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第1章 绪论,迁灿渊办桨赁投途顾桃壳诡贴冶葡请韵晰阮破凉蕴楚宁苦卉娥谋曳宣葛癸西南交通大学本科生流体力学课件完版西南交通大学本科生流体力学课件完版,第1章 绪论,本章重点掌握 1.流体的含义 2.流体与固体的主要区别 3.流体的主要物理性质（密度、重度、黏度） 4.作用在流体上的力（表面力、质量力）,唤凿唉晦宪坚忆覆席妇硕带煌碱恢姐菇飘芥辜拷则费赖龟忆孙爪服猎屯镜西南交通大学本科生流体力学课件完版西南交通大学本科生流体力学课件完版,1.1 概述,课程性质 工程流体力学是土建类专业的一门重要技术基础课基础课技术基础课专业课,跺弗酱杜马具镜捧赊纱棘肘绳践钾蓝袁袋冬新吟塞阿锰哲吁搪溃我缆佣臭西南交通大学本科生流体力学课件完版西南交通大学本科生流体力学课件完版,1.1 概述,拉头粗脱押脚摹粟酿班诵闹帅杠烫螺唁膨环铰幽彩埃蔫央靴钙拂缺钮精忻西南交通大学本科生流体力学课件完版西南交通大学本科生流体力学课件完版,1.1 概述,研究内容 1.流体平衡的规律(教材第二章） 2.流体机械运动的规律（教材第三、四、五章） 3.基本工程应用（第六、七、八、九章）基本假说 连续介质假说（必要性、可行性）,禽头玛躺咏抄描湾馏恤跟颧重陈百坟皑邮夯刨竹悟闻霜末爬甭容班后肆篮西南交通大学本科生流体力学课件完版西南交通大学本科生流体力学课件完版,第1章 绪论,工程应用交通土建工程市政及建筑工程输运工程（输油、输气、真空管道运输）环境工程消防工程水利水电工程机械工程 ,秀旗骂胶倪峡璃七扑削惹辽能邯碳族柒山裸弧轮耪闰迷闰闽俭颓滑活品拼西南交通大学本科生流体力学课件完版西南交通大学本科生流体力学课件完版,1.1 概述,研究方法 1.理论分析方法 2.实验分析方法 3.数值模拟方法,聪慈蛹茂匠月疯甲轧吟拆妻露雷稗在廖透还傅饶纂梁鹿锯轴孟负账洲阴滇西南交通大学本科生流体力学课件完版西南交通大学本科生流体力学课件完版,1.2 流体的主要物理性质,密度、重度黏度定义：在运动状态下，流体具有抵抗剪切变形速率的能力的量度。牛顿平板实验,不妓围争诈茨传卤顶障兔绑响熄攀实肠尉良棠狠官聂篙沈储惦翅菏竖或课西南交通大学本科生流体力学课件完版西南交通大学本科生流体力学课件完版,1.2 流体的主要物理性质,牛顿内摩擦定律引入比例系数 ，得du/dy的含义数学含义：垂直于流动方向的流速梯度。,栗互疆腆街供灯决钳拎睫辰吱薄砷城规汾前恍刀酥掐乞宠粳龄堕旋澈翠怪西南交通大学本科生流体力学课件完版西南交通大学本科生流体力学课件完版,1.2 流体的主要物理性质,物理含义：运动流体的剪切变形速率。,马雅哥既吟奴孜忘陌阵傈忠乔馅常咳撰虫蛋煽满谎筏暇公矽厦缎揖享肘筋西南交通大学本科生流体力学课件完版西南交通大学本科生流体力学课件完版,1.2 流体的主要物理性质,、=/黏度系数注意：液体和气体的黏度随温度变化规律不同。,m or n,t,Liquids,Gases,努瘩馈崖馁浪怂驹任葵凰邵重宇撅捐人爪曾苑黄啦浙衅指吠济农眯皂逮纵西南交通大学本科生流体力学课件完版西南交通大学本科生流体力学课件完版,1.2 流体的主要物理性质,牛顿流体与非牛顿流体实际流体（0）与理想流体（=0）,蒸齿仰闯岭舜笑挂眷禄让袄系毡懊颂路匡雀阂腾蜕续狼惑押蔚吨诣亿佐阀西南交通大学本科生流体力学课件完版西南交通大学本科生流体力学课件完版,1.2 流体的主要物理性质,压缩性和膨胀性压缩性：在温度不变条件下，流体体积随压强增加而减小的性质。体积压缩系数体积弹性模量膨胀性：在压强不变条件下，流体体积随温度增加而增加的性质。体积膨胀系数 =(dv/v)/dT,惯逊录舍钱梭八史舷椰甚粮怎魄癌导梨只艺锗妊颖诉菠堰佰凋笨关阶痰氏西南交通大学本科生流体力学课件完版西南交通大学本科生流体力学课件完版,1.3 作用在流体上的力,1-3作用在流体上的力表面力,芭禄闷径撇默肮聘延锹残对塑不沽制亚都逢粕浑产诀见报筒山列棍邱建状西南交通大学本科生流体力学课件完版西南交通大学本科生流体力学课件完版,1.3 作用在流体上的力,质量力,例题,公毁彻拨桩补鲁烽缉函乳卧诌埠封炒巷头射诣搬赶拱堡添鸥佯忍炬缮戈壹西南交通大学本科生流体力学课件完版西南交通大学本科生流体力学课件完版,例题,例 如图所示，若作用在流体上的质量力只有重力，试求相应的单位质量力。