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文檔簡介
ViscousFluidDynamics
SchoolofEnergyandPowerEngineering
Fall2015
Textbook:
《粘性流體動力學基礎》……陳懋章
“ViscousFluidFlow”……WhiteF.M.
References:
《我所理解的流體力學》……王洪偉
《湍流初級教程》……Tenneskes,Lumley
“InternalFlow-ConceptsandApplications”……GreitzerE.M.
Website:
Grades:
Assignments: 40%
Finalexam: 60%
Teachers:
陸利蓬,柳陽威,王洪偉
Schedule
Chapter1. Introduction(4hours)
Chapter2. EquationsofFlow(10hours)
Chapter3. LaminarFlow(6hours)
SolutionsofN‐SEquations(2hours);
LaminarBoundaryLayerFlow(2hours);
StabilityofLaminarFlow(2hours).
Chapter4. TurbulentFlow(14hours)
TurbulentBoundaryLayerFlow(6hours);
FreeTurbulence(2hours);
TurbulenceModeling(6hours).
SpecialTopic2
Seminar1
Seminar2
Specialtopics&Seminars
SpecialTopic1. Force,Motion,Work,andEnergy(2hours)
SpecialTopic2. Separation,DragsandLosses(2hours)
Seminar1. ExperimentsinFluids(2hours)
Seminar2. ComputationsinFluids(2hours)
Assignments
Eightassignments,5pointsforeach.
Plagiarismisstrictlyprohibited.
Theanswersmightbediversified.
Chapter1Introduction
§1.1TheTimelineofFluidMechanics
Continuityequationfor1‐Dflow.
A1V1A2V2 incompressible
Sketchesofjets,wakes,eddies…
LeonardodaVinci(1452-1519)
Inventionofthebarometer.
Causeofwind
Torricelli'sLaw
2gh
V Ifviscouseffectsarenegligible
d(mV)
EvangelistaTorricelli(1608–1647)
Lawsofmotion
F dt u
Lawsofviscosityofnewtonianfluid
Differentialcalculus
y
IsaacNewton(1642–1727) 6
Bernoulli’sequation
Euler’sequation Invisidflow
DanielBernoulli(1700–1782)
LeonhardEuler(1707–1783)
JosephLagrange1736-1813
Pierre-SimonLaplace1749-1827
Jeand'Alembert1717-1783
HenriPitot1695-1771
GiovanniVenturi1746-1822
Navier1785-1836
Cauchy1789-1857
Poisson1781-1840
Venant1797–1886
Stokes1819-1903
Navier‐Stokesequation(1845) Generalandrigorous
Boundarylayer
Notrigorous,yetuseful
Aerodynamics
Gasdynamics
LudwigPrandtl1875-1953
vonKármán1881-1963
Turbulentflow
OsborneReynolds1842-1912
LewisRichardson1881-1953
GeoffreyTaylor1886-1975
AndreyKolmogorov1903-1987
Experiment
Numericalsimulation
§1.2Viscosity
Afluidgeneratesshearstressinshearmotion,whichiscalledviscosity.
Ice Water Vapor
Allofthemgeneratesshearstressinmotion.
Connectedtightly
Connectedloosely
Notconnected
Fluidscannotgenerateshearstressinstatic.
Theshearforceinsideasolidiscalledelasticforceorplasticforce.
Theshearforcebetweentwosolidsiscalledfriction.
FN
Forliquids: Cohesion(結合力)
Similar(butnotsame)tothefrictionbetweentwosolids.
when T
Forgases: Transportofmomentum(動量輸運)
Moleculescollidewitheachother.
Doesviscosityvarywithpressureortemperature?
when T
SurfacetensionisNOTviscosity.
1(1-1) 12
Viscous
§1.3Turbulentflow FluidDynamics
ReVLVL Mainlyrefersto
turbulentviscosity.
ShearstressdoesNOTvanishwhenRegoestoinfinity.Onthecontrary,shearstressisgreatforlargeReflow.
ForlargeRe,shearstressisgeneratedmainlybyirregularmotionofflow––turbulence.
Laminarflowandturbulentflow
ReVL
Sinceviscosityissmallformostfluids,flowinrealityisalmostalwaysturbulent.
Laminar&TurbulentBoundaryLayer
Forturbulentflow:
LaminarDiffusion
TurbulentDiffusion
Re~
TimescaleofmolecularTimescaleofturbulence
§1.4ViscousEffectinFlow
Forincompressibleflows,theprimarycontrollingparameterofflowisReynoldsnumber,whichmeans:Howdoestheviscousforceinfluencetheflow?
Exampl
5 7 V2
Re10 ~10 1%~5%L 1%
2
Evenforturbulentflow,shearstressismuchsmallerthanpressureinhighRe.Therefore,viscouseffectcanbeneglectedforsomecase.
Increasingangleofattack
Exam
Re4000
TheKarmanvortexstreet
St
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