流體力學(xué)總結(jié)復(fù)習(xí)課件

微單元分析法：第2、3、4、8、10章運(yùn)動(dòng)微分方程靜力學(xué)平衡微分方程p15.（2-1）理想流體運(yùn)動(dòng)微分方程p70.（4-2）粘性流體運(yùn)動(dòng)微分方程p165.（8-12）伯努力方程靜力學(xué)基本方程p17.（2-8）理想流體p74.（4-14）粘性流體p187.（10-1）流體力學(xué)主線1微單元分析法：第2、3、4、8、10章流體力學(xué)主線1第一章：緒論一．內(nèi)容總結(jié)1．連續(xù)介質(zhì)模型2．流體性質(zhì)流體的主要物理性質(zhì)有易流動(dòng)性，粘性，壓縮性，膨脹性等。牛頓切應(yīng)力公式牛頓流體、非牛頓流體真實(shí)流體、理想流體流體的壓縮性、膨脹性2第一章：緒論一．內(nèi)容總結(jié)2第一章：緒論3．作用在流體上的力表面力：法向應(yīng)力、切向應(yīng)力質(zhì)量力：直接作用于流體體積上的力，如重力，慣性力，電磁力等。其大小與所考查的流體質(zhì)量（或體積）有關(guān)。單位質(zhì)量的質(zhì)量力：一個(gè)單位質(zhì)量流體所受的重力，慣性力等。4.表示壓力的幾種方法絕對(duì)壓力、相對(duì)壓力、真空度3第一章：緒論3．作用在流體上的力3第一章：緒論5.靜止流體的兩個(gè)基本特性（也適用于理想流體）特性一：靜壓力垂直于作用面，且沿作用面的內(nèi)法線方向。特性二：流體中任意一點(diǎn)的靜壓力大小與作用面的方向無(wú)關(guān)，它只是位置（x,y,z）的函數(shù)。4第一章：緒論5.靜止流體的兩個(gè)基本特性（也適用于理想流體）第一章：緒論5第一章：緒論5第一章：緒論6第一章：緒論6第二章：流體靜力學(xué)一．內(nèi)容總結(jié)1．歐拉平衡微分方程2．靜止流體的基本方程式3.靜止流體對(duì)平板的作用力及壓力中心7第二章：流體靜力學(xué)一．內(nèi)容總結(jié)7第二章：流體靜力學(xué)4．靜止流體對(duì)曲面的作用力，浮力8第二章：流體靜力學(xué)4．靜止流體對(duì)曲面的作用力，浮力8第二章：流體靜力學(xué)9第二章：流體靜力學(xué)9第二章：流體靜力學(xué)10.圖示為某駁船橫剖面圖右半分，ab為1/4圓弧，半徑為1m,已知H=4m，求：?jiǎn)挝淮L(zhǎng)abc曲面板上ab段上的總壓力。c10第二章：流體靜力學(xué)10.圖示為某駁船橫剖面圖右半分，ab為第二章：流體靜力學(xué)實(shí)際情況由于水平方向左右對(duì)稱，x方向合力為零，只有鉛直方向的壓力即浮力。11第二章：流體靜力學(xué)實(shí)際情況由于水平方向左右對(duì)稱，x方向合力第三章：流體運(yùn)動(dòng)學(xué)一、內(nèi)容總結(jié)描述流體運(yùn)動(dòng)的兩種方法，即拉格朗日法和歐拉法。在流體力學(xué)中主要采用歐拉法。1．研究流體運(yùn)動(dòng)的兩種方法拉格郎日法、歐拉法2．幾個(gè)基本概念定常流動(dòng)與非定常流動(dòng)、均勻流動(dòng)與非均勻流動(dòng)跡線12第三章：流體運(yùn)動(dòng)學(xué)一、內(nèi)容總結(jié)12第三章：流體運(yùn)動(dòng)學(xué)流線流線特性：1.流線形狀隨時(shí)間變化。2.定常流動(dòng)時(shí)流線形狀不隨時(shí)間而變，且流線與跡線重合。3.流線不轉(zhuǎn)折，它是光滑曲線。4.流線一般不相交。流管、流束、流量一元流動(dòng)、二元流動(dòng)、三元流動(dòng)有旋運(yùn)動(dòng)、無(wú)旋運(yùn)動(dòng)層流流體、湍流流動(dòng)3．連續(xù)性方程式13第三章：流體運(yùn)動(dòng)學(xué)流線13第三章：流體運(yùn)動(dòng)學(xué)4．