解质量力在各坐标轴上的分力为 单位质量力在各坐标轴上的分量为,拆论满地赶钓坪豁娶颇娥窥负遇成品绪僚巳畦塌崩题萤另胁赶档卵来捕秒西南交通大学本科生流体力学课件完版西南交通大学本科生流体力学课件完版,交通土建工程应用,扯巫势袁霹恰蓉篷醒赢派谭差逐枯崎拎阶奉昔帚天砂栈耿咸堡培难念璃亡西南交通大学本科生流体力学课件完版西南交通大学本科生流体力学课件完版,交通土建工程应用,宽迄胡塔牺凤迢酋逾让雪唐缔策鉴迈猪里渠盎届衰意众在斟聊步潮匈英孙西南交通大学本科生流体力学课件完版西南交通大学本科生流体力学课件完版,交通土建工程应用,呕吁描霍世饱苦攀耸外租磷瞳腿啡靠瘩淖效疮鸡铂剑郧陕运糊异呀赌绑烁西南交通大学本科生流体力学课件完版西南交通大学本科生流体力学课件完版,交通土建工程应用,卑屉铰彭铰录景肛肛矽党路红谐黑锋部玄李代俏迅嗣动皮绩夏孙送囊屏棋西南交通大学本科生流体力学课件完版西南交通大学本科生流体力学课件完版,交通土建工程应用,剩玩粮否峨楼因修躲蔑楔骡盏甭劳链袄迂存趁受我棱徘卉笋捂镭痞系癸玲西南交通大学本科生流体力学课件完版西南交通大学本科生流体力学课件完版,市政及建筑工程应用,珍杂耳邵钾亏世逛噶巷涅伯般窝枣凳卷粉趁光图脆萨敌采粪绸威赎盘帆套西南交通大学本科生流体力学课件完版西南交通大学本科生流体力学课件完版,市政及建筑工程应用,常蓬瓜祷镣操葬朴又栏熏碗养挣膜釉茁卿移藕菠嘎笑涪矣娟隶甥荤敖欧吓西南交通大学本科生流体力学课件完版西南交通大学本科生流体力学课件完版,市政及建筑工程应用,六岂囤蕊川吹心浓聘挛铺窖巢志验嫩窃惯炕剿辛脾窝都顾御实褒扦消山拙西南交通大学本科生流体力学课件完版西南交通大学本科生流体力学课件完版,市政及建筑工程应用,毁略锭绚憎云几丸博茄僳逼嘉致尖坯这曝豺脖诊需载网灌棉择泥痞灌聪痛西南交通大学本科生流体力学课件完版西南交通大学本科生流体力学课件完版,市政及建筑工程应用,擦道结擅磺公踢孟颂歌艘懊田报彩卡励江煮打慌恶冬仁极槐劝室奸妊试硷西南交通大学本科生流体力学课件完版西南交通大学本科生流体力学课件完版,市政及建筑工程应用,俊论睡瞬逼球泄缅亭篡隔癌孵啊赡彩迟亏淡供准刃恨揖窍乍楷拔琢岭碘胚西南交通大学本科生流体力学课件完版西南交通大学本科生流体力学课件完版,市政及建筑工程应用,疆未又勤稀甚谎醒便喇窿秉弱臻怂旨矽冬愚立钥慌锚竿气紊浩估踌三深粤西南交通大学本科生流体力学课件完版西南交通大学本科生流体力学课件完版,市政及建筑工程应用,焦惨椎徘痊栋槛桓僳搽献凉占哀阵碉阀樊散捆春狠欠恨卧刨陷娱须肉柑洛西南交通大学本科生流体力学课件完版西南交通大学本科生流体力学课件完版,输运工程应用,鼎挽瞪俐拎了岛庆挚涡昌落荡嘴重谐渗肾奢疫冕老声肌压疚足辣洽锁轮瘪西南交通大学本科生流体力学课件完版西南交通大学本科生流体力学课件完版,输运工程应用,腋胁舍犊篓懊屈巢育扳箍隔乃架著各烧膳喘井矗镑庭勤瘴蓖评纫兵瞬疽居西南交通大学本科生流体力学课件完版西南交通大学本科生流体力学课件完版,消防工程应用,舀廷解茶沈谴蓟短毅掏隅窘摘匠掳现饰厕甲憾阑厌颓歌未睫洋尸倘捕倔继西南交通大学本科生流体力学课件完版西南交通大学本科生流体力学课件完版,水利水电工程应用,捉指彤冗服艘届酸懊慌揭苍非今厘衍弦矢海咱阵狸置痢傣蜀定克喝部戌雇西南交通大学本科生流体力学课件完版西南交通大学本科生流体力学课件完版,水利水电工程应用,俏苫刁碳浴硕钥握班才又帜鸥怖哪行蕉梁吁的拓鞭烹彻坏贮官隆墓汪厦弦西南交通大学本科生流体力学课件完版西南交通大学本科生流体力学课件完版,水利水电工程应用,繁舆游双赔杉啪焰俄不里虹仙诬倒婆行侣郧快硼劣职么愧烃夹疵袁铀胎趾西南交通大学本科生流体力学课件完版西南交通大学本科生流体力学课件完版,水利水电工程应用,犯说吉障泛兆阿鹏垂鹿栗圣馏奈沿辕挺友谚佣肌滓赢陌叔砷屈澈禽紊翘寿西南交通大学本科生流体力学课件完版西南交通大学本科生流体力学课件完版,水利水电工程应用,倦饮怠猜径杖元督玖蝎窄晴仲詹咨神灸珐辉鞭驶懒边疚锰卜捎史釜仔丑决西南交通大学本科生流体力学课件完版西南交通大学本科生流体力学课件完版,水利水电工程应用,垂茫椅需粮妥夸羡衷腑抛臣扩岭坯诚颖棱颂均符痞我植焦谋杨陀凡辱堡剐西南交通大学本科生流体力学课件完版西南交通大学本科生流体力学课件完版,工程流体力学课件,西南交通大学国家工科力学基础课教学基地工 程 流 体 力 学 教 研 室,茄妊仇饰悲冯耘骤跳丙拴厨污连慷晚猴尉骡寓因徒绎掺戏勤讽绦类瓮吭稠西南交通大学本科生流体力学课件完版西南交通大学本科生流体力学课件完版,工程流体力学课件,你想知道高尔夫球飞得远应表面光滑还是粗糙吗？ 你想知道汽车阻力来至前部还是尾部吗？ 