流體力學課件

1、第一章第一章 緒論緒論第一節(jié)第一節(jié) 流體力學的定義及任務流體力學的定義及任務教學回顧：教學回顧：1流體的組成流體的組成2、力的種類、力的種類3、流體的物理性質(zhì)、流體的物理性質(zhì) 引入：引入：1、該學科在本專業(yè)及工作程上的作用、該學科在本專業(yè)及工作程上的作用主要內(nèi)容：主要內(nèi)容：流體力學流體力學概念：研究流體平衡和運動規(guī)律的一門科學。概念：研究流體平衡和運動規(guī)律的一門科學。流體種類：液體、氣體。流體種類：液體、氣體。流體力學種類：流體靜力學、流體動力學。流體力學種類：流體靜力學、流體動力學。第二節(jié)第二節(jié) 流體的基本特征和主要的物理性質(zhì)流體的基本特征和主要的物理性質(zhì)一、流體的基本特性一、流體的基本特性

2、 1、流體的概念：液體和氣體的總稱。、流體的概念：液體和氣體的總稱。2、力：物體之間的相互作用。包括：、力：物體之間的相互作用。包括：A 內(nèi)聚力：內(nèi)聚力：B 附著力：附著力：C 吸附固體與不吸附固體：吸附固體與不吸附固體：D 壓應力：壓應力：E 拉應力：拉應力：F 切應力：切應力：H 內(nèi)摩擦力：在流動時呈現(xiàn)內(nèi)摩擦力：在流動時呈現(xiàn)影響：影響：流體的種類流體的種類 運動的狀態(tài)運動的狀態(tài) 相對靜止消失相對靜止消失I 抗壓縮能力：抗壓縮能力：易流性：區(qū)別于固體易流性：區(qū)別于固體 抗壓性：區(qū)別于氣體抗壓性：區(qū)別于氣體二、流體的物理性質(zhì)二、流體的物理性質(zhì)1 1流體的密度與容重流體的密度與容重1 1）密度：

3、均勻流體，單位體積的質(zhì)量稱為流體的密度。）密度：均勻流體，單位體積的質(zhì)量稱為流體的密度。 表達式：表達式： P = M/V P = M/V 單單 位位2 2）容重（重度）：均勻流體，單位體積的重量稱為流體的容度，也稱重度。）容重（重度）：均勻流體，單位體積的重量稱為流體的容度，也稱重度。 表達式：表達式： r= G/Vr= G/V 單單 位：位：3 3）密度與重度的關系：容重等于流體的密度與重力加速度的乘積。）密度與重度的關系：容重等于流體的密度與重力加速度的乘積。4 4）比重：均勻流體，其重量與一標準大氣壓下溫度）比重：均勻流體，其重量與一標準大氣壓下溫度4 4度時同體積蒸餾水重量之比。度時

4、同體積蒸餾水重量之比。5 5）壓縮性：分子間有空隙，作用在流體壓力增加時，其分子距離縮短，因而流體體積）壓縮性：分子間有空隙，作用在流體壓力增加時，其分子距離縮短，因而流體體積 縮小，密度增加，這種性質(zhì)稱流體的可壓縮性?？s小，密度增加，這種性質(zhì)稱流體的可壓縮性。 A A 壓縮系數(shù)：壓縮系數(shù)： B B 彈性系數(shù)：彈性系數(shù)： C C 容易壓縮，不容易彈性容易壓縮，不容易彈性 D D 氣體：可壓縮性氣體：可壓縮性6 6）流體的粘性：）流體的粘性： 流體在運動狀態(tài)下具有抵抗剪切變形的能力。流體在運動狀態(tài)下具有抵抗剪切變形的能力。 流體的粘性主要是內(nèi)聚力引起的。流體的粘性主要是內(nèi)聚力引起的。 流體流動時

5、產(chǎn)生的阻力（內(nèi)摩擦力）稱為粘力。流體流動時產(chǎn)生的阻力（內(nèi)摩擦力）稱為粘力。 p = F/Ap = F/A第三、四節(jié)第三、四節(jié) 連續(xù)介質(zhì)和理想流體的概念連續(xù)介質(zhì)和理想流體的概念 作用于流體上的力作用于流體上的力教學回顧：教學回顧：1 1、流體的組成、流體的組成 2 2、力的種類、力的種類 3 3、流體的物理性質(zhì)、流體的物理性質(zhì) 4 4、作用于流體上的力的分布、作用于流體上的力的分布 1 1、連續(xù)介質(zhì)的概念：把流體看成一片，沒有空間也沒有分子運動的介質(zhì)。、連續(xù)介質(zhì)的概念：把流體看成一片，沒有空間也沒有分子運動的介質(zhì)。2 2、流體質(zhì)點的概念：、流體質(zhì)點的概念：3 3、流體力學的流體與材料力學中的材料

6、分子的異同點、流體力學的流體與材料力學中的材料分子的異同點4 4、理想流體的概念、理想流體的概念5 5、作用于流體上的力的種類、作用于流體上的力的種類n表面力：作用于被研究流體的表面，其大小和被作用的面積大小有關的力。表面力：作用于被研究流體的表面，其大小和被作用的面積大小有關的力。 分解為：發(fā)向表面力（如壓力）；切向表面力（如摩察力或內(nèi)摩察力）分解為：發(fā)向表面力（如壓力）；切向表面力（如摩察力或內(nèi)摩察力）n質(zhì)量力：單位質(zhì)量流體所受的力。質(zhì)量力：單位質(zhì)量流體所受的力。 表達式表達式:X = F/M :X = F/M 單位：單位：m/sm/s本本 章章 小小 結結1 1連續(xù)介質(zhì)和理想流體的概念連