流體微團(tuán)的運(yùn)動(dòng)流體微團(tuán)運(yùn)動(dòng)分三種形態(tài)：平移——流體象剛體一樣平移。變形——線變形即應(yīng)變率，角變形即剪切應(yīng)變率。旋轉(zhuǎn)——流體微團(tuán)的對(duì)角線繞流體微團(tuán)上某一軸旋轉(zhuǎn)，由旋轉(zhuǎn)角速度矢ω度量。計(jì)算式見(jiàn)教材（3-34）14第三章：流體運(yùn)動(dòng)學(xué)4．流體微團(tuán)的運(yùn)動(dòng)14第三章：流體運(yùn)動(dòng)學(xué)15第三章：流體運(yùn)動(dòng)學(xué)15第三章：流體運(yùn)動(dòng)學(xué)16第三章：流體運(yùn)動(dòng)學(xué)16第四章：理想流體動(dòng)力學(xué)1．歐拉運(yùn)動(dòng)微分方程式由微分體積法（微元體法）推導(dǎo)，方程的本質(zhì)是牛頓第二定理。其矢量式為：在直角坐標(biāo)系下，該方程有三個(gè)分量式，對(duì)于不可壓縮流體共四個(gè)未知數(shù)，即三個(gè)速度和壓力。求解時(shí)應(yīng)補(bǔ)充連續(xù)性方程。才能使方程本身封閉。由于該方程為非線性偏微分方程，方程本身的性質(zhì)決定了目前只能在特殊情況下求解，例如接下來(lái)的拉格朗日積分，伯努利積分等。17第四章：理想流體動(dòng)力學(xué)1．歐拉運(yùn)動(dòng)微分方程式17第四章：理想流體動(dòng)力學(xué)2．拉格郎日積分式它是歐拉運(yùn)動(dòng)微分方程在特殊情況下的一個(gè)解，前提是：（1）理想不可壓縮流體，（2）質(zhì)量力有勢(shì)（3）無(wú)旋運(yùn)動(dòng)。其中常數(shù)c在全流場(chǎng)任意點(diǎn)上不變。18第四章：理想流體動(dòng)力學(xué)2．拉格郎日積分式18第四章：理想流體動(dòng)力學(xué)3.伯努利積分式伯努利積分式是歐拉運(yùn)動(dòng)微分方程的又一個(gè)特殊情況下的解，前提與拉格朗日積分有所不同：（1）理想不可壓縮流體（2）質(zhì)量力有勢(shì)（3）定常流動(dòng)（4）積分路徑是沿流線的其中常數(shù)cl指沿一條流線不變。不同流線，常數(shù)cl取值不同。19第四章：理想流體動(dòng)力學(xué)3.伯努利積分式19第四章：理想流體動(dòng)力學(xué)幾何意義：方程的每一項(xiàng)具有長(zhǎng)度的量綱，伯努利方程說(shuō)明位置水頭z，速度水頭u2/2g，壓力水頭p/ρg三項(xiàng)之和（稱為總水頭）沿一條流線不變，或者說(shuō)總水頭在一條流線上沿流動(dòng)方向不變。物理意義：方程的每一項(xiàng)為單位重量流體具有的能量，伯努利方程說(shuō)明單位重量流體的位勢(shì)能z，壓力勢(shì)能p/ρg，動(dòng)能u2/2g三項(xiàng)之和沿一條流線不變（守恒）。三項(xiàng)之和稱總能量，即單位重量流體的總機(jī)械能在一條流線上沿流動(dòng)方向守恒。20第四章：理想流體動(dòng)力學(xué)幾何意義：方程的每一項(xiàng)具有長(zhǎng)度的量綱，第四章：理想流體動(dòng)力學(xué)伯努利方程應(yīng)用中應(yīng)注意的問(wèn)題：1）應(yīng)滿足伯努利方程推導(dǎo)中提出的條件，即理想，不可壓縮，僅有重力作用的流體做定常流動(dòng)，2）常數(shù)沿一條流線不變，不同流線取值各異。3）針對(duì)一條流線上的1，2兩點(diǎn)，方程可寫為4）方程兩邊的壓力p1,p

