水力學第三章水動力學基礎(chǔ)課件

水力學第三章水動力學基礎(chǔ)ppt課件水動力學基礎(chǔ)概述水流的基本性質(zhì)水流運動的基本方程水流運動的分類與描述水動力學中的重要概念和定理水動力學中的流動現(xiàn)象與模擬contents目錄01水動力學基礎(chǔ)概述水動力學是研究液體在靜止和運動狀態(tài)下所受外力作用下的行為和變化規(guī)律的學科。定義水動力學是工程流體力學的一個重要分支，在水利工程、環(huán)境工程、土木工程等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用價值。重要性水動力學的定義和重要性古代文明時期，人們開始利用水力進行灌溉、磨坊等，逐漸形成了對水流特性的認識。古代水力學的起源經(jīng)典水力學的形成現(xiàn)代水力學的發(fā)展17世紀，牛頓等科學家開始對水流運動進行系統(tǒng)的研究，形成了經(jīng)典水力學的基礎(chǔ)。隨著計算機技術(shù)和數(shù)值計算方法的進步，現(xiàn)代水力學在理論和應(yīng)用方面取得了重大突破。030201水動力學的歷史與發(fā)展水利工程環(huán)境工程土木工程航海與航空水動力學的應(yīng)用領(lǐng)域水動力學在水利工程領(lǐng)域的應(yīng)用包括水庫、水電站、堤防等的設(shè)計、建設(shè)和運行。水動力學在土木工程領(lǐng)域的應(yīng)用包括建筑物的抗風、抗震設(shè)計，橋梁的流體動力荷載等。水動力學在環(huán)境工程領(lǐng)域的應(yīng)用包括污水處理、水質(zhì)凈化、河流整治等。水動力學在航海和航空領(lǐng)域的應(yīng)用包括船舶和飛機在水面和空中的運動規(guī)律和流體動力設(shè)計。02水流的基本性質(zhì)液體的基本特性液體在微小壓強變化下，密度變化極小，可視為常數(shù)。液體能流動，可傳遞壓強。液體質(zhì)點沒有固定形狀，且相互連通，不孤立存在。液體具有抵抗剪切力的性質(zhì)，即粘滯性。不可壓縮性流動性連續(xù)性粘滯性相對運動絕對運動流線與跡線流態(tài)劃分流體的運動特性01020304描述流體中質(zhì)點的運動，采用相對坐標系。描述流體整體的運動，采用絕對坐標系。流線是某一瞬時流場中各點的方向線集合；跡線是質(zhì)點在運動過程中經(jīng)過的路徑。層流與湍流，兩者在受力情況、運動特性、能量轉(zhuǎn)換等方面存在顯著差異。靜止液體內(nèi)部壓強的分布規(guī)律。靜水壓強靜止液體中任意封閉曲面所受外力之和為零。帕斯卡原理利用靜止液體的壓強測量壓力的方法。液柱壓力計浸沒在液體中的物體受到一個向上的浮力，其大小等于物體所排液體的重量。浮力原理流體靜力學基礎(chǔ)03水流運動的基本方程總結(jié)詞描述水流在流場中連續(xù)分布的特性詳細描述連續(xù)性方程是水力學中的基本方程之一，它表達了單位時間內(nèi)流場中某一流體的質(zhì)量守恒原理。對于不可壓縮流體，連續(xù)性方程可以簡化為：單位時間內(nèi)流出的流量等于該時間內(nèi)流體的減少量。連續(xù)性方程描述流體動量的變化規(guī)律總結(jié)詞動量方程是水力學中的另一個基本方程，它表達了牛頓第二定律在流體運動中的應(yīng)用。動量方程可以表示為：流體動量的變化率等于作用在流體上的外力之和。這個方程可以用來分析流體運動的加速度、速度和壓力等參數(shù)之間的關(guān)系。詳細描述動量方程總結(jié)詞描述流體能量變化的規(guī)律詳細描述能量方程是水力學中的另一個重要方程，它表達了流體能量守恒的原理。