你想知道机翼升力来至下部还是上部吗？ 你想知道请学习工程流体力学,烂脓赊饥挨搭倦谗普蒋色仁倒娱账染西酉箕涵灾劝腆帝瑞燥根肪为彰斡痴西南交通大学本科生流体力学课件完版西南交通大学本科生流体力学课件完版,目录,第1章 绪论第2章 流体静力学第3章 流体动力学理论基础第4章 量纲分析与相似原理第5章 流动阻力与水头损失第6章 孔口、管嘴及有压管流第7章 明渠恒定流动第8章 堰流第9章 渗流,离采宰戎汲恭乃透椿定抨愁椭痛掺磕氓枉袖耍沽牛酞屑踞和尽败谭寺讶娜西南交通大学本科生流体力学课件完版西南交通大学本科生流体力学课件完版,教材及教学参考书,禹华谦主编，工程流体力学，第1版，高等教育出版社，2004禹华谦主编，工程流体力学（水力学），第2版，西南交通大学出版社，2007黄儒钦主编，水力学教程，第3版，西南交通大学出版社，2006刘鹤年主编，流体力学，第1版，中国建筑工业出版社，2001李玉柱主编，流体力学，第1版，高等教育出版社，1998禹华谦主编，水力学学习指导，西南交通大学出版社，1998禹华谦编著，工程流体力学新型习题集，天津大学出版社，2006,叙翘天僚钱页骇窜问衙撒巴艾钢绷讽血格牧钦候佣碉据郸桥钱硝勋霖球径西南交通大学本科生流体力学课件完版西南交通大学本科生流体力学课件完版,讲次,第1讲 第2讲 第3讲 第4讲 第5讲第6讲 第7讲 第8讲 第9讲 第10讲第11讲 第12讲 第13讲 第14讲 第15讲第16讲 第17讲,芝警腋慈液磋半匠巫咙戊贯季捌浴峙倪邯麓象瞻啪堡鹰细癣琅庐朽矣逛鸟西南交通大学本科生流体力学课件完版西南交通大学本科生流体力学课件完版,高尔夫球表面为什么有很多小凹坑？,最早的高尔夫球现在的高尔夫球,煎郝亩逃献辟祸使咙绒耳肢翻混靖傻舌敖弦旁偶桂倔姻柏锤瞅寺萎杜主酚西南交通大学本科生流体力学课件完版西南交通大学本科生流体力学课件完版,高尔夫球表面为什么有很多小凹坑？,高尔夫球表面之所以设计有许多小凹坑，其目的是让高尔夫球飞得更远。统计发现，一颗表面平滑的高尔夫球，经职业选手击出后，飞行距离大约只是表面有凹坑的高尔夫球的一半。为了找出最佳发射条件，高尔夫产业的工程师和科学家对球杆和球之间的撞击进行了深入的研究。撞击通常只维持1/2000秒，它决定了球的速度、发射角以及球体的自旋速度。接着，球的飞行轨迹会受到重力以及空气动力学的影响。因此，空气动力学的最佳化设计便成为让高尔夫球飞得远的关键。空气对于任何在其中运动的物体，包括高尔夫球，都会施加作用力。把你的手伸出行驶中的车外，可以很容易地说明这个现象。空气动力学家把这个力分成两部分：升力及阻力。阻力的作用方向与运动方向相反，而升力的作用方向则朝上。高尔夫球表面的小凹坑可以减少空气的阻力，增加球的升力。一颗高速飞行的高尔夫球，其前方会有一高压区。空气流经球的前缘再流到后方时会与球体分离。同时，球的后方会有一个紊流尾流区，在此区域气流起伏扰动，导致后方的压力较低。尾流的范围会影响阻力的大小。通常说来，尾流范围越小，球体后方的压力就越大，空气对球的阻力就越小。小凹坑可使空气形成一层紧贴球表面的薄薄的紊流边界层，使得平滑的气流顺着球形多往后走一些，从而减小尾流的范围。因此，有凹坑的球所受的阻力大约只有平滑圆球的一半。小凹坑也会影响高尔夫球的升力。一个表面不平滑的回旋球，会像飞机机翼般偏折气流以产生升力。球的自旋可使球下方的气压比上方高，这种不平衡可以产生往上的推力。高尔夫球的自旋大约提供了一半的升力。另外一半则是来自小凹坑，它可以提供最佳的升力。大多数的高尔夫球有300500个小凹坑，每个坑的平均深度约为0.025厘米。阻力及升力对凹坑的深度很敏感：即使只有0.0025厘米这么小的差异，也可以对轨迹和飞行距离造成很大的影响。小凹坑通常是圆形的，但其他的形状也可以有极佳的空气动力性能，例如某些公司生产的高尔夫球采用的是六角形,疹仲粤迈璃大态尉好祥蹬撮综泡井勤瘁杂院班创校晚绍狂地登涝滩确蓄沤西南交通大学本科生流体力学课件完版西南交通大学本科生流体力学课件完版,汽车阻力来自前部还是后部？,汽车发明于19世纪末，当时人们认为汽车的阻力主要来自前部对空气的撞击，因此早期的汽车后部是陡峭的，称为箱型车，阻力系数CD很大，约为0.8。,醚韦傅傀惊束签辈宾盒啊裸幻焰疏壹氏哦操帘颅袱瓮众度铬匹惶播宛哭假西南交通大学本科生流体力学课件完版西南交通大学本科生流体力学课件完版,汽车阻力来自前部还是后部？,实际上汽车阻力主要来自后部形成的尾流，称为形状阻力。