2可以是相對(duì)壓力，也可以是絕對(duì)壓力，但方程兩邊必須一致。21第四章：理想流體動(dòng)力學(xué)伯努利方程應(yīng)用中應(yīng)注意的問(wèn)題：21第四章：理想流體動(dòng)力學(xué)5）方程兩邊的位置水頭，是距坐標(biāo)原點(diǎn)的高度，它是一參考值。這一坐標(biāo)原點(diǎn)稱為“基準(zhǔn)面”，基準(zhǔn)面的選取視解題的方便而定。6）伯努利方程中有六個(gè)量，即，z1,z2,p1,p2,u1,u2,通常z1,z2是給定的。流線上的1，2兩點(diǎn)，其中一個(gè)點(diǎn)是未知量所在的點(diǎn)，另一點(diǎn)的選取，應(yīng)選在z,p,v，已知處，例如自由表面上的一點(diǎn)，壓力p=pa（大氣壓力），或者是流動(dòng)的出口處，壓力為當(dāng)?shù)仂o壓，或者是未擾動(dòng)的無(wú)窮遠(yuǎn)前方處的壓力，速度均為已知，由下列圖4-1說(shuō)明：22第四章：理想流體動(dòng)力學(xué)5）方程兩邊的位置水頭，是距坐標(biāo)原點(diǎn)的第四章：理想流體動(dòng)力學(xué)23第四章：理想流體動(dòng)力學(xué)23第四章：理想流體動(dòng)力學(xué)7）從靜止流體進(jìn)入管道的流動(dòng)，管道入口處的壓力不等于周圍靜壓。8）如果管路又分叉，應(yīng)考慮連續(xù)性方程來(lái)約束。9）自由面上流體速度近似為零的前提是管道截面積比自由面的面積小的多。10）流體繞過(guò)物體的流動(dòng)中，無(wú)窮遠(yuǎn)處（遠(yuǎn)離物體處）的壓力，速度通常是已知。11）如果方程還不封閉，可與連續(xù)性方程聯(lián)立求解，可減少未知數(shù)的個(gè)數(shù)。24第四章：理想流體動(dòng)力學(xué)7）從靜止流體進(jìn)入管道的流動(dòng)，管道入口第四章：理想流體動(dòng)力學(xué)12）伯努利方程的應(yīng)用還有一個(gè)限制條件是僅在一個(gè)封閉系統(tǒng)內(nèi)成立，即流動(dòng)與外界沒(méi)有熱，功等交換，否則應(yīng)修正方程或補(bǔ)充方程。例如在流線1，2兩點(diǎn)之間有能量輸入（如水泵等），這時(shí)應(yīng)在方程左邊加上水泵給單位重量流體輸入的能量項(xiàng)。4.動(dòng)量定理及動(dòng)量矩定理25第四章：理想流體動(dòng)力學(xué)12）伯努利方程的應(yīng)用還有一個(gè)限制條件第四章：理想流體動(dòng)力學(xué)如圖，求射流的反作用力。不計(jì)粘性，流動(dòng)定?？祝卓诿娣eA且比容器截面積小得多，自由液面與出口均為大氣壓力。解：由動(dòng)量定理，水平方向的合力為：由伯努利方程有小車合力的方向?yàn)?R，即方向與射流方向相反。26第四章：理想流體動(dòng)力學(xué)如圖，求射流的反作用力。不計(jì)粘性，流動(dòng)第五章：旋渦理論1．旋渦運(yùn)動(dòng)的幾個(gè)基本概念27第五章：旋渦理論1．旋渦運(yùn)動(dòng)的幾個(gè)基本概念27第五章：旋渦理論2．湯姆孫定理湯姆孫定理：dΓ/dt=0即封閉沿流體周線的速度環(huán)量不隨時(shí)間而變。前提：理想流體，正壓流體（流體的密度僅為壓力的函數(shù)），質(zhì)量力有勢(shì)。流體周線：始終由某些流體質(zhì)點(diǎn)所組成的任意封曲線。結(jié)論：（a）流體周線內(nèi)的流場(chǎng)初始無(wú)旋將始終無(wú)旋。（b）流體周線內(nèi)的流場(chǎng)初始有旋將始終不會(huì)消失，即旋渦強(qiáng)度和速度環(huán)量保持不變。28第五章：旋渦理論2．湯姆孫定理28第五章：旋渦理論3.海姆霍茲定理定理一：同一瞬時(shí)，渦管各截面上的渦管強(qiáng)度不變。定理二：理想、正壓流體，質(zhì)量力有勢(shì)，渦管永遠(yuǎn)由相同的流體質(zhì)點(diǎn)所組成，又稱渦管保持定理。