7、續(xù)介質(zhì)和理想流體的概念2 2作用于流體上的力和分布狀況作用于流體上的力和分布狀況 （1 1）表面力）表面力 （2 2）質(zhì)量力）質(zhì)量力習題與例題講解與分析習題與例題講解與分析P11 1-1 1-2 1-3 1-4P11 1-1 1-2 1-3 1-4八、流體小實驗八、流體小實驗 第二章第二章 流體靜力學流體靜力學課題：課題：1 流體靜壓強的基本方程流體靜壓強的基本方程 2 流體靜壓強的表示方法流體靜壓強的表示方法 2-1流體靜壓強及其特征流體靜壓強及其特征一、流體靜壓強一、流體靜壓強 定義：定義： 1 1、流體在靜止狀態(tài)時的壓力。成為流體靜壓力。、流體在靜止狀態(tài)時的壓力。成為流體靜壓力。 2 2

8、、單位受壓面上的流體靜壓力，稱為流體靜壓強。、單位受壓面上的流體靜壓力，稱為流體靜壓強。 關系式：關系式：p = P / Ap = P / A 單單 位：位： PN AM pN/ MPN AM pN/ M 3 3、區(qū)別靜壓力與靜壓強的關系、區(qū)別靜壓力與靜壓強的關系 （1 1）二個不相同的概念）二個不相同的概念 （2 2）單位不同）單位不同 靜壓力的單位：靜壓力的單位：N N 、KNKN 靜壓強的單位：靜壓強的單位：N/ M KN/ MN/ M KN/ M二、流體靜壓強的特性二、流體靜壓強的特性 1 1、流體靜壓強的方向垂直并指向受壓面。、流體靜壓強的方向垂直并指向受壓面。 靜壓強只能受垂直的壓

9、力。即受壓面的內(nèi)法向表面力。靜壓強只能受垂直的壓力。即受壓面的內(nèi)法向表面力。 分析：分析： 2 2、靜止流體內(nèi)統(tǒng)一點的靜壓強的大小和受壓面的方向無關，即統(tǒng)一點的靜壓強的大小各方、靜止流體內(nèi)統(tǒng)一點的靜壓強的大小和受壓面的方向無關，即統(tǒng)一點的靜壓強的大小各方向均相等。向均相等。 關系式：關系式：p = p = p = pp = p = p = p 分析：分析： 分析表明：分析表明：作為連續(xù)介質(zhì)的平衡流體中，任一點的靜壓強僅是空間坐標的函數(shù)，而與受力面的作為連續(xù)介質(zhì)的平衡流體中，任一點的靜壓強僅是空間坐標的函數(shù)，而與受力面的方向無關。方向無關。即：壓強的作用方向不同，靜壓強的大小相同。即：壓強的作用

10、方向不同，靜壓強的大小相同。2-2靜止流體的平衡一般方程式靜止流體的平衡一般方程式流體的平衡一般方程式，表征流體處于平衡狀態(tài)時作用于流體上各種力之間的關系。流體的平衡一般方程式，表征流體處于平衡狀態(tài)時作用于流體上各種力之間的關系。如圖所示六面體處于平衡狀態(tài)，討論其受力。如圖所示六面體處于平衡狀態(tài)，討論其受力。1 1、表面力、表面力2 2、質(zhì)量力、質(zhì)量力表明：流體只有在質(zhì)量力作用下才能維持平衡。表明：流體只有在質(zhì)量力作用下才能維持平衡。 關系式：關系式：P = UP = U 第二章第二章 流體靜力學流體靜力學 課題：課題：3、連通器內(nèi)液體的平衡、等壓面、連通器內(nèi)液體的平衡、等壓面 4、水頭與比勢

11、能、水頭與比勢能 2-52-5連通器內(nèi)液體的平衡、等壓面連通器內(nèi)液體的平衡、等壓面一、連通器內(nèi)液體的平衡一、連通器內(nèi)液體的平衡1 1基本概念：連通器（由兩個或兩個以上互相連通的容器組成的系統(tǒng)）基本概念：連通器（由兩個或兩個以上互相連通的容器組成的系統(tǒng)）2 2連通器平衡分類：連通器平衡分類：（1 1）第一種情況：）第一種情況： 如果容器如果容器1 1、2 2容器注入相同液體，且液面壓強也相等。容器注入相同液體，且液面壓強也相等。 如圖所示：如圖所示： 表明意義：盛有相同液體和液面上壓強相等的連通器，其液面高度相等。表明意義：盛有相同液體和液面上壓強相等的連通器，其液面高度相等。 應用：應用：A

12、A、鍋爐的水位計。、鍋爐的水位計。 B B、燃油柜的油位計。、燃油柜的油位計。 C C、施工中水平線檢測。、施工中水平線檢測。（2 2）第二種情況：）第二種情況： 如果容器如果容器1 1、2 2容器注入相同液體，且液面壓強不相等。容器注入相同液體，且液面壓強不相等。 如圖所示：如圖所示： 表明意義：表明意義： 盛有相同液體的連通器，其液面的壓強差，等于連通器中液面差所產(chǎn)生的壓強值盛有相同液體的連通器，其液面的壓強差，等于連通器中液面差所產(chǎn)生的壓強值 應用：應用：A A、鍋爐的風壓表。、鍋爐的風壓表。B、壓力計。、壓力計。C、水銀真空計。、水銀真空計。（3 3）第三種情況：）第三種情況： 如果容

