西南石油大學(xué)研究生課件流體力學(xué)(陳小榆老師)

流體力學(xué)課件陳小榆老師課程簡(jiǎn)介內(nèi)容概述本課程旨在幫助學(xué)生掌握流體力學(xué)的基本理論和應(yīng)用，為后續(xù)學(xué)習(xí)相關(guān)專業(yè)課程打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。教學(xué)目標(biāo)通過本課程的學(xué)習(xí)，學(xué)生能夠理解流體的基本性質(zhì)，掌握流體靜力學(xué)和流體動(dòng)力學(xué)的知識(shí)，并能夠應(yīng)用這些知識(shí)解決實(shí)際問題。課程安排本課程包括理論講授、案例分析、實(shí)驗(yàn)操作等環(huán)節(jié)，旨在培養(yǎng)學(xué)生的理論知識(shí)和實(shí)踐能力。課程大綱流體基本概念流體的性質(zhì)、壓力、浮力流體靜力學(xué)靜止流體的平衡、壓力分布、流體靜力學(xué)方程流體運(yùn)動(dòng)學(xué)流體運(yùn)動(dòng)描述、速度場(chǎng)、流線、渦量流體動(dòng)力學(xué)流體運(yùn)動(dòng)的力學(xué)分析、能量方程、動(dòng)量方程、粘性流體運(yùn)動(dòng)基本概念1流體流體是指能夠流動(dòng)且具有可變形狀的物質(zhì)，例如水、空氣和油。2密度密度是指單位體積的質(zhì)量，它反映了流體的重量和稠度。3粘度粘度是指流體抵抗流動(dòng)或變形的能力，它影響流體的流動(dòng)速度和摩擦力。4壓力壓力是指單位面積上所受的力，它反映了流體對(duì)容器壁或物體表面的作用力。流體靜力學(xué)靜止流體流體靜力學(xué)研究的是靜止流體的性質(zhì)和平衡狀態(tài)。壓力流體靜力學(xué)的基本概念包括壓力、壓強(qiáng)、重力、浮力等。帕斯卡原理帕斯卡原理表明，密閉容器中的靜止流體，壓力在各個(gè)方向上都相等。阿基米德原理阿基米德原理指出，浸沒在流體中的物體所受的浮力等于它所排開流體的重量。壓力計(jì)量1液柱式利用液體靜壓原理進(jìn)行測(cè)量2彈性元件式利用彈性元件形變來測(cè)量3電氣式將壓力信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)進(jìn)行測(cè)量流體靜力學(xué)定律帕斯卡定律靜止流體中，壓力在各個(gè)方向上都相等。阿基米德定律浸沒在流體中的物體所受的浮力等于物體排開流體的重量。靜壓強(qiáng)公式靜止流體中，深度增加，壓強(qiáng)也隨之增加。流體運(yùn)動(dòng)學(xué)1流體運(yùn)動(dòng)流體運(yùn)動(dòng)描述流體運(yùn)動(dòng)的規(guī)律2流體運(yùn)動(dòng)學(xué)研究流體運(yùn)動(dòng)的幾何特征3流體動(dòng)力學(xué)研究流體運(yùn)動(dòng)的原因和影響質(zhì)量流率質(zhì)量流率是指單位時(shí)間內(nèi)通過某一截面的流體的質(zhì)量，是衡量流體運(yùn)動(dòng)的重要參數(shù)。它與流體的密度、速度和截面積有關(guān)。伯努利方程能量守恒伯努利方程描述了理想流體在流動(dòng)過程中能量守恒的原理。應(yīng)用場(chǎng)景該方程廣泛應(yīng)用于管道流動(dòng)、噴嘴、擴(kuò)散器和機(jī)翼等流體力學(xué)問題。能量方程1守恒能量方程是描述流體系統(tǒng)中能量守恒的定律.2勢(shì)能包括重力勢(shì)能和壓力勢(shì)能.3動(dòng)能表示流體運(yùn)動(dòng)的能量.動(dòng)量定律動(dòng)量守恒定律流體系統(tǒng)動(dòng)量變化率等于作用于系統(tǒng)的合外力。應(yīng)用用于分析流體系統(tǒng)中動(dòng)量變化，例如噴嘴、彎管、葉輪機(jī)。公式F=dm/dt*v管道流動(dòng)1流動(dòng)類型層流和湍流2能量損失摩擦損失和局部損失3流動(dòng)特性速度分布和壓降管道流動(dòng)是流體力學(xué)中重要的一部分，它描述流體在管道內(nèi)的流動(dòng)現(xiàn)象。速度分布層流速度分布呈拋物線形湍流速度分布更復(fù)雜，存在邊界層阻力因子0.001層流阻力因子很低，表示流動(dòng)平穩(wěn)。0.01過渡流阻力因子在層流和湍流之間。