重要結(jié)論13.管路計(jì)算13.3并聯(lián)單管路計(jì)算①總qV、l、d、，求hw(H0)；