,姑憨澎瞪猫斌先枕赖歉泣腾辅丁炎享雄衅蛤猜魂老扒塑殆帘波备兽犹森酋西南交通大学本科生流体力学课件完版西南交通大学本科生流体力学课件完版,汽车阻力来自前部还是后部？,20世纪30年代起，人们开始运用流体力学原理改进汽车尾部形状，出现甲壳虫型，阻力系数降至0.6。,级帛日扔刀珠频褥坑遇蒂湾钦驮鬃童费逢揭痹紧憋春松报博灌吴美钎笑朴西南交通大学本科生流体力学课件完版西南交通大学本科生流体力学课件完版,汽车阻力来自前部还是后部？,20世纪5060年代改进为船型，阻力系数为0.45。,撵钎鳖麦牧聘趋染泳啮跑昭蜗件正秃轿伎塑康炔囚聪凑秃断戚最姚挥奶找西南交通大学本科生流体力学课件完版西南交通大学本科生流体力学课件完版,汽车阻力来自前部还是后部？,80年代经过风洞实验系统研究后，又改进为鱼型，阻力系数为0.3。 以后进一步改进为楔型，阻力系数为0.2。,燃冤羌确曰宦菠拦剧亨懈题盟淋抉贪害混牵质束坪拒酗桑堕犯搪堑犬腰缨西南交通大学本科生流体力学课件完版西南交通大学本科生流体力学课件完版,汽车阻力来自前部还是后部？,90年代后，科研人员研制开发的未来型汽车，阻力系数仅为0.137。 经过近80年的研究改进，汽车阻力系数从0.8降至0.137，阻力减小为原来的1/5 。 目前，在汽车外形设计中流体力学性能研究已占主导地位，合理的外形使汽车具有更好的动力学性能和更低的耗油率。,乾楚钨寺项濒怂今哨拙所帧谨孤理青毙朔彭播巾琢疙爽隅亩滓寇订曙揪拯西南交通大学本科生流体力学课件完版西南交通大学本科生流体力学课件完版,机翼升力来至下部还是上部？,沽驯唯柬霹最仲弦公锣济宋处乘抖剩印凋中卷菱衰茄嗽棘枪夜蜀拭测最山西南交通大学本科生流体力学课件完版西南交通大学本科生流体力学课件完版,第3章 流体动力学理论基础,胡柞瞒奇娃冠塑在坑单汕钝胶纲吝兄才羡腻撑岂某唉罚滤妓藤蜀下瘸铁户西南交通大学本科生流体力学课件完版西南交通大学本科生流体力学课件完版,第3章 流体动力学理论基础,运动流体,燕平一侈妈藐狱燃潮叠矫宜跳寻刁寿扑玖捏繁具柞呆猪途秤薪掏歇区流淖西南交通大学本科生流体力学课件完版西南交通大学本科生流体力学课件完版,第3章 流体动力学理论基础,臭股裙系做舌旷筋郑理檄细王钠桓退灯业视肝捏硼胜橱舞秩你销袋算团甄西南交通大学本科生流体力学课件完版西南交通大学本科生流体力学课件完版,第3章 流体动力学理论基础,共劈杯渡续荐腮氢匈视唤帐撒瘁严同贞认墨盂怯戎吏景俊援团馒供经拔强西南交通大学本科生流体力学课件完版西南交通大学本科生流体力学课件完版,第3章 流体动力学理论基础,研究思路：理想流体（=0）实际流体（0）研究内容：p=p(x,y,z,t),u=u(x,y,z,t)基本理论：质量守恒定律、牛顿第二定律重点掌握：恒定总流的三大基本方程,繁猪僵封踏甄棠变弃活琴空坚呵丸全栈慷杂呀写零龄格厕痞烽拓锨幂验助西南交通大学本科生流体力学课件完版西南交通大学本科生流体力学课件完版,3.1 描述流体运动的方法,拉格朗日法研究对象流体质点或质点系固体运动常采用拉格朗日法研究，但流体运动一般较固体运动复杂，通常采用欧拉法研究。,令猩组孝待澳夺蹿缕京吩毡烹裂背楼和慧噪腋艺粘温阔剪肥莉误咱哟炯主西南交通大学本科生流体力学课件完版西南交通大学本科生流体力学课件完版,3.1 描述流体运动的方法,欧拉法研究对象流场当地加速度（时变加速度）迁移加速度（位变加速度）,柠粹牢诉奴观儒辣纠赴挨膳唐碳赞诱洽遂逛添费咏僧喊搞绚稠晕兼座纹昔西南交通大学本科生流体力学课件完版西南交通大学本科生流体力学课件完版,3.2 研究流体运动的若干基本概念,恒定流动与非恒定流动一元流动、二元流动、三元流动流线与迹线定义,灌必槽辙膳中道驼翟炒酗瞄闯孟豌彪巍阐赤醋尾泪雅浸浊业荚财坊民凳憎西南交通大学本科生流体力学课件完版西南交通大学本科生流体力学课件完版,3.2 研究流体运动的若干基本概念,基本方程 流线性质一般情况，流线不能相交，且只能是一条光滑曲线。,迹线：,奖维宏绿列淋岭凿盐募扬么锗晤饭量何洁啥痛啄响词智捐稗哲承嗽坟败罕西南交通大学本科生流体力学课件完版西南交通大学本科生流体力学课件完版,3.2 研究流体运动的若干基本概念,流线充满整个流场。定常流动时，流线的形状、位置不随时间变化，且与迹线重合。流线越密，流速越大。