能量方程可以表示為：單位時間內(nèi)流體的能量損失等于作用在流體上的外力所做的功。這個方程可以用來分析流體運動的壓強、速度和阻力等參數(shù)之間的關(guān)系，以及流體與邊界之間的相互作用。能量方程04水流運動的分類與描述水流呈現(xiàn)出明顯的分層，各層之間互不摻混，如平靜的河面水流。層流流動呈現(xiàn)規(guī)則性，流線連續(xù)且平行，流速沿程變化小。水流呈現(xiàn)不規(guī)則狀態(tài)，流線曲折、交叉甚至斷裂，流速沿程變化大，有強烈的脈動現(xiàn)象。層流與湍流湍流層流均勻流水流在同一條流線上，速度和方向保持一致，過水斷面形狀和尺寸沿程保持不變。非均勻流水流在同一條流線上，速度和方向發(fā)生變化，過水斷面形狀和尺寸沿程也發(fā)生變化。均勻流與非均勻流水流只具有一個方向的流動，如管道中的水流。一維流動的研究可以通過建立一維數(shù)學模型進行。一維流動水流在兩個方向上存在流動，如河流中的水流。二維流動的研究可以通過建立二維數(shù)學模型進行。二維流動水流在三個方向上存在流動，如自由水面上的水流。三維流動的研究需要建立三維數(shù)學模型進行。三維流動一維、二維和三維流動05水動力學中的重要概念和定理伯努利定理總結(jié)詞描述流體在重力場中運動時，流速與壓強的關(guān)系。詳細描述伯努利定理指出，在不可壓縮、理想流體沿流線作定常流動時，流體的流速與壓強之間存在一定的關(guān)系。具體來說，流速大的地方壓強小，流速小的地方壓強大。描述流體在無外力場作用下的速度分布。總結(jié)詞柯西定理表明，在無外力場作用下的不可壓縮、理想流體中，速度分布函數(shù)滿足一定的積分關(guān)系，這個積分關(guān)系決定了流體內(nèi)部速度的分布規(guī)律。詳細描述柯西定理VS描述流體在重力場中運動時，流速與密度的關(guān)系。詳細描述斯托克斯定理指出，在不可壓縮、理想流體中，流體的流速與密度之間存在一定的關(guān)系。具體來說，流速大的地方密度小，流速小的地方密度大。這個定理對于理解流體運動的基本規(guī)律和解決實際問題具有重要的意義?？偨Y(jié)詞斯托克斯定理06水動力學中的流動現(xiàn)象與模擬壓力分布是水動力學中的重要概念，它描述了流體中壓力的大小和變化規(guī)律。在靜止流體中，壓力分布是均勻的；而在運動流體中，由于流體內(nèi)部摩擦和外部力作用，壓力分布會發(fā)生變化。流體的壓力分布與流速、流態(tài)和流體性質(zhì)等因素有關(guān)?？偨Y(jié)詞詳細描述流體中的壓力分布流體中的速度分布速度分布描述了流體中速度矢量的大小和方向，是水動力學中的基本概念?？偨Y(jié)詞在理想流體中，速度分布遵循伯努利定理和斯托克斯定理；而在實際流體中，由于粘性效應(yīng)和湍流作用，速度分布會變得復雜。流體的速度分布與流體的密度、粘性和重力加速度等因素有關(guān)。詳細描述總結(jié)詞溫度分布描述了流體中溫度的大小和變化規(guī)律，是熱力學中的基本概念。要點一要點二詳細描述在封閉系統(tǒng)中，流體的溫度變化與熱源、散熱條件和流體性質(zhì)等因素有關(guān)。在開放系統(tǒng)中，流體的溫度變化還與外部環(huán)境溫度和換熱條件等因素有關(guān)。流體的溫度分布與流體的熱傳導、對流和輻射換熱等因素有關(guān)。流體中的溫度分布總結(jié)詞數(shù)值模擬方法是一種基于數(shù)學模型和計算機技術(shù)的水動力學研究方法。詳細描述數(shù)值模擬方法通過建立流體