13、器如果容器1 1、2 2容器注入不相同液體，但液面壓強相等。容器注入不相同液體，但液面壓強相等。 如圖所示：如圖所示： 表明意義：當液面上壓強相等，連通器內(nèi)有兩種互不相混的液體（如水和油）時，自表明意義：當液面上壓強相等，連通器內(nèi)有兩種互不相混的液體（如水和油）時，自分界而起，液面的高度之比與液體容重成反比。分界而起，液面的高度之比與液體容重成反比。 應用：應用：測定液體的容重或液柱高度換算。測定液體的容重或液柱高度換算。二、等壓面二、等壓面1 1、概念：具有相同的壓強值的點所連成的幾何面，成為等壓面。、概念：具有相同的壓強值的點所連成的幾何面，成為等壓面。2 2、等壓面事例分析：、等壓面事例

14、分析： 如圖所示：如圖所示：3 3應用：解決靜壓強的計算問題。應用：解決靜壓強的計算問題。第二章第二章 流體靜力學流體靜力學 課題：課題：4、水頭與比勢能、水頭與比勢能 5、 靜力學方程式的應用靜力學方程式的應用 2-6 2-6 水頭與比勢能的應用水頭與比勢能的應用1 1回顧基本概念：回顧基本概念： 位置水頭：離基準面的高度。位置水頭：離基準面的高度。 舉例分析：舉例分析：基準面：丈量高度的起始面。基準面：丈量高度的起始面。測壓計原理：測壓計原理：壓強水頭：壓強水頭：P /r P /rP /r P /r測壓管水頭：位置水頭與壓強水頭的總和。測壓管水頭：位置水頭與壓強水頭的總和。流體靜壓強的基本

15、方程：流體靜壓強的基本方程：流體靜壓強方程表明：靜止流體中，僅受重力作用時，測壓管水平線必為水平線。流體靜壓強方程表明：靜止流體中，僅受重力作用時，測壓管水平線必為水平線。流體靜壓強的能量方程流體靜壓強的能量方程流體靜壓強的基本方程從能量角度分析：流體靜壓強的基本方程從能量角度分析： 第二章第二章 流體靜力學流體靜力學課題：課題：6、 測壓管、測壓管、U型管水銀測壓原理、應用型管水銀測壓原理、應用 7、比壓計原理、應用、比壓計原理、應用由水頭與比勢能的應用，連通器的應用，引入船舶中常用儀器、儀表的名稱、結構、原理、應用由水頭與比勢能的應用，連通器的應用，引入船舶中常用儀器、儀表的名稱、結構、原

16、理、應用。2-7 2-7 流體靜壓強的量測流體靜壓強的量測根據(jù)靜壓強基本方程式可以計算任意點的靜壓強，同時可以制作儀器來測量流體靜壓根據(jù)靜壓強基本方程式可以計算任意點的靜壓強，同時可以制作儀器來測量流體靜壓強。這些儀器在船舶上應用十分廣泛。強。這些儀器在船舶上應用十分廣泛。一、測壓管一、測壓管1 1、結構：利用一開口的玻璃管連接在管道或容器的側(cè)壁。、結構：利用一開口的玻璃管連接在管道或容器的側(cè)壁。2 2、原理：如圖所示，根據(jù)連通器與等壓面的概念，、原理：如圖所示，根據(jù)連通器與等壓面的概念，A A、B B兩點為等壓面。兩點為等壓面。 則：則：A A、B B兩點的相對壓強為：兩點的相對壓強為： P

17、a = r h Pb = r h Pa = r h Pb = r h r r為就是為就是A A點的壓強水頭。即：點的壓強水頭。即：h = Pa / rh = Pa / r 或：或：Pa = r L sinaPa = r L sina3 3、應用、應用; ;二、二、U U型管水銀測壓型管水銀測壓1 1、結構：利用二端開口的、結構：利用二端開口的U U玻璃管將一端連接在管道或容器的側(cè)壁。玻璃管將一端連接在管道或容器的側(cè)壁。2 2、原理：如圖所示，根據(jù)、原理：如圖所示，根據(jù)U U玻璃管的高度差，可以算出容器中靜壓強的數(shù)值。玻璃管的高度差，可以算出容器中靜壓強的數(shù)值。3 3、應用：、應用：三、比壓計：

18、三、比壓計：1 1、結構：利用二端開口的、結構：利用二端開口的U U玻璃管將一端連接在管道或容器的側(cè)壁。玻璃管將一端連接在管道或容器的側(cè)壁。2 2、原理：如圖所示，主要用于量測兩點壓強差的裝置，而不是單獨量測某一點的壓強。、原理：如圖所示，主要用于量測兩點壓強差的裝置，而不是單獨量測某一點的壓強。3 3、應用：、應用： 第二章第二章 流體靜力學流體靜力學課題：課題：8、 金屬壓力表的結構、原理與應用金屬壓力表的結構、原理與應用 9、流體靜壓強的量測例題、習題、流體靜壓強的量測例題、習題 通過復習上一節(jié)的測壓管、通過復習上一節(jié)的測壓管、U U型管水銀測壓計、比壓計結構、原理、應用，引入在工程型管

19、水銀測壓計、比壓計結構、原理、應用，引入在工程上量測較大壓強的金屬壓力表。上量測較大壓強的金屬壓力表。四、金屬壓力表：四、金屬壓力表：1 1、金屬壓力表的優(yōu)勢：結構簡單，容易攜帶，工程上廣乏使用。、金屬壓力表的優(yōu)勢：結構簡單，容易攜帶，工程上廣乏使用。2 2、結構：如圖所示：、結構：如圖所示： 教師邊繪圖，邊講結構。教師邊繪圖，邊講結構。 讓學生復述金屬壓力表的結構。讓學生復述金屬壓力表的結構。原理：（原理：（1 1）杠桿原理部分。（）杠桿原理部分。（2 2）彈性金屬管部分。）彈性金屬管部分。實物解剖、試驗：讓學生拆卸，熟悉結構、根據(jù)結構，理解動作原理。實物解剖、試驗：讓學生拆卸，熟悉結構、根