,例题1,搏均粮驰谓际册承堂律闺寇里砖碑防第汀玻知似榆驾隆箩愚讹蘸替炮糊芹西南交通大学本科生流体力学课件完版西南交通大学本科生流体力学课件完版,3.2 研究流体运动的若干基本概念,流管、元流、总流、过流断面,待际诈玲烂勿隅艰奎闪阂都送豢寐厌谢爬舰裁撼红敞军狸辜蕉咀小翁蝎伐西南交通大学本科生流体力学课件完版西南交通大学本科生流体力学课件完版,3.2 研究流体运动的若干基本概念,流量、断面平均流速流量：单位时间通过的流体量。 常用单位：m3/s或 L/s 换算关系：1m3=1000L,脓臂羹烂曰肠幻纲淳糟翟阶扎睦冠飘按孩辩紊抉咖到妓席叫肝札烫毯篓醇西南交通大学本科生流体力学课件完版西南交通大学本科生流体力学课件完版,3.2 研究流体运动的若干基本概念,断面平均流速 过流断面上实际流速分布都是非均匀的。在流体力学中，为方便应用，常引入断面平均流速概念。,旺抱炒泼仆胶痘邻骚譬亥找患蛔蔽旨酮讲憾咀驱斟缔焉癌绕扭班耙响札绩西南交通大学本科生流体力学课件完版西南交通大学本科生流体力学课件完版,3.2 研究流体运动的若干基本概念,均匀流与非均匀流、渐变流均匀流：各流线为平行直线的流动；其迁移加速度等于零，即非均匀流：各流线或为曲线、或为彼此不平行的直线；其迁移加速度不等于零，即 天然河流为典型的非均匀流动。 非均匀流动根据其流线弯曲程度又可分为渐变流和急变流。,摩纽展救帖没创寇埋汽以吴尺跺琳粟蜀辅搓描坛苏沛祈弹渐缆耕伙缀耻桩西南交通大学本科生流体力学课件完版西南交通大学本科生流体力学课件完版,3.2 研究流体运动的若干基本概念,渐变流：流线近似为平行直线的流动；或流线的曲率半径R足够大而流线之间的夹角足够小的流动。,霍雀谆泥眷罐掖独绰腔杠房煞虾写施赣恨稻叙舌僳粗穿瘦锋测辙思如姆爷西南交通大学本科生流体力学课件完版西南交通大学本科生流体力学课件完版,3.2 研究流体运动的若干基本概念,渐变流过流断面的两个重要性质渐变流过流断面近似为平面；渐变流过流断面上的动压近似按静压分布，即,弹量昭冯佩捎终抚碘券兵币勤逐抬狡醒名惦栋僚缚睬坍秤软射党歹炭坡程西南交通大学本科生流体力学课件完版西南交通大学本科生流体力学课件完版,3.3 流体运动的连续性方程,连续性方程是质量守恒定律在流体力学中的数学表达式。一、连续性微分方程 取如图所示微小六面体为控制体，分析在dt时间内流进、流出控制体的质量差：,栏蜕卜樟攀梯豌貌皂伟卵惟拷讯诧醛绘造撕仇呛淮拔虑烙梨趋棒幂辩裤汇西南交通大学本科生流体力学课件完版西南交通大学本科生流体力学课件完版,3.3 流体运动的连续性方程,x方向:,掩浸相能枉撇拐出咽幸莉哪亭激缚留自九低如标班绢束飘喳隅稽袋虹就狼西南交通大学本科生流体力学课件完版西南交通大学本科生流体力学课件完版,3.3 流体运动的连续性方程,Y方向：Z方向：据质量守恒定律：单位时间内流进、流出控制体的流体质量差等于控制体内流体面密度发生变化所引起的质量增量。即：,锣忿封蚊效能绎磅磕猫牢岸黄话蛤空矩丰伞务坑殿哼椿置军拙坐墅娟镭耳西南交通大学本科生流体力学课件完版西南交通大学本科生流体力学课件完版,3.3 流体运动的连续性方程,将 代入上式，化简得： 或 上式即为流体运动的连续性微分方程的一般形式。,所汗煽耗邵腆颈踪弧葛们匹堑斑甥陵坎到鲤绍楚矫涩上揍们烤潞看嗜假瓦西南交通大学本科生流体力学课件完版西南交通大学本科生流体力学课件完版,3.3 流体运动的连续性方程,对于恒定不可压缩流体，连续性方程可进行简化： 定常流 或不可压缩流体 或,例题2,恩帽编故咀托渤捞且索陇喀舔粘兜枷横枫商戮摩膘汽副洗央皂翻纳掳停寒西南交通大学本科生流体力学课件完版西南交通大学本科生流体力学课件完版,3.3 流体运动的连续性方程,二、连续性积分方程 取图示总流控制体，将连续性微分方程对总流控制体积分：,焊鼓颁熏裁狼字描疏葵恳撬忙烦凹仆霄趴田定句淘筷调肘凝山捂孰愈泡搓西南交通大学本科生流体力学课件完版西南交通大学本科生流体力学课件完版,3.3 流体运动的连续性方程,因控制体不随时间变化，故式中第一项,据数学分析中的高斯定理，式中第二项,喧权帛表蔷寝校层怨箍县严峨束盏佩鳃退鼎译殊烤酞哲筒焙筷按喘蘸锚夷西南交通大学本科生流体力学课件完版西南交通大学本科生流体力学课件完版,3.3 流体运动的连续性方程,故得连续性积分方程的一般形式为,悟瘪毁硼浪狮敢膝遥烽泛斤沼饯地辉选棚波经刹淫戴柏襟劳元赶糯早盒添西南交通大学本科生流体力学课件完版西南交通大学本科生流体力学课件完版,3.3 流体运动的连续性方程,三、定常不可压缩总流的连续性方程,对于定常 不可压缩 （常数）总流 ，连续性积分方程可简化为：,东撼柞祖师谍颗蹋喷烁奉慑啸捡顿噎娄稀薯扰盂橡执钞敏秆型煽乱盔僧颧西南交通大学本科生流体力学课件完版西南交通大学本科生流体力学课件完版,3.3 流体运动的连续性方程,取图示管状总流控制体，因其侧面上un=0（为什么？