定理三：理想、正壓流體，質(zhì)量力有勢(shì)，任何渦管的旋渦強(qiáng)度不隨時(shí)間變化，又稱渦管強(qiáng)度保持定理。29第五章：旋渦理論3.海姆霍茲定理29第五章：旋渦理論4.畢奧——沙伐爾定理不可壓縮流場(chǎng)中任意一條渦線，旋渦強(qiáng)度為Γ，其誘導(dǎo)速度場(chǎng)的計(jì)算公式：式中：r為空間點(diǎn)p到渦線的向徑，θ為r與ds的夾角，ds為渦線的微分弧長(zhǎng)。30第五章：旋渦理論4.畢奧——沙伐爾定理30第五章：旋渦理論對(duì)于任意一條直線渦：對(duì)于無(wú)窮長(zhǎng)直線渦：對(duì)于半無(wú)窮長(zhǎng)直線渦：cosθ31第五章：旋渦理論對(duì)于任意一條直線渦：cosθ31第五章：旋渦理論5．蘭金組合渦蘭金組合渦：半徑為R的無(wú)限長(zhǎng)圓柱形渦，在R內(nèi)，流體象剛一樣能軸線旋轉(zhuǎn)，角速度為ω。速度分布：32第五章：旋渦理論5．蘭金組合渦32第五章：旋渦理論壓力分布：33第五章：旋渦理論壓力分布：33第五章：旋渦理論蘭金渦：鉛直圓柱形渦，頂部為自由液面。壓力分布：34第五章：旋渦理論蘭金渦：鉛直圓柱形渦，頂部為自由液面。34第六章：勢(shì)流理論簡(jiǎn)單平面勢(shì)流的表示式1)等速直線運(yùn)動(dòng)：等速V0平行x軸的平行流動(dòng)速度勢(shì)和流函數(shù)為：2)源和匯：源心在坐標(biāo)原點(diǎn)時(shí)速度勢(shì)和流函數(shù)在平面極坐標(biāo)下：35第六章：勢(shì)流理論簡(jiǎn)單平面勢(shì)流的表示式35第六章：勢(shì)流理論3)旋渦速度勢(shì)和流函數(shù)在平面極坐標(biāo)下為：4)偶極子速度勢(shì)和流函數(shù)為：36第六章：勢(shì)流理論3)旋渦36第六章：勢(shì)流理論勢(shì)流的迭加1)繞圓柱的無(wú)環(huán)繞流37第六章：勢(shì)流理論勢(shì)流的迭加37第六章：勢(shì)流理論作用力R=0阻力D=X=0升力L=Y=038第六章：勢(shì)流理論作用力R=0阻力D=X=0升力L=Y=第六章：勢(shì)流理論作用力R=0阻力D=X=0升力L=Y=039第六章：勢(shì)流理論作用力R=0阻力D=X=0升力L=Y=第六章：勢(shì)流理論作用力R=0阻力D=X=0升力L=Y=040第六章：勢(shì)流理論作用力R=0阻力D=X=0升力L=Y=第六章：勢(shì)流理論4．庫(kù)塔----儒可夫斯基定理任意形狀柱體在理想不可壓縮流體中作平面、無(wú)旋、無(wú)分離、有環(huán)流流動(dòng)時(shí)，物體上只受升力作用，阻力為零。升力大小為：L=ρV0Γ升力方向：順來(lái)流方向逆環(huán)流再旋轉(zhuǎn)90°。由于在流動(dòng)平面上，物體剖面上部和下部的流動(dòng)不對(duì)稱，從而壓力不對(duì)稱產(chǎn)生壓力差，升力便是這一壓力差；而在物體剖面前部和后部流動(dòng)對(duì)稱，從而壓力對(duì)稱，在x方向相互抵消，故阻力為零。41第六章：勢(shì)流理論4．庫(kù)塔----儒可夫斯基定理41第七章波浪理論一、內(nèi)容小結(jié)1.基本參數(shù)水深h：平均水平面到底部的垂直距離。波振幅a：波峰或波谷到平均水平面的垂直高度。波高H：波振幅的2倍。波長(zhǎng)L：兩個(gè)相臨波峰（或波谷）上對(duì)應(yīng)位置間的距離。周期T：固定處重復(fù)出現(xiàn)波峰或波谷的時(shí)間間隔，或傳播一個(gè)波長(zhǎng)所需的時(shí)間。波速（相速度）C：波的傳播速度。波數(shù)K：2π距離內(nèi)波的數(shù)目。圓頻率σ：2π時(shí)間內(nèi)振動(dòng)的次數(shù)。42第七章波浪理論一、內(nèi)容小結(jié)42第七章波浪理論2.微振幅波的假設(shè)條件：理想、不可壓縮流體，平面無(wú)旋運(yùn)動(dòng)，只受重力作用，波長(zhǎng)>>波振幅3.二元微振幅表面波的基本特性自由面形狀（波面方程）：波長(zhǎng)：L=2π/k周期：T=2π/σ頻率：σ2=kg