20、據(jù)結構，理解動作原理。 五、本課題例題與習題講解：五、本課題例題與習題講解：n例題例題2-4n例題例題2-6n堂練堂練P472-8、2-9n習題分析習題分析布置作業(yè)：布置作業(yè)： 第二章第二章 流體靜力學流體靜力學課題：課題：10、流體靜壓強分布、流體靜壓強分布 引入：為何船舶橫斷面處船殼板受壓面是曲面？引入：為何船舶橫斷面處船殼板受壓面是曲面？ 下面我們來探討一下流體靜壓強的下面我們來探討一下流體靜壓強的分布問題！分布問題！28 28 流體靜壓強的分布圖流體靜壓強的分布圖一、何謂流體靜壓強的分布圖一、何謂流體靜壓強的分布圖 用幾何圖形把靜壓強的分布狀況，形象地表示出來，這種幾何圖形叫做流體靜用

21、幾何圖形把靜壓強的分布狀況，形象地表示出來，這種幾何圖形叫做流體靜 壓強分布圖。壓強分布圖。二、流體靜壓力：利用這個圖求出受壓面上的流體總靜壓力。二、流體靜壓力：利用這個圖求出受壓面上的流體總靜壓力。三、應用：校核設計構件尺寸和校核船舶強度，提供載荷分布依據(jù)。三、應用：校核設計構件尺寸和校核船舶強度，提供載荷分布依據(jù)。四、如圖所示，垂直放置的矩形平板，四、如圖所示，垂直放置的矩形平板，ABAB所受的靜壓強分布圖所受的靜壓強分布圖 分析下面三種情況靜壓強與深度的關系分析下面三種情況靜壓強與深度的關系結論：結論：1 1、靜壓強與深度是線性直線函數(shù)關系，故受壓面為平面的情況下，壓強分布圖的外、靜壓強

22、與深度是線性直線函數(shù)關系，故受壓面為平面的情況下，壓強分布圖的外包線也成直線；包線也成直線；2 2、當受壓面為曲面的情況下，曲面的長度與深度不成直線函數(shù)關系，故壓強分布圖、當受壓面為曲面的情況下，曲面的長度與深度不成直線函數(shù)關系，故壓強分布圖外包線為曲線。外包線為曲線。3 3、如圖所示為船舶橫斷面處船殼板受壓面是曲面。、如圖所示為船舶橫斷面處船殼板受壓面是曲面。通過講解通過講解210210習題，引入新課習題，引入新課-作用與物體上的流體總靜壓、潛體、沉體作用與物體上的流體總靜壓、潛體、沉體211211作用與物體上的流體總靜壓、潛體、沉體作用與物體上的流體總靜壓、潛體、沉體一、作用與物體上的流體

23、總靜壓一、作用與物體上的流體總靜壓阿基米德原理阿基米德原理1 1、什么叫潛體？（浸沒在靜止液體中的物體。）、什么叫潛體？（浸沒在靜止液體中的物體。）2 2、潛體在水中的受力分析、潛體在水中的受力分析 同體積同體積（1 1）左右相同）左右相同（2 2）上下不等存在壓力差，但與深度無關）上下不等存在壓力差，但與深度無關3 3、阿基米德原理？、阿基米德原理？ 作用在物體上的力，該力等于該物體排開同體積的液體重量，而和深度無關。作用在物體上的力，該力等于該物體排開同體積的液體重量，而和深度無關。4 4、阿基米德原理適用范圍：、阿基米德原理適用范圍：（1 1）潛體）潛體 （2 2）浮體）浮體第二章第二章

24、 流體靜力學流體靜力學課題：課題：11、作用與物體上流體總靜壓、作用與物體上流體總靜壓 12、潛體、浮體、沉體概念、潛體、浮體、沉體概念 211作用與物體上的流體總靜壓、潛體、沉體作用與物體上的流體總靜壓、潛體、沉體二、討論物體在靜止液體中的沉浮二、討論物體在靜止液體中的沉浮1 1、 2 2、 3 3、結論：物體在靜止液體中的沉浮，是由它所受的重力和上浮力的相互關系決定的。結論：物體在靜止液體中的沉浮，是由它所受的重力和上浮力的相互關系決定的。三、實例分析：三、實例分析：1 1、潛艇沉浮工作原理、潛艇沉浮工作原理2 2、船舶、航標工作原理、船舶、航標工作原理四、小結：四、小結：五、作業(yè)布置五、

25、作業(yè)布置第二章第二章 流體靜力學流體靜力學 課題：課題：13、潛體平衡及其穩(wěn)定性、潛體平衡及其穩(wěn)定性 14、浮體平衡及其穩(wěn)定性、浮體平衡及其穩(wěn)定性 目的：目的：1 1、掌握潛體平衡及其穩(wěn)定性、掌握潛體平衡及其穩(wěn)定性 2 2、掌握浮體平衡及其穩(wěn)定性、掌握浮體平衡及其穩(wěn)定性 重點：重點：1 1、潛體平衡及其穩(wěn)定性、潛體平衡及其穩(wěn)定性 2 2、浮體平衡及其穩(wěn)定性、浮體平衡及其穩(wěn)定性 難點：浮體平衡及其穩(wěn)定性難點：浮體平衡及其穩(wěn)定性第三章第三章 流體動力學基礎流體動力學基礎 課題課題 1、流體力學的定義及任務、流體力學的定義及任務 2、流動的幾個基本概念、流動的幾個基本概念 第一節(jié)第一節(jié) 流體力學的定