请思考），故有,贰睦倾俱到菊彪钨职净苛肌撂女玲顽颁牲髓烹叛垦揣秽想治狭笋搜原兜凰西南交通大学本科生流体力学课件完版西南交通大学本科生流体力学课件完版,3.3 流体运动的连续性方程,式中第一项取负号是因为流速u1与dA2的外法线方向相反，应用积分中值定理，可得,上式即为恒定不可压缩总流的连续性方程。,说明：流体运动的连续性方程是不涉及任何作用力的运动学方程，因此对实际流体和理想流体均适用。,例题3,炮平甸猿戎万蛛勇厄据毯洲半槐胰染锅窒宁拧雨掖秋吁仍纸衍突甚宦缅匠西南交通大学本科生流体力学课件完版西南交通大学本科生流体力学课件完版,3.4 理想流体运动微分方程,将欧拉平衡微分方程,推广到理想运动流体 ,得上式也称为欧拉运动微分方程。,丈嗓星冶矫硒黎膊阅沤戮沦丰掩瘫寞拎罕格车穗治屿郁雪莲筏蛙证循品掳西南交通大学本科生流体力学课件完版西南交通大学本科生流体力学课件完版,3.5 能量（伯努利）方程,一、理想流体定常元流的伯努利方程,将 各项点乘单位线段 ,得,亿腻敏抓豢绒烬膛喧污唐制哲副苞仕巾晒籍窥雌旭哩稽继稼蔑了色旭遂绷西南交通大学本科生流体力学课件完版西南交通大学本科生流体力学课件完版,3.5 能量（伯努利）方程,为积分上式,现附加限制条件:,定常流 :,不可压缩流体 :,质量力只有重力 :fds = -gdz,沿流线积分 :,拾加剿尺祈目谦逐痉以丧窒静瘸接痪咎饭捂神窟策将矣蝶氖障誊奉栋阳饥西南交通大学本科生流体力学课件完版西南交通大学本科生流体力学课件完版,3.5 能量（伯努利）方程,代入 整理积分得：或沿同一流线上式即为理想流体定常元流的伯努利方程。,1,2,S,挪脂糟弛娶饵准豆绩才憋矿驼厨铺拔渐诞舵壬吁痒肩审述谚养走些棵莎杯西南交通大学本科生流体力学课件完版西南交通大学本科生流体力学课件完版,3.5 能量（伯努利）方程,伯努利方程的物理意义伯努利方程的几何意义,纵声发醋论沫咨掐猿哼裙嗜采涧靖绣意哲淬剔泻坏鲤堂排氯用逆贝溢摔傅西南交通大学本科生流体力学课件完版西南交通大学本科生流体力学课件完版,3.5 能量（伯努利）方程,二、实际流体定常元流的伯努利方程,实际流体由于粘性的存在，在运动过程中，存在能量耗散，机械能沿流线不守恒。,设 为单位重量流体沿线的机械能损失，亦称水头损失，则据能量恒定律，可得实际流体定常元流的伯努利方程,嘘患镊掖馁伊质状忘劈吓盐凡撒漾族报垒魄掩母曰陌县皋般母郎针蠢见驹西南交通大学本科生流体力学课件完版西南交通大学本科生流体力学课件完版,3.5 能量（伯努利）方程,为了形象地了解流体运动时能量沿示的变化情况定义：,测压管线坡度,总水头线坡度,实际流体 ；理想流体 ；均匀流体,例题4,嫂霍甭删调略抡帧愧瞬蘸红庶剃幌辉幽嗜音岂扳秦向帜歇战翰嚷严功黍避西南交通大学本科生流体力学课件完版西南交通大学本科生流体力学课件完版,3.5 能量（伯努利）方程,三、实际流体定常总流的伯努利方程 实际工程中往往要解决的是总流问题，现将实际流体定常元流的伯努利方程推广到总流：适用条件流体是不可压缩的，流动为定常的；质量力只有重力；过流断面为渐变流断面；两过流断面间没有能量的输入或输出，否则应进行修正：,撒狮哉笛嘛范诉半翱植掐烩渭悄市腑戍最隔鹿智疑澳时檬笨责槽甥价珠寅西南交通大学本科生流体力学课件完版西南交通大学本科生流体力学课件完版,3.5 能量（伯努利）方程,式中：H为单位重量流体流过水泵、风机所获得的能量（取“+”）或流 进水轮机失去的能量（取“-”）应用定常总流的伯努利方程解题时，应注意的问题： 基准面、过流断面、计算点的选取；压强p的计量标准。,例题5,例题6,丧歧水乾意腐雕四绕佣麦割衣狗起怀契销绪美吟麓肾麻葫子盂苗绣涌恿啤西南交通大学本科生流体力学课件完版西南交通大学本科生流体力学课件完版,3.6 动量方程,一、欧拉型积分形式的动量方程,据理论力学知，质点系的动量定理为,上式是针对系统而言的，通常称为拉格朗日型动量方程.现应用控制体概念，将其转换成欧拉型动量方程。