波數(shù)：k=2π/L波速：深水波淺水波43第七章波浪理論2.微振幅波的假設(shè)條件：波長(zhǎng)：L=2π/k4第七章波浪理論3）流體質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)軌跡深水波：流體質(zhì)點(diǎn)作軌圓運(yùn)動(dòng)，中等水深波：流體質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)軌跡為橢圓，淺水波：流體質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)軌跡為橢圓。4）壓力分布規(guī)律（1）當(dāng)z=0時(shí)，服從靜水壓力分布規(guī)律。（2）當(dāng)z=-h時(shí)，在波谷下，底部壓力大于靜水壓力，在波峰下，底部壓力小于靜水壓力。44第七章波浪理論3）流體質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)軌跡44第七章波浪理論4.波能以及能量的轉(zhuǎn)移1）流體質(zhì)點(diǎn)的總能量由動(dòng)能和位能組成單位寬度流體所具有的位能：?jiǎn)挝粚挾攘黧w所具有的動(dòng)能：?jiǎn)挝粚挾攘黧w所具有的總能量：?jiǎn)挝粚挾纫粋€(gè)波長(zhǎng)流體所具有的總能量：45第七章波浪理論4.波能以及能量的轉(zhuǎn)移45第七章波浪理論5.波群速6.波阻（興波阻力）興波阻力與波幅的平方成正比。46第七章波浪理論5.波群速46第七章波浪理論二、例題1.已知無(wú)限深水域中的表面波長(zhǎng)為80m,求波速、波數(shù)、周期、圓頻率。47第七章波浪理論二、例題47第八章粘性流體動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)1．作用于粘性流體上的力：粘性流體的表面力：粘性流體的質(zhì)量力：與理想流體類似如重力，慣性力等2．粘性流體應(yīng)力形式的運(yùn)動(dòng)微分方程48第八章粘性流體動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)1．作用于粘性流體上的力：48第八章粘性流體動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)不可壓縮流體的納維-斯托克斯方程49第八章粘性流體動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)不可壓縮流體的納維-斯托克斯方程4第九章相似理論1.流動(dòng)的力學(xué)相似1）幾何相似：兩流場(chǎng)中對(duì)應(yīng)長(zhǎng)度成同一比例。流場(chǎng)邊界的幾何相似：對(duì)于繞流問(wèn)題，分為有界流場(chǎng)和無(wú)界流場(chǎng)，對(duì)于無(wú)界流場(chǎng)內(nèi)邊界為物體表面，外邊界為無(wú)窮遠(yuǎn)，對(duì)于有界流場(chǎng)，應(yīng)有外邊界的幾何相似。2）運(yùn)動(dòng)相似：兩流場(chǎng)中對(duì)應(yīng)點(diǎn)上速度成同一比例，方向相同。3）動(dòng)力相似：兩流場(chǎng)中對(duì)應(yīng)點(diǎn)上各同名力同一比例，方向相同。在幾何對(duì)應(yīng)點(diǎn)上，所作用的同名力對(duì)應(yīng)相似，這些作用力包括重力，慣性力，壓力，粘性力等。