26、義及任務流體力學的定義及任務1 1、流體力學的任務：、流體力學的任務：2 2、表征流體運動的物理量有哪些？即特征？、表征流體運動的物理量有哪些？即特征？速度、加速度、密度和作用力速度、加速度、密度和作用力3 3、研究流體的兩種方法：、研究流體的兩種方法：（1 1）拉格朗日法：）拉格朗日法： A A 整個流體由單個運動質(zhì)點的總和；整個流體由單個運動質(zhì)點的總和； B B 把單個質(zhì)點當作固體質(zhì)點；把單個質(zhì)點當作固體質(zhì)點；（2 2）歐拉法）歐拉法 A A 研究一個質(zhì)點某時刻某點的速度、壓強情況；研究一個質(zhì)點某時刻某點的速度、壓強情況； B B 某時刻所有質(zhì)點的速度、壓強總和；某時刻所有質(zhì)點的速度、壓強

27、總和；第二節(jié)第二節(jié) 流動的幾個基本概念流動的幾個基本概念一、穩(wěn)定流動一、穩(wěn)定流動1 1、概念：流體流動時，某點的速度與壓強與時間無關的流動。、概念：流體流動時，某點的速度與壓強與時間無關的流動。2 2、非穩(wěn)定流動：流體流動時，某點的速度與壓強隨時而改變的流動。、非穩(wěn)定流動：流體流動時，某點的速度與壓強隨時而改變的流動。二、跡線與流線二、跡線與流線1 1、跡線：一質(zhì)點在連續(xù)時間里所走過的軌跡。、跡線：一質(zhì)點在連續(xù)時間里所走過的軌跡。2 2、流線：流場中某一瞬間的一條空間曲線，某一點的速度方向與該線相切。、流線：流場中某一瞬間的一條空間曲線，某一點的速度方向與該線相切。3 3、特點：、特點：（1

28、1）穩(wěn)定流線不隨時間而改變；）穩(wěn)定流線不隨時間而改變；（2 2）流線上質(zhì)點沿流線運動；）流線上質(zhì)點沿流線運動；（3 3）流線間不相交。）流線間不相交。為什么船體做成流線型？為什么船體做成流線型？三三 流管、流束及總流流管、流束及總流 1 1、流管：通過閉合曲線上各點的流線所圍成的管，稱為流管。、流管：通過閉合曲線上各點的流線所圍成的管，稱為流管。 2 2、流束：流管內(nèi)全部流體稱為流束。、流束：流管內(nèi)全部流體稱為流束。 A A 微小流束：斷面無窮小的流束。可用流線代替。微小流束：斷面無窮小的流束?？捎昧骶€代替。 B B 在穩(wěn)定流中，流管、流束不隨時間而改變。在穩(wěn)定流中，流管、流束不隨時間而改變。

29、 C C 在非穩(wěn)定流中，流管、流束隨時間而改變。在非穩(wěn)定流中，流管、流束隨時間而改變。 D D 流線不能穿過流管管壁。流線不能穿過流管管壁。3 3、總流：無數(shù)微小流束的總和。如水管中的水流與氣體、總流：無數(shù)微小流束的總和。如水管中的水流與氣體四、有效斷面、流量、平均流速四、有效斷面、流量、平均流速 1 1、有效斷面：與微小流速或總流各流線相垂直的橫斷面，稱為有效斷面。、有效斷面：與微小流速或總流各流線相垂直的橫斷面，稱為有效斷面。 A A 斷面的形狀：平面、曲面；斷面的形狀：平面、曲面； B B 斷面間有平衡與非平衡；斷面間有平衡與非平衡； 2 2、流量：單位時間內(nèi)通過流束有效斷面的流體體積（

30、質(zhì)量）稱為體積（質(zhì)量）流量。、流量：單位時間內(nèi)通過流束有效斷面的流體體積（質(zhì)量）稱為體積（質(zhì)量）流量。 單位：單位：Q l/S m/h t/hQ l/S m/h t/h 3 3、平均流速：流量與有效斷面的比值。、平均流速：流量與有效斷面的比值。 A A 流體有粘性，從而有內(nèi)摩擦阻力；流體有粘性，從而有內(nèi)摩擦阻力； B B 軸向流速大，近壁流速最小乃至為零；軸向流速大，近壁流速最小乃至為零； C Q=V A C Q=V A五、總結：五、總結：n穩(wěn)定流的特點；穩(wěn)定流的特點；n流線的特征；流線的特征；n流束的特點；流束的特點；六、作業(yè)六、作業(yè)1 1、為什么一般情況下船體都是做成流線型？、為什么一般情

31、況下船體都是做成流線型？2 2、有一流管，直徑、有一流管，直徑2020厘米，流速厘米，流速5 5米米/ /秒，求它的流量？秒，求它的流量？第三節(jié)第三節(jié) 流動的連續(xù)性方程流動的連續(xù)性方程1 1、質(zhì)量守恒定律在流體力學中的具體應用；、質(zhì)量守恒定律在流體力學中的具體應用；2 2、條件：穩(wěn)定流動，質(zhì)點不穿越流管，流體是連續(xù)不可壓縮的；、條件：穩(wěn)定流動，質(zhì)點不穿越流管，流體是連續(xù)不可壓縮的；3 3、Q=VQ=V* *A=A=常數(shù)常數(shù) V V1 1/V/V2 2=A=A2 2/A/A1 1； A A 總流在各有效斷面流量相等；總流在各有效斷面流量相等； B B 流速與面積成反比流速與面積成反比4 4、例：