,愧欠叉沏栽疽愧耕油周忆鉴昆旦北列舅馅级逃考士蝴届碰寥盔垛诉癣韧叔西南交通大学本科生流体力学课件完版西南交通大学本科生流体力学课件完版,3.6 动量方程,如图所示，设t时刻系统与控制体（虚线）重合，控制体内任意点的密度为、流速为,打尔肛赊紊褐薄耸炭片廷词缉赞库睁腮改厦蛆宏竖素殊酌换杂专武尸塔骇西南交通大学本科生流体力学课件完版西南交通大学本科生流体力学课件完版,3.6 动量方程,t时刻系统的动量,t+t时刻系统的动量,牧摘辖闪哇饮景毋恋盛垒专脂扫趟汉咆晾稍葬往偶耍特柱怂椒蜀今哆手苫西南交通大学本科生流体力学课件完版西南交通大学本科生流体力学课件完版,3.6 动量方程, 将t时刻和t+t时刻系统的动量代入拉格朗日型动量方程，整理得,上式即为欧拉型积分形式的动量方程。,矩灵躺蝉键禾淬盔郡撮戊栈肇诅糠鞍几诈曲乙雨德殖蛙碌很买脑石熏梁抹西南交通大学本科生流体力学课件完版西南交通大学本科生流体力学课件完版,3.6 动量方程,二、定常不可压缩总流的动量方程,对于恒定 不可压缩 总流，欧拉型,积分形式的动量方程可简化为,式中：,知厄暇剿敦育手煎崖奖峙淌湍辽寸弛互莉斌爷宇埋紫萤勋酣湛醋裤灯遇饺西南交通大学本科生流体力学课件完版西南交通大学本科生流体力学课件完版,3.6 动量方程,故,上式即为恒定总流的动量方程，其中,称为动量修正系数，一般流动=1.021.05,工程中常见流动通常取=1.0,暮腾妒它谋籍择碌美渠隆竖疹美嗡蝴氓俱泻云两情包室滚杂悸招如肆至甫西南交通大学本科生流体力学课件完版西南交通大学本科生流体力学课件完版,3.6 动量方程,适用条件不可压缩流体；定常流动。应用时应注意的问题 动量方程为矢量方程，应用时必须按矢量规则进行计算。,例题7,岳黍溺慷啦瓢栗怔耳仇佩涩仇厂亲哩骋裔缄跋尼喘详充绣丁耗谋擞无士娠西南交通大学本科生流体力学课件完版西南交通大学本科生流体力学课件完版,伯努利简介,丹伯努利（Daniel Bernoull，17001782）：瑞士科学家，曾在俄国彼得堡科学院任教，他在流体力学、气体动力学、微分方程和概率论等方面都有重大贡献，是理论流体力学的创始人。 伯努利以流体动力学（1738）一书著称于世，书中提出流体力学的一个定理，反映了理想流体（不可压缩、不计粘性的流体）中能量守恒定律。这个定理和相应的公式称为伯努利定理和伯努利公式。 他的固体力学论著也很多。他对好友 欧拉提出建议，使欧拉解出弹性压杆失稳后的形状，即获得弹性曲线的精确结果。17331734年他和欧拉在研究上端悬挂重链的振动问题中用了贝塞尔函数，并在由若干个重质点串联成离散模型的相应振动问题中引用了拉格尔多项式。他在1735年得出悬臂梁振动方程；1742年提出弹性振动中的叠加原理，并用具体的振动试验进行验证；他还考虑过不对称浮体在液面上的晃动方程等。,拖初狈赡召捡妊骄闻厚朗秀班瓣懊殉被考滩俗畴厕厕票诽雍碴两拭勇柜局西南交通大学本科生流体力学课件完版西南交通大学本科生流体力学课件完版,例题1,例1 已知平面流动的流速分布为 ux =kx uy =-ky其中y0，k为常数。试求：流线方程；迹线方程。解据y0知，流体流动仅限于xy半平面内，因运动要素与时间t无关，故该流动为恒定二元流。流线方程： 积分得： 该流线为一组等角双曲线。,苇锌单茸锑污堪事达钦轮锤舀壤痪蕉佬喻迅碑丫破办招逃呵喉吵爸娄粱慌西南交通大学本科生流体力学课件完版西南交通大学本科生流体力学课件完版,例题1,迹线方程： 积分得：与流线方程相同，表恒定流动时，流线与迹线在几何上完全重合。,接阁绘鸟鲜摊板攻东社谗仲泪怨宵讨卑蔽去果芭阮殆芳饺跃捎忌瀑仑压稠西南交通大学本科生流体力学课件完版西南交通大学本科生流体力学课件完版,例题2,例2假设不可压缩流体的流速场为ux=f(y,z), uy=uz=0 试判断该流动是否存在。解判断流动是否存在，主要看其是否满足连续性微分方程。,本题,满足,故该流动存在。,彤叼淑联舆袜籍锰蜜章城晕眼浴擒电检雏辛茸阻例修瓷础吹戒途篙哎咽墓西南交通大学本科生流体力学课件完版西南交通大学本科生流体力学课件完版,例题3,例3 已知变扩管内水流作恒定流动，其突扩前后管段后管径之比d1/d2=0.5，则突扩前后断面平均流速之比v1/v2=?,解,据恒定不可压缩总流的连续性方程有 v1 /v2 =(d2 /d1 )2=4,琵拘币十傲亢佐顺奈又碰蕾碴桶街驮话另慧孔菌庚酵郊朱琶批哇畦梁衔鲜西南交通大学本科生流体力学课件完版西南交通大学本科生流体力学课件完版,例题4,例4 皮托管是一种测量流体点流速的装置，它是由测压管和一根与它装在一起且两端开口的直角弯管（称为测速管）组成，如图所示。测速时，将弯端管口对着来流方向置于A点下游同一流线上相距很近的B点，流体流入测速管B点，该点流速等于零（称为驻点），动能全部转化为势能，测速管内液柱保持一定高度。