流體力學(xué)課件第四章-黏性流體的運(yùn)動(dòng)和阻力計(jì)算

流體力學(xué)課件第四章-黏性流體的運(yùn)動(dòng)和阻力計(jì)算目錄黏性流體的基本概念黏性流體的運(yùn)動(dòng)方程流體阻力的計(jì)算邊界層理論湍流和流動(dòng)穩(wěn)定性黏性流體的基本概念010102黏性流體的定義黏性流體是指具有明顯內(nèi)摩擦力或黏性的流體，其運(yùn)動(dòng)時(shí)內(nèi)部會(huì)產(chǎn)生剪切力。與理想流體的區(qū)別理想流體假設(shè)流體內(nèi)部無(wú)摩擦力，而黏性流體則具有摩擦力。黏性流體的定義01剪切力黏性流體在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，由于流體質(zhì)點(diǎn)之間的內(nèi)摩擦力作用，會(huì)產(chǎn)生剪切力。02黏度黏性流體的黏度是描述其內(nèi)摩擦力或黏性的物理量，通常用希臘字母表示。03流動(dòng)特性黏性流體在流動(dòng)過(guò)程中會(huì)受到剪切力和拉伸力的作用，導(dǎo)致流速分布發(fā)生變化。黏性流體的特性在靜止流體中，剪切力與剪切速率成正比，與流體性質(zhì)有關(guān)。剪切力=剪切速率×黏度。牛頓黏性定律的內(nèi)容定律的數(shù)學(xué)表達(dá)式牛頓黏性定律黏性流體的運(yùn)動(dòng)方程02描述流體質(zhì)量守恒的方程連續(xù)性方程是流體動(dòng)力學(xué)的基本方程之一，它表達(dá)了流體質(zhì)量守恒的原理。該方程基于質(zhì)量守恒原理，表示流體的質(zhì)量流量密度在控制體邊界上的積分等于該控制體內(nèi)流體質(zhì)量的減少率?？偨Y(jié)詞詳細(xì)描述連續(xù)性方程描述流體動(dòng)量守恒的方程總結(jié)詞動(dòng)量方程，也稱為Navier-Stokes方程，是描述流體動(dòng)量守恒的偏微分方程。該方程基于牛頓第二定律，表示流體的動(dòng)量變化率等于作用在流體上的力。動(dòng)量方程包含了流體的慣性力、粘性力、重力以及其他外力作用。詳細(xì)描述動(dòng)量方程（Navier-Stokes方程）總結(jié)詞描述流體能量守恒的方程詳細(xì)描述能量方程是描述流體能量守恒的偏微分方程。該方程基于熱力學(xué)第一定律，表示流體能量的變化率等于作用在流體上的力所做的功加上傳入或傳出流體的熱量。能量方程包括了流體的內(nèi)能、動(dòng)能和勢(shì)能的變化，以及熱傳導(dǎo)、對(duì)流和輻射等能量傳遞過(guò)程。能量方程流體阻力的計(jì)算03摩擦阻力01由于流體內(nèi)部摩擦作用產(chǎn)生的阻力，與流體的粘性和流速梯度有關(guān)。02壓力阻力由于流體壓力變化產(chǎn)生的阻力，如流體通過(guò)收縮或擴(kuò)張時(shí)產(chǎn)生的阻力。03形狀阻力由于流體流經(jīng)物體表面時(shí)，由于流線型變化產(chǎn)生的阻力，與物體的形狀和大小有關(guān)。流體阻力的類型雷諾數(shù)描述流體流動(dòng)狀態(tài)的參數(shù)，與流體的粘性、管道直徑和流速有關(guān)。斯托克斯定律摩擦阻力與流體的密度、粘性、管道直徑和流速成正比。粗糙度與阻力系數(shù)管道表面的粗糙度對(duì)摩擦阻力有影響，阻力系數(shù)與粗糙度有關(guān)。摩擦阻力03沿程壓力損失流體在管道中流動(dòng)時(shí)，由于流體的粘性和摩擦作用產(chǎn)生的壓力損失。01壓力損失流體在流動(dòng)過(guò)程中，由于壓力變化產(chǎn)生的阻力，分為局部壓力損失和沿程壓力損失。02局部壓力損失流體流經(jīng)管道的彎頭、閥門等局部障礙物時(shí)產(chǎn)生的壓力損失。壓力阻力邊界層理論04邊界層流體在物體表面附近形成的一層很薄的區(qū)域，其中流體的速度和方向發(fā)生顯著變化。邊界層內(nèi)的流動(dòng)邊界層內(nèi)的流動(dòng)具有粘性效應(yīng)，與外部流體的流動(dòng)存在顯著差異。邊界層厚度邊界層內(nèi)流動(dòng)變化的程度，通常以無(wú)量綱距離表示。邊界層的基本概念當(dāng)流體流經(jīng)物體表面時(shí)，由于粘性效應(yīng)，流體的速度減小，形成邊界層。邊界層的形成當(dāng)流體的動(dòng)量不足以克服粘性力時(shí)，邊界層內(nèi)的流動(dòng)會(huì)發(fā)生分離，產(chǎn)生渦旋。邊界層的分離指邊界層開始分離的位置，對(duì)于流體阻力具有重要的影響。分離點(diǎn)邊界層的形成與分離123邊界層內(nèi)的流動(dòng)變化程度，通常以無(wú)量綱距離表示。邊界層厚度定義隨著流體流速的增加，邊界層厚度逐漸減小。邊界層厚度變化邊界層厚度越小，流體阻力越小。邊界層厚度對(duì)流體阻力的影響邊界層的厚度湍流和流動(dòng)穩(wěn)定性05湍流是一種復(fù)雜的流體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，具有高度的隨機(jī)性和不規(guī)則性，表現(xiàn)為流體速度、壓力、溫度等參數(shù)的劇烈變化?？偨Y(jié)詞湍流通常發(fā)生在流體流動(dòng)中，當(dāng)流體的速度、方向和壓力發(fā)生頻繁變化時(shí)。它是由流體的慣性力和粘性力之間的相互作用引起的。在湍流狀態(tài)下，流體的運(yùn)動(dòng)變得非常復(fù)雜，無(wú)法用簡(jiǎn)單的數(shù)學(xué)模型描述。詳細(xì)描述湍流的定義與特性總結(jié)詞流動(dòng)穩(wěn)定性分析是研究流體運(yùn)動(dòng)從穩(wěn)定狀態(tài)到不穩(wěn)定狀態(tài)轉(zhuǎn)變的過(guò)程和機(jī)制，以及如何預(yù)測(cè)和控制這種轉(zhuǎn)變的方法。詳細(xì)描述流動(dòng)穩(wěn)定性分析是流體力學(xué)中的一個(gè)重要分支，它涉及到流體在受到擾動(dòng)后如何恢復(fù)或保持其原有狀態(tài)的問(wèn)題。通過(guò)流動(dòng)穩(wěn)定性分析，可以了解流體運(yùn)動(dòng)的穩(wěn)定性條件和失穩(wěn)機(jī)制，為控制流體運(yùn)動(dòng)提供理論依據(jù)。流動(dòng)穩(wěn)定性分析湍流模型簡(jiǎn)介湍流模型是用于描述湍流運(yùn)動(dòng)規(guī)律的數(shù)學(xué)模型，通過(guò)建立模型可以簡(jiǎn)化湍流問(wèn)題的求解過(guò)程?？偨Y(jié)詞湍流模型有多種類型，包括基