32、、例： 第三章第三章 流體動力學基礎流體動力學基礎 課題課題 3、流動的連續(xù)性方程、流動的連續(xù)性方程 4、伯努力方程、伯努力方程第四節(jié)第四節(jié) 伯努力方程伯努力方程1 1、同一有效斷面上各點的流速和壓力是均勻不變的；、同一有效斷面上各點的流速和壓力是均勻不變的；2 2、壓力所作的功：、壓力所作的功： F F1 1 dS dS1 1 = P = P 1 1dAdA1 1S S1 1 = P = P1 1dAdA1 1U U1 1d t =Pd t =P1 1dQdtdQdt F F2 2 dS dS2 2 = P= P 2 2dAdA2 2S S2 2 = P = P2 2dAdA2 2U U2

33、2d t = Pd t = P2 2dQdt dQdt （反向力）（反向力） F F1 1dSdS1 1FF2 2dSdS2 2 = P = P1 1dQdtPdQdtP2 2dQdt = dQdt dQdt = dQdt （P P1 1PP2 2）3 3、重力所作的功：、重力所作的功： W=mgh=Vgh=g dQdt W=mgh=Vgh=g dQdt（Z Z1 1-Z-Z2 2）4 4、動能變化、動能變化 1/2 dmV 1/2 dmV2 21/2 dm V1/2 dm V1 1=1/2 dm=1/2 dm（V V2 2VV1 1 ）= 1/2 dQdt= 1/2 dQdt（V V2 2V

34、V1 1 ）5 5、由動能定理得、由動能定理得 壓力做功壓力做功+ +重力做功重力做功= =動能變化動能變化 dQ dt dQ dt （P P1 1PP2 2）+ dQ dt+ dQ dt（ Z Z1 1-Z-Z2 2 ）=1/2 dQ dt=1/2 dQ dt（ V V2 2VV1 1 ） 整理得：整理得： Z + P/g + V Z + P/g + V2 2/2g =/2g =常數(shù)常數(shù)這稱為理想流體在只有重力作用下穩(wěn)定流動的伯努利方程，這是能量守恒轉(zhuǎn)換定理。也是自這稱為理想流體在只有重力作用下穩(wěn)定流動的伯努利方程，這是能量守恒轉(zhuǎn)換定理。也是自然界能量守恒定律。然界能量守恒定律。6 6、物理

35、學和幾何學的意義、物理學和幾何學的意義 Z + P/g + V Z + P/g + V2 2 /2g = /2g =常數(shù)常數(shù)位能位能 壓能壓能 動能動能位置水頭位置水頭 壓力水頭壓力水頭 速度水頭速度水頭 靜力水頭靜力水頭 總水頭總水頭第三章第三章 流體動力學基礎流體動力學基礎 課題課題 5、能量方程式及應用（、能量方程式及應用（1）復習努伯力方程，推導能量方程式，引入新課復習努伯力方程，推導能量方程式，引入新課-能量方程式能量方程式一、實際流體恒定流恒定流束的能量方程一、實際流體恒定流恒定流束的能量方程Z Z1 1+ P+ P1 1/ / r r1 1+ + V V1 1 /2g = Z /

36、2g = Z2 2 + P+ P2 2 / /r r2 2+ + V V2 2 /2g +hw /2g +hw1.1.物理意義：物理意義：Z-Z-平均位能（比勢能）平均位能（比勢能）P / r-P / r-比壓能比壓能V/2g-V/2g-比動能比動能hw-hw-單位流體所損失的能量單位流體所損失的能量Z + P / r + V /2g-Z + P / r + V /2g-總機械能（總比能）總機械能（總比能）2.2.幾何意義：幾何意義：Z-Z-位置水頭或位置高度位置水頭或位置高度P / r-P / r-壓強水頭或測壓高度壓強水頭或測壓高度V /2g-V /2g-流速水頭流速水頭Z + P / r

37、 -Z + P / r -測壓管高度測壓管高度hw-hw-水頭損失水頭損失Z + P / r + V /2g-Z + P / r + V /2g-總水頭總水頭二、努伯利方程式的應用二、努伯利方程式的應用案例一：當兩船并行前進時，為什么會容易發(fā)生碰撞？案例一：當兩船并行前進時，為什么會容易發(fā)生碰撞？解：當兩船并行前進時，水流經(jīng)過二船之間的通道變狹，解：當兩船并行前進時，水流經(jīng)過二船之間的通道變狹，根據(jù)根據(jù) Z Z1 1 + V + V2 2Z + Z + P P1 1 / / r r1 1+ V+ V1 1 /2g /2g = = Z Z2 2 + + P P2 2 / /r r2 2 + V

38、+ V2 2 /2g /2g +hw+hw流速增加，則：流速增加，則：V V1 1 V V2 2Z Z1 1 Z Z2 2V V2 2-增大，中間流道中壓力增大，中間流道中壓力P2P2降低。降低。二船的外側(cè)形成一對向里的側(cè)向推力，使二船靠近，二船越近，通道越狹，二船之間的流速越快，壓力越小二船的外側(cè)形成一對向里的側(cè)向推力，使二船靠近，二船越近，通道越狹，二船之間的流速越快，壓力越小，側(cè)向推力越大，導致二船終于碰撞。，側(cè)向推力越大，導致二船終于碰撞。案例二：船用螺旋槳為什么會產(chǎn)生推力？案例二：船用螺旋槳為什么會產(chǎn)生推力？解：解：根據(jù)：根據(jù)：Z Z1 1+ p+ p1 1/ r/ r 1 1+ V