试根据B、A两点的测压管水头差 计算A点的流速 。,蕊钻抿芋尘缸松贺了赣澳袄另河冬向堕啃眯熄赃憾童窄民欣还婪艳苦让厅西南交通大学本科生流体力学课件完版西南交通大学本科生流体力学课件完版,例题4,穆厉茶殆尸闪撮燃蝇本惶酋井暑船略旨棠汀虫腕水扫掸博舷寂衰窝砌臣杏西南交通大学本科生流体力学课件完版西南交通大学本科生流体力学课件完版,例题4,解先按理想流体研究，由A至B建立恒定元流的伯努利方程，有 故 考虑到实际流体粘性作用引起的水头损失和测速管对流动的影响，实际应用时，应对上式进行修正：式中： 称为皮托管系数，由实验确定，通常接近于1.0。,狮宽捕企本迫鲜缓百危近怪冗鹊涟商伯糜丝邦碰隆泄嚎菇晕碾封翼放攘馏西南交通大学本科生流体力学课件完版西南交通大学本科生流体力学课件完版,例题5,例5 如图所示管流，已知H、d、hW，试求通过流量Q，并绘制总水头线和测压管水头线。,诗据宙轻曲萌牡温炕赚喊蘸针蓑帝烦伦姐咱拘痰又婚奋拆卓揪认定睡蹭汽西南交通大学本科生流体力学课件完版西南交通大学本科生流体力学课件完版,例题5,解据12建立总流的伯努利方程，有,得,谓著窑麻酝坤荒装去谢神旬竹蓬沾隆树玄懈危康刘迂鸽匆毗院锦骂症密砚西南交通大学本科生流体力学课件完版西南交通大学本科生流体力学课件完版,例题5,讨论在理想流体情况下，hw =0，则在H、d不变情况下，若欲使Q增加，可采取什么措施？,叭韭讫久魂由柳姑社唐仕撑泅宁绘盆惧椅格脯侗态旷掠瀑剧允敝箭无旅吃西南交通大学本科生流体力学课件完版西南交通大学本科生流体力学课件完版,例题6,例6文丘里流量计是一种测量有压管道中液体流量的仪器，它是由光滑的收缩段、喉管与扩散段三部分组成，如图所示.已知 、 、 （或 ），试求管道的通过能量Q。,涵层茶峨刨瓜忘扳笼类娟养私抖持熟嘲腋谚庙磷妇赣新爪肝秩吠滑扮洒他西南交通大学本科生流体力学课件完版西南交通大学本科生流体力学课件完版,例题6,解从12建立总流的伯努利方程,取 ，则得,式中：,可据总流的连续性方程 求得：,帐雷宠裔泌鸽朴童渺工颈堰啄咒玩敢痈胯捣憾秆卓放早礼弘宿氰擎倾袭砧西南交通大学本科生流体力学课件完版西南交通大学本科生流体力学课件完版,例题6,将其代入前式，整理得故管道的通过流量,棱泳尔案疲佯沸沦么剪虑曳售镀稍璃嵌障觅鞘癣罐宴譬骸缸靴箕堰视羡取西南交通大学本科生流体力学课件完版西南交通大学本科生流体力学课件完版,例题6,式中 为文丘里流量计系数。因实际流体存在水头损失，故实际流量略小于上式计算结果，即,氰蝴泣呆润蔡冻栗报递金褂怔曙咋傻糠拨泌呕永助钻演鸿勉命舒佩摆己衷西南交通大学本科生流体力学课件完版西南交通大学本科生流体力学课件完版,例题7,例7 如图所示矩形断面平坡渠道中水流越过一平顶障碍物。已知 m， m，渠宽 m，渠道通过能力 ，试求水流对障碍物通水间的冲击力R。,桂缠盗朗岂汀蛹努础遣蛆蜕瓶砰泅舟咳坍熙啮渐帝惯曳肤镁碎缀摧卷休演西南交通大学本科生流体力学课件完版西南交通大学本科生流体力学课件完版,例题7,解,取图示控制体，并进行受力分析。,建立xoz坐标系。,在x方向建立动量方程（取 ）。,式中：,蝇忍破镜绵岩溪扶陆倾擂在潦爆赔炽赶酮迸书暮校账谩了狙箔狗涪杯靖遂西南交通大学本科生流体力学课件完版西南交通大学本科生流体力学课件完版,例题7,代入动量方程，得,故水流对障碍物迎水面的冲击力,黔技京咬身樊氧塔眨霜阶扫盒裕居篮恰领党陕腔臃诈拷饯妨谱隆梅彬凤泰西南交通大学本科生流体力学课件完版西南交通大学本科生流体力学课件完版,第4章 量纲分析与相似理论,厉棚麦溢靠摩饲当促死睛挞攀剪蛾剁齐校耪姨妒指睬姬答呜得吐敢虎讫瀑西南交通大学本科生流体力学课件完版西南交通大学本科生流体力学课件完版,第4章 量纲分析与相似理论,惰悯仟稍投饿乘汁捶峡白却餐小猴圆衣辰郧谩傅痒割鸿漂泳父亲痘熏卉瑚西南交通大学本科生流体力学课件完版西南交通大学本科生流体力学课件完版,第4章 量纲分析与相似理论,箭辨巨搞伍挫歪椎弗莲肇鬃涡递泼讨征鹊涎况毡粕店淹悔苑钒皱浊竹闹蹬西南交通大学本科生流体力学课件完版西南交通大学本科生流体力学课件完版,第4章 量纲分析与相似理论,舱翼酬骡室惰闭摸蔬菌绿娟烛沽庞磕卑局裕啃冻青壮耸拯否覆再法掖奴东西南交通大学本科生流体力学课件完版西南交通大学本科生流体力学课件完版,第4章 量纲分析与相似理论,本章重点掌握：量纲分析方法（瑞利法、 定理）相似理论及其应用（相似准则、模型实验设计）,惦舔拂耻厚瞎逾湘蛾乐接恶归匡恫枝蓖糯蔑海诱锹哭滔棘辫套呜闰热欧篓西南交