50第九章相似理論1.流動(dòng)的力學(xué)相似50第九章相似理論量綱：物理參數(shù)度量單位的類別稱為量綱或因次?；玖烤V：基本單位的量綱稱為基本量綱，基本量綱是彼此獨(dú)立的，例如用,LMT來(lái)表示長(zhǎng)度，質(zhì)量和時(shí)間等，基本量綱的個(gè)數(shù)與流動(dòng)問(wèn)題中所包含的物理參數(shù)有關(guān)，對(duì)于不可壓縮流體流動(dòng)一般只需三個(gè)即,LMT（長(zhǎng)度，質(zhì)量和時(shí)間），其余物理量均可由基本量綱導(dǎo)出。導(dǎo)出量綱：導(dǎo)出單位的量綱稱為導(dǎo)出量綱。量綱齊次性原理：一個(gè)具有物理意義的方程中各項(xiàng)的因次必須相同稱量綱齊次性。有量綱的方程可以用無(wú)量綱形式表示。無(wú)量綱數(shù)：又稱無(wú)因次數(shù)，例如壓力系數(shù)51第九章相似理論量綱：物理參數(shù)度量單位的類別稱為量綱或因次。第九章相似理論雷諾數(shù)Re弗勞德數(shù)Fr斯特勞哈爾數(shù)Sr歐拉數(shù)Eu52第九章相似理論雷諾數(shù)Re52第九章相似理論量綱分析法指數(shù)法(因次分析法)和Π

定理。要求掌握課程中所涉及的物理量的量綱。53第九章相似理論量綱分析法53第九章相似理論已知實(shí)船長(zhǎng)L=100m，F(xiàn)r=0.4，船模速度U=1m/s，考慮興波阻力實(shí)驗(yàn)下的船模長(zhǎng)度和實(shí)船速度。解：由佛魯?shù)聰?shù)相等54第九章相似理論已知實(shí)船長(zhǎng)L=100m，F(xiàn)r=0.4，船模速第九章相似理論船模速度1m/s，船模興波阻力mR=100N，若實(shí)船速度6m/s。求：實(shí)船與船模的尺寸之比。55第九章相似理論船模速度1m/s，船模興波阻力mR=100N第九章相似理論縮尺比為1：64的船模，模型試驗(yàn)測(cè)得興波阻力10N，求原船的興波阻力。解：由興波阻力系數(shù)相等：佛魯?shù)聰?shù)相等56第九章相似理論縮尺比為1：64的船模，模型試驗(yàn)測(cè)得興波阻力第九章相似理論原船的興波阻力57第九章相似理論原船的興波阻力57第十章粘性流體動(dòng)的一元流動(dòng)1．粘性流體流動(dòng)的兩種流動(dòng)狀態(tài)1）層流流動(dòng)：流線為平穩(wěn)的直線，流體質(zhì)點(diǎn)互不摻混地做平行分層流動(dòng)。2）湍流流動(dòng)：流體質(zhì)點(diǎn)做不規(guī)則運(yùn)動(dòng)，在空間存在劇烈摻混。3）過(guò)度狀態(tài)：從層流流動(dòng)狀態(tài)到湍流流動(dòng)狀態(tài)，之間存在一個(gè)發(fā)展過(guò)程，這一過(guò)程稱為過(guò)渡狀態(tài)。4）臨界雷諾數(shù)：當(dāng)雷諾數(shù)大于某一值后，流動(dòng)處于向湍流的過(guò)度狀態(tài)或者到達(dá)湍流狀態(tài)，工程上將這一雷諾數(shù)稱為臨界雷諾數(shù)。5）轉(zhuǎn)捩：由層流向湍流的轉(zhuǎn)變。判別標(biāo)準(zhǔn)：采用臨界雷諾數(shù)作為判別標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)于圓管內(nèi)的流動(dòng)，Re<2300流動(dòng)為層流。Re>2300流動(dòng)為湍流。58第十章粘性流體動(dòng)的一元流動(dòng)1．粘性流體流動(dòng)的兩種流動(dòng)狀態(tài)5第十章粘性流體動(dòng)的一元流動(dòng)6）湍流的基本特征：不規(guī)則性，擴(kuò)散性，耗散性。