39、+ V1 1 /2g = /2g = Z Z2 2 + + P P2 2 / /r r2 2 + V + V2 2 /2g /2g +hw+hw因為：因為： Z Z1 1 = =Z Z2 2所以：所以：p p1 1/ r/ r1 1+ V+ V1 1 /2g /2g = = P P2 2 / /r r2 2 + V + V2 2 /2g /2g +hw+hw上部：上部：V V左左 V V右右 p p上部上部 p0 p0下部：下部：V V下下 = V0 p= V0 p上部上部 = p0= p0所以：所以：p p下部下部 p p上部上部 p p下部下部 - p- p上部上部 0 0故推力推動船舶前

40、進。故推力推動船舶前進。第三章第三章 流體動力學基礎流體動力學基礎 課題課題 5、能量方程式及應用（、能量方程式及應用（2）三、空泡現(xiàn)象：三、空泡現(xiàn)象：1.1.概念：當流速增至某一數(shù)值時，在截面積收縮處中后段部產(chǎn)生氣泡，呈白色泡沫狀，且概念：當流速增至某一數(shù)值時，在截面積收縮處中后段部產(chǎn)生氣泡，呈白色泡沫狀，且 伴隨強烈震動和巨大吵音。伴隨強烈震動和巨大吵音。2.2.案例三：自然山溪水道，往往會出現(xiàn)突然收狹小。案例三：自然山溪水道，往往會出現(xiàn)突然收狹小。3.3.案例四：自來水管道，從主水管道進入分支時出現(xiàn)突然收狹小，都會出現(xiàn)空泡現(xiàn)象。案例四：自來水管道，從主水管道進入分支時出現(xiàn)突然收狹小，都會

41、出現(xiàn)空泡現(xiàn)象。 插圖插圖四、汽蝕現(xiàn)象：四、汽蝕現(xiàn)象：1.1.概念概念: :當壓力減小至液體的汽化壓力時，液體變成蒸汽，形成氣泡。當經(jīng)過狹小的截面后，當壓力減小至液體的汽化壓力時，液體變成蒸汽，形成氣泡。當經(jīng)過狹小的截面后， 截面增大，流速減小，壓力提高，氣泡變成液體，形成真空，周圍的液體沖擊真空處發(fā)截面增大，流速減小，壓力提高，氣泡變成液體，形成真空，周圍的液體沖擊真空處發(fā) 生撞擊，材料表面破壞，形成汽蝕。生撞擊，材料表面破壞，形成汽蝕。2.2.案例五：為什么船用螺旋槳常會發(fā)生凹凸不平的斑點？案例五：為什么船用螺旋槳常會發(fā)生凹凸不平的斑點？ 原因：汽蝕現(xiàn)象。原因：汽蝕現(xiàn)象。 當船用螺旋槳高速旋

42、轉(zhuǎn)式，部分表面處于壓力減小至液體的汽化壓力時，液體變成蒸汽，當船用螺旋槳高速旋轉(zhuǎn)式，部分表面處于壓力減小至液體的汽化壓力時，液體變成蒸汽， 形成氣泡。當經(jīng)過船用螺旋槳狹小的截面后，截面增大，流速減小，壓力提高，氣泡變成形成氣泡。當經(jīng)過船用螺旋槳狹小的截面后，截面增大，流速減小，壓力提高，氣泡變成 液體，形成真空，周圍的液體沖擊真空處發(fā)生撞擊，船用螺旋槳表面形成凹凸不平的斑點液體，形成真空，周圍的液體沖擊真空處發(fā)生撞擊，船用螺旋槳表面形成凹凸不平的斑點第四章第四章 管道中流動與水流損失管道中流動與水流損失 一、基本概念：一、基本概念：1.1.水頭損失：水頭損失：2.2.流動阻力：流動阻力：3.3

43、.摩檫阻力：摩檫阻力：4.4.壓強阻力壓強阻力; ;二、水頭損失的分類二、水頭損失的分類1.1.沿程水頭損失：沿程水頭損失：2.2.局部水頭損失：局部水頭損失：三、水頭損失的條件三、水頭損失的條件1.1.流體具有粘滯性流體具有粘滯性2.2.固體邊界影響，流體內(nèi)部質(zhì)點之間產(chǎn)生相對流動固體邊界影響，流體內(nèi)部質(zhì)點之間產(chǎn)生相對流動3.3.總水頭損失：總水頭損失：hw = hf + hjhw = hf + hj四、流動的型態(tài)四、流動的型態(tài)1.1.層流：管中水流質(zhì)點沿軸線方向流動，沒有橫向運動，層次分明，互不相混的狀態(tài)。層流：管中水流質(zhì)點沿軸線方向流動，沒有橫向運動，層次分明，互不相混的狀態(tài)。2.2.紊流

44、紊流: : 管中水流質(zhì)點既有沿軸線方向流動，又有橫向運動，分子相互混慘的狀態(tài)。管中水流質(zhì)點既有沿軸線方向流動，又有橫向運動，分子相互混慘的狀態(tài)。 插圖插圖五、紊流的結構與特征五、紊流的結構與特征1 1、紊流的結構、紊流的結構許多大大小小不等的渦體相互混摻前進，位置、形狀、轉(zhuǎn)速都在時刻變化，當一系列參差不齊的渦體許多大大小小不等的渦體相互混摻前進，位置、形狀、轉(zhuǎn)速都在時刻變化，當一系列參差不齊的渦體通過紊流中某一點時，反映這點的瞬間時運動要素（流速、壓強等）隨時間的發(fā)生波動的現(xiàn)象通過紊流中某一點時，反映這點的瞬間時運動要素（流速、壓強等）隨時間的發(fā)生波動的現(xiàn)象-運動要素的脈動運動要素的脈動2 2