0.05湍流阻力因子較高，表示流動(dòng)不穩(wěn)定。0.1高湍流阻力因子極高，表示流動(dòng)非常不穩(wěn)定。管道損失計(jì)算1摩擦損失管道內(nèi)壁與流體之間摩擦產(chǎn)生的能量損失。2局部損失管道中彎頭、閥門、突然收縮或擴(kuò)張等局部變化產(chǎn)生的能量損失。3總損失摩擦損失和局部損失的總和，表示流體在管道中流動(dòng)過程中損失的總能量。管網(wǎng)分析水力計(jì)算計(jì)算管網(wǎng)中各個(gè)節(jié)點(diǎn)的壓力、流量和水頭損失等參數(shù)。優(yōu)化設(shè)計(jì)通過調(diào)整管徑、閥門等參數(shù)，優(yōu)化管網(wǎng)的效率和可靠性。泵與水輪機(jī)1泵將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為流體能2水輪機(jī)將流體能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能3應(yīng)用廣泛應(yīng)用于各種工業(yè)領(lǐng)域，包括水力發(fā)電、石油開采和化工生產(chǎn)泵性能曲線揚(yáng)程(m)效率(%)泵性能曲線展示了泵在不同流量下的揚(yáng)程和效率變化情況。水輪機(jī)性能曲線效率曲線表示水輪機(jī)在不同工況下的效率變化流量曲線展示水輪機(jī)在不同工況下的流量變化功率曲線反映水輪機(jī)在不同工況下的輸出功率變化開放水體流動(dòng)1水流水流通過河流，湖泊，海洋等開放水體2流速水流速度取決于地形，河床形狀和水量3水深水深影響流速和水流的能量盧瑟定律流動(dòng)特性描述了開放水體中流體運(yùn)動(dòng)的速度與水深之間的關(guān)系，并解釋了流量與水深變化之間的關(guān)聯(lián)。渠道影響闡述了渠道形狀、坡度和粗糙度等因素對(duì)流速和流量的影響。河道應(yīng)用在河道設(shè)計(jì)、水資源管理和水文模擬中發(fā)揮重要作用，幫助我們理解河流的流動(dòng)特征。層流與湍流層流流體粒子沿平行的直線路徑流動(dòng)，沒有橫向混合。湍流流體粒子以不規(guī)則的、隨機(jī)的方式運(yùn)動(dòng)，導(dǎo)致橫向混合和能量損失。過渡流介于層流和湍流之間，其流動(dòng)特征不穩(wěn)定，并可能在層流和湍流之間轉(zhuǎn)換。管內(nèi)流動(dòng)摩擦系數(shù)層流湍流雷諾數(shù)較低雷諾數(shù)較高摩擦系數(shù)為常數(shù)摩擦系數(shù)隨雷諾數(shù)變化流體層狀流動(dòng)流體混合流動(dòng)邊界層理論流體粘性邊界層是由流體粘性引起的，流體與固體表面之間的相互作用導(dǎo)致速度梯度。層流和湍流邊界層可以分為層流邊界層和湍流邊界層，取決于流體的速度和粘性。阻力邊界層的存在會(huì)對(duì)物體產(chǎn)生摩擦阻力，影響流體運(yùn)動(dòng)和能量損失。流體力學(xué)在工業(yè)中的應(yīng)用流體力學(xué)原理廣泛應(yīng)用于各個(gè)工業(yè)領(lǐng)域，包括航空航天、能源、化工、機(jī)械、土木工程等。例如，飛機(jī)機(jī)翼的設(shè)計(jì)、油氣管道的設(shè)計(jì)、水力發(fā)電站的設(shè)計(jì)、汽車發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、橋梁的設(shè)計(jì)等等，都離不開流體力學(xué)的知識(shí)。流體力學(xué)的研究成果為解決工業(yè)生產(chǎn)中遇到的各種流體流動(dòng)問題提供了理論基礎(chǔ)和技術(shù)支撐，推動(dòng)了工業(yè)技術(shù)的進(jìn)步和發(fā)展。流體機(jī)械常見問題分析磨損與腐蝕泵葉輪、軸承、密封等部件易磨損或腐蝕，影響性能。振動(dòng)與噪音運(yùn)行中出現(xiàn)異常振動(dòng)或噪音，可能存在機(jī)械故障。泄漏密封失效導(dǎo)致泄漏，造成效率下降和環(huán)境污染?？偨Y(jié)回顧流體性質(zhì)流體定義、特性、密度、粘度、表面張力等。流體靜力學(xué)靜止流體的壓力、流體靜力學(xué)基本定律、壓力計(jì)量等。流體運(yùn)動(dòng)學(xué)流體運(yùn)動(dòng)描述、速度場(chǎng)、流線、流管、連續(xù)性方程等。流