辽宁石油化工大学工程流体力学第3章.pptVIP

第三章 流体动力学基础 ;第三章 流体动力学基础 ;第一节 流场及其描述流体运动的两种方法 ; 流体质点的速度可表述为 : 流体质点的加速度可表述为 :; 同样: 用拉氏法研究流体的运动，一般需要跟踪大量流体质点，因而比较困难和复杂，一般不采用这种方法。;二、欧拉法 1）方法概要 着眼点是流场的某个固定位点，观察不同流体质点流经该点时的参数变化情况。由于欧拉法着眼于流场固定点，所以又叫“站岗法”。 2）研究对象 流场 3）运动描述 流速场: ux/?t表示流体质点在某点（x,y,z）的速度随时间的变化率，称为当地加速度 表示流体运动到相邻点时的速度变化率，称之为迁移加速度 ; 第二节 流体运动基本概念;二元流动：流动参数与两个空间变量有关.如平面流动就是二元流动。 三元流动：流动参数与三个空间变量有关 . 二、迹线和流线 1．迹线 迹线: 同一流体质点在一段时间内的运动轨迹线. 这就是质点的迹线微分方程式，其中t为独立变数。 ;2．流线 流线:某一瞬时，在流场中画出由不同流体质点组成的空间曲线，此瞬时在曲线上任一点的切线方向与该点的速度方向重合，这条曲线即为流线. 这便是流线微分方程式。对流线微分方程进行积分，可得流线表达式。 流线的一些性质: （1）在稳定流动时，流线与迹线重合。 （2）任意两条流线不能相交。 （ 3）流线密集的地方，表示该处的流速较大；稀疏的地方，表示该处流速较小。 ;三、流管、流束 1．流管 在流场中通过任意不与流线重合的封闭曲线上各点作流线而构成的管状表面. 因为流管是由流线围成的，所以从流线性质可以看出流管有下列特性： ⑴ 流体不能穿越流管表面，而仅能在流管内部流动或在其外部流动。 ⑵ 流管就象刚体管壁一样，把流体的运动局限在流管之内或者流管之外。 ⑶ 流管在流场内不能突然中断。 这是因为根据流体的连续性，在流管内部的流动不能突然消失。 2．流束 流束：流管内部全部流体的总合。 流束是由无穷多微元流束组成，通常又称它为总流。研究流体运动规律时，常常先找出微元流束上的运动规律，然后通过积分求出流束（或总流）的运动规律。 ;四、有效断面、湿周、水力半径和当量直径 1．有效断面 有效断面：在流束或在总流中，与所有流线相互垂直的断面。流线相互平行时，有效断面为平面；流线不平行时，有效断面为曲面。 2．湿周 湿周：在有效断面上，流体与固体边界接触部分的周长。一般用 表示。 3．水力半径和当量直径 水力半径：总流的有效断面面积与湿周之比，一般用 表示即： 当量直径：水力半径的4倍，一般用 表示，即：;五、流量、平均流速 1．流量 单位时间内通过流束有效断面的流体量称为流量。 国际单位为米3/秒（m3/s） 2．平均流速 通过某一断面上速度的平均值，即平均流速。 平均流速是一个假想的流速，在过流断面上每一点的实际流速，有大于也有小于平均流速的。在工程上进行管道计算时，广泛采用平均流速计算的方法，因此引入平均流速的概念，具有十分重要的意义。 ;六、缓变流和急变流 缓变流是指流场中流线之间的夹角比较小和流线曲率半径比较大的流动。 不同时具备上面两个条件的流动称为急变流。 ; 第三节 流体运动微团分析 ; 引入变量： 则可得到： 上式表明，任意点M的速度可由三部分组成，第一部分表示整体的平移运动，第二部分表示流体的变形（剪切变形和膨胀变形），第三部分表示流体的旋转运动。下面就它们的物理意义作进一步分析。;二、速度分解的物理意义 如图3-6所示，用在xoy面上的微小正方形 ABCD的运动情况来分析 等的物理意义。 通过计算得： 表示在x方向单位时间的伸长率， 即是由伸缩产生的变形速度，称为x方向 的膨胀（或收缩）速度，又叫线变形速度。 ;剪切变形可用角度变化量来表示 ： 正方形的角变形速度的一半定义为剪切（角）变形速度。 它的旋转角速度 ： 在yoz，zox平面上进行类似的讨论，同样可以得出和上述类似的结论。所以得出 为线变形速度， 为剪切变形速度， 为旋转角速度。 ; 第四节 流体流动的连续性方程;2．总流的连续性方程 总流是由微元流束组成的 因此有： 设 是该断面A上的平均速度 上式可写成： 上式为可压缩流体稳定流动总流的连续性方程。该式表明：可压缩流体作稳定流动时，在总流的任何两个有效断面上的质量流量相同。 对于不可压缩流体 ： 上式称为不可压缩流体稳定流动总流的