45、、紊流中存在層流現(xiàn)象、紊流中存在層流現(xiàn)象插圖插圖六、壓力管中的水擊現(xiàn)象六、壓力管中的水擊現(xiàn)象 1.1.水擊現(xiàn)象：在壓力管中流動的液體，由于某種外界因素（如壓力閥開啟、關閉等），使流體在瞬水擊現(xiàn)象：在壓力管中流動的液體，由于某種外界因素（如壓力閥開啟、關閉等），使流體在瞬間的流速發(fā)生劇變，由于液體慣性，引起壓力突然增加或減小而沖擊的現(xiàn)象。間的流速發(fā)生劇變，由于液體慣性，引起壓力突然增加或減小而沖擊的現(xiàn)象。2.2.水錘現(xiàn)象：由于增壓、減壓交替變化，對管壁像錘子敲擊一樣的現(xiàn)象。水錘現(xiàn)象：由于增壓、減壓交替變化，對管壁像錘子敲擊一樣的現(xiàn)象。3.3.水擊的危害與預防水擊的危害與預防水擊現(xiàn)象對管道具有極其

46、的危害性，對管道具有破壞作用，縮短管道的使用壽命。必須消除或減弱。水擊現(xiàn)象對管道具有極其的危害性，對管道具有破壞作用，縮短管道的使用壽命。必須消除或減弱。4.4.消除或減弱的方法消除或減弱的方法（1 1） 緩慢關閉或開啟閥門；緩慢關閉或開啟閥門；（2 2） 縮短管路的長度；縮短管路的長度；（3 3） 降低管路中的流速；降低管路中的流速；（4 4） 管路中安裝安全閥；管路中安裝安全閥；（5 5） 管路上安裝空氣室。管路上安裝空氣室。第五章第五章 液體的節(jié)流與縫流動液體的節(jié)流與縫流動 船舶液壓舵機的傳動系統(tǒng)，會遇到油液流經(jīng)小孔和縫的問題。船舶液壓舵機的傳動系統(tǒng)，會遇到油液流經(jīng)小孔和縫的問題。一、概

47、念一、概念1. 1. 節(jié)流：節(jié)流：2. 2. 薄壁小孔：薄壁小孔：3. 3. 細長小孔：細長小孔：4. 4. 縫縫二、縫中油液產(chǎn)生運動的原因二、縫中油液產(chǎn)生運動的原因（1 1）存在壓差產(chǎn)生流動）存在壓差產(chǎn)生流動（2 2）組成縫）組成縫 的壁面具有相對運動而產(chǎn)生液體流動的壁面具有相對運動而產(chǎn)生液體流動三、油液縫的流動產(chǎn)生漏泄的影響三、油液縫的流動產(chǎn)生漏泄的影響（1 1）系統(tǒng)效率下降）系統(tǒng)效率下降（2 2）油液溫度升高，影響系統(tǒng)工作的可靠性）油液溫度升高，影響系統(tǒng)工作的可靠性（3 3）可調(diào)節(jié)流量或壓力）可調(diào)節(jié)流量或壓力四、計算四、計算（1 1）流經(jīng)小孔的流量計算）流經(jīng)小孔的流量計算 Q = Q =

48、 （2 2）液體流經(jīng)細長管（小孔）的流量計算）液體流經(jīng)細長管（小孔）的流量計算（3 3）流經(jīng)縫的流量計算）流經(jīng)縫的流量計算（4 4）流經(jīng)同心環(huán)狀縫的流量計算）流經(jīng)同心環(huán)狀縫的流量計算（5 5）流經(jīng)偏心環(huán)狀縫計算）流經(jīng)偏心環(huán)狀縫計算 結論：減少零件的配合間縫是提高密封性，減少泄露量的最有效的途徑。結論：減少零件的配合間縫是提高密封性，減少泄露量的最有效的途徑。第六章第六章 機翼升力原理機翼升力原理 機翼是飛機組成的主要部分，用來獲得外力的一種特別的流線形體。機翼是飛機組成的主要部分，用來獲得外力的一種特別的流線形體。一、為什么機翼會產(chǎn)生升力？一、為什么機翼會產(chǎn)生升力？（一）基本術語（一）基本術語

49、 插圖插圖1.1.翼展（翼展（L L）: :2.2.機翼的截面機翼的截面翼型（翼型（A A）3.3.翼弦：翼弦：4.4.弦長：弦長：5.5.展弦比：展弦比：6.6.沖角：沖角：（二）原理（二）原理1.1.氣流繞過機翼時，在機翼上分為二個力：氣流繞過機翼時，在機翼上分為二個力：（1 1）1 1個分力與來流方向垂直個分力與來流方向垂直升力；升力；（2 2）1 1個分力與來流方向平行個分力與來流方向平行阻力；阻力；2.2.機翼把輸入的機械能轉(zhuǎn)化為流體的能量，產(chǎn)生升力。機翼把輸入的機械能轉(zhuǎn)化為流體的能量，產(chǎn)生升力。（三）沖角的大小對機翼的空氣動力性質(zhì)的關系？（三）沖角的大小對機翼的空氣動力性質(zhì)的關系？1.1.當沖角當沖角=0 =0 時，流體流過機翼時，流線變密，流速加大，壓力降低。由于流動的對稱性，時，流體流過機翼時，流線變密，流速加大，壓力降低。由于流動的對稱性，所以