《材料工程基础》1.3、流体动力学.ppt

§1.3、流体动力学基础 教学内容 §1.3.1、流体流动的基本概念 §1.3.2、连续性方程 §1.3.3、伯努利方程及其应用 §1.3.4、动量方程及其应用 （3）流线和迹线有什么区别？ 迹线和流线最基本的差别是： 迹线是同一流体质点在不同时刻的位移曲线，与拉格朗日观点对应； 流线是同一时刻、不同流体质点速度矢量与之相切的曲线，与欧拉观点相对应。 即使是在恒定流中，迹线与流线重合，两者仍是完全不同的概念。 6、什么是流体动力学？（ fluid dynamics） 主要研究流体在力作用下的运动规律及其与边界的相互作用的科学。 本章所讨论的流体动力学限于一元稳定流动问题 流体动力学基本原理（basic theory of fluid dynamics） 概念 将物质运动的普遍原理（质量守恒、牛顿第二定律、机械能守恒、能量守恒、动量矩定理等）运用到流体运动上，即可得到流体运动过程中各种物理量之间的确定关系式，这些关系式即构成了流体动力学基本原理（基本方程）。 本章主要讨论一元稳定流动时，这些关系式的具体表达形式。 建立方法 通常采用欧拉法来建立流体动力学的基本原理，也就是在流场中任取一确定的空间作为研究对象，此空间称为控制体，控制体的边界称为控制面，不属于控制体的空间称为外界。考察该控制体各种守恒关系即可得到流体动力学的基本方程 §1.3.2、连续性方程 要求： 掌握连续性方程的表达式； 了解连续性方程的证明过程； 理解连续性方程的依据； 掌握连续性方程的应用 例2 §1.3.3、伯努利方程及其应用（掌握） §1.3.3、伯努利方程及其应用（掌握） 1．恒定微元流伯努利方程的形式？适用条件是什么？（掌握） 2．恒定微元流伯努利方程如何建立的？（了解） 3. 伯努利方程及各项的物理意义？（掌握） 4. 过流断面上的压强分布有何特征？（掌握） 5. 粘性流体伯努利方程的形式和适用条件是什么？ （掌握） 6．如何应用伯努利方程解决工程问题？（掌握） 1．恒定微元流伯努利方程的形式？适用条件是什么？（掌握） 恒定微元流能量方程证明（了解） 3. 理想流体伯努利方程式中的各项有何意义？（掌握） （1）各项物理意义和简称： 伯努利方程 （5）伯努利方程的讨论 流体处于静止状态，则伯努利方程变为： 6．如何应用伯努利方程解决工程问题？（掌握） - 控制虹吸管的顶高或压强 - 驻点问题 - 流速的测量原理（毕托管） 流量的测量原理 （孔板流量计、文丘里流量计、转子流量计） - 容器间相对位置的计算 - 管内流体任意点压强的计算——喷射泵原理 伯努利方程(能量方程)的解题步骤： 三选一列??（画图）? （1）选择基准面: 位能基准面必须与地面平行。若截面不是水平面，而是垂直于地面，则基准面应选垂直管中心线的水平面。 （2）选择两个过流断面： 两截面间流体应是恒定、连续流动； 所选断面上水流应符合渐变流的条件，但两个断面之间，水流可以不是渐变流。 （3）列能量方程解题? 注意与连续性方程的联合使用。 （4）工程简化。 注意：同一个方程，必须采用相同的单位标准。 伯努利方程的应用—控制虹吸管的顶高或压强 例3-1：虹吸管现象：如图所示的虹吸管泄水，已知断 面1,2及2,3的损失分别为 和 试求断面2的平均压强。 解：取0-0，列断面1，2的能量方程 1783年法国工程师Pitot发明的一种测定流体质点运动速度的装置 S型、 标准L型两种 （1）结构如图所示 由测压管和总压管组成 皮托管测速原理 （2）试建立流速公式 文丘里管分析 例3-6、容器间相对位置的计算 如附图所示，从高位槽向塔内进料，高位槽中液位恒定，高位槽和塔内的压力均为大气压。送液管为φ45×2.5mm的钢管，要求送液量为3.6m3/h。设料液在管内的压头损失为1.2m （不包括出口能量损失）， 试问高位槽的液位要高出进料 口多少米？ 例3-7、管内流体压力的计算——喷射泵原理 如附图所示，某厂利用喷射泵输送氨。管中稀氨水的质量流量为1×104kg/h，密度为1000kg/m3，入口处的表压为147kPa。管道的内径为53mm，喷嘴出口处内径为13mm，喷嘴能量损失可忽略不计，试求喷嘴出口处的压力。 1.3.4 动量方程及其应用 1．动量方程有哪些形式？（掌握） 动量方程有何意义？（了解） 2．动量方程如何建立的？ （了解） 适用条件是什么？（掌握） 3．如何应用动量方程解决工程问题？（掌握） 1、动量方程有哪些形式？（掌握） （1）背景：工程实际中有时还需要计算流体与固体相互作用的力。动量方程提供了流体与