7）時(shí)均值：工程上采用對(duì)湍流場(chǎng)的流動(dòng)參數(shù)對(duì)時(shí)間進(jìn)行平均后得出的值，例如時(shí)均速度，時(shí)均壓力等。8）湍流度：用于湍流脈動(dòng)大小的量。9）湍流切應(yīng)力：第一項(xiàng)稱為分子粘性應(yīng)力，第二項(xiàng)稱為湍流附加應(yīng)力或?yàn)槔字Z應(yīng)力。在粘性底層中湍流附加應(yīng)力項(xiàng)很小，分子粘性應(yīng)力起主導(dǎo)作用，在固壁上為零。在湍流部分中，分子粘性應(yīng)力可以忽略，湍流附加應(yīng)力項(xiàng)起主導(dǎo)作用。59第十章粘性流體動(dòng)的一元流動(dòng)6）湍流的基本特征：不規(guī)則性，擴(kuò)第十章粘性流體動(dòng)的一元流動(dòng)2.等截面圓管內(nèi)的定常層流（泊肅葉流動(dòng)）60第十章粘性流體動(dòng)的一元流動(dòng)2.等截面圓管內(nèi)的定常層流（泊肅第十章粘性流體動(dòng)的一元流動(dòng)61第十章粘性流體動(dòng)的一元流動(dòng)61第十章粘性流體動(dòng)的一元流動(dòng)3．等截面圓管內(nèi)的定常湍流62第十章粘性流體動(dòng)的一元流動(dòng)3．等截面圓管內(nèi)的定常湍流62第十章粘性流體動(dòng)的一元流動(dòng)4．水頭損失沿程水頭損失：粘性流體流動(dòng)與管壁的摩擦而產(chǎn)生。計(jì)算公式：層流、湍流均適用。局部水頭損失：由于流道截面變化較大的位置，在壁面產(chǎn)生流動(dòng)分離，形成旋渦，消耗流體的機(jī)械能。計(jì)算公式：局部阻力系數(shù)：一般有實(shí)驗(yàn)確定，不同流道形式其值不同。總水頭損失的計(jì)算公式：63第十章粘性流體動(dòng)的一元流動(dòng)4．水頭損失63第十章粘性流體動(dòng)的一元流動(dòng)總水頭損失的計(jì)算公式：64第十章粘性流體動(dòng)的一元流動(dòng)總水頭損失的計(jì)算公式：64第十一章邊界層理論1．邊界層概念邊界層：高Re下繞物體的流動(dòng)，物面上一薄層范圍內(nèi)粘性的影響顯著，在這一薄層之外，流動(dòng)可以用理想流體流動(dòng)來(lái)處理。這一粘性影響顯著的薄層稱為邊界層，或稱附面層。邊界層δ：從物面開始，沿物面法線方向到99%來(lái)流速度處的距離。邊界層厚度隨Re增加而減小，從物體前緣沿流向逐漸增加。2.邊界層內(nèi)的流動(dòng)狀態(tài)邊界層內(nèi)的流動(dòng)分為兩種流態(tài)：沿流動(dòng)方向可分為層流邊界層和湍流邊界層，層流與湍流之間有一過(guò)渡區(qū)。65第十一章邊界層理論1．邊界層概念65第十一章邊界層理論轉(zhuǎn)捩雷諾數(shù)：對(duì)光滑平板轉(zhuǎn)捩點(diǎn)的位置：對(duì)光滑平板66第十一章邊界層理論轉(zhuǎn)捩雷諾數(shù)：對(duì)光滑平板66第十一章邊界層理論3.邊界層基本方程67第十一章邊界層理論3.邊界層基本方程67第十一章邊界層理論7．平板邊界層的計(jì)算平板邊界層的計(jì)算，需先作判別，再選擇適當(dāng)?shù)墓接?jì)算。68第十一章邊界層理論7．平板邊界層的計(jì)算68第十一章邊界層理論69第十一章邊界層理論69第十一章邊界層理論曲面邊界層：邊界層外邊界上的速度沿程變化U=U(x)邊界層外邊界上的壓力沿程變化p=p(x)從物體前緣沿物體表面坐標(biāo)，前部存在順壓區(qū)?ux/?x>0,?p/?x<0;后部存在逆壓區(qū)?ux/?x<0,?p/?x>0。邊界層分離：邊界層離開物體表面，不再附著在物面的現(xiàn)象。邊界層分離的條件：存在逆壓梯度和粘性效應(yīng)的綜合作用結(jié)果。分離點(diǎn)位置的確定（Prandtl流動(dòng)分離判據(jù)）：70第十一章邊界層理論曲面邊界層