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流体的运动共49张PPT

目录

流体运动基本概念

流体静力学原理

流体动力学基础

管道内流动特性分析

明渠中水流运动规律探讨

渗流现象及其在工程中的应用

总结与展望

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流体运动基本概念

Chapter

流体是指在外力作用下，能够连续变形并流动的物质。它包括液体和气体两种状态。

流体具有易流动性、无固定形状、抗压性、表面张力等特性。其中，易流动性是流体最显著的特点，使其能够适应容器的形状并传递压力。

流体特性

流体定义

层流

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层流是指流体在流动过程中，各质点沿着一定的轨迹做有规则的平滑运动。层流具有流速分布均匀、流线平行且连续、质点间无相互混杂等特点。

湍流

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湍流是指流体在流动过程中，各质点做无规则的、相互混杂的运动。湍流具有流速分布不均匀、流线曲折且不连续、质点间相互混杂等特点。

过渡流

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过渡流是介于层流和湍流之间的一种流动状态，具有两者的某些特点。在过渡流中，流体的流动既不完全符合层流的规则性，也不完全呈现湍流的混乱性。

粘性力是流体内部相邻两层之间因速度不同而产生的内摩擦力。粘性力的大小与流体的性质、温度和压力等因素有关。粘性力的存在使得流体在流动过程中产生能量损失。

表面张力是流体表面层由于分子引力不均衡而产生的沿表面作用于任一界线上的张力。表面张力的大小与流体的性质和温度等因素有关。表面张力的存在使得流体能够维持自身形状并抵抗外部力的作用。

粘性力

表面张力

02

流体静力学原理

Chapter

垂直作用于单位面积上的力，用符号$p$表示，单位是帕斯卡（Pa）。

压力

流体中某点的压力与该点处流体密度的比值，用符号$rho$表示，单位是千克每立方米（kg/m³）。

压强

$p=rhogh$，其中$g$是重力加速度，$h$是该点距流体自由表面的垂直距离。

压力与压强的关系

浮力

船舶

潜水艇

热气球

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浸在流体中的物体受到流体竖直向上的托力，其大小等于物体排开的流体的重力。

利用水的浮力使船舶漂浮在水面上。

通过改变自身重力来实现上浮或下潜。

利用空气的浮力使气球升空。

静止流体中同一水平面上的压力相等。

静止流体中压力随深度的增加而增加，且在同一深度处各个方向上的压力相等。

静止流体中不同深度的压力差与这两点间的高度差和流体的密度有关，即$Deltap=rhogDeltah$。

03

流体动力学基础

Chapter

描述流体在管道中流动时，单位时间内流入和流出控制体的质量流量保持相等的方程。

连续性方程

描述流体在重力场中的流动，表达了在不可压缩、无黏性流体中，速度增加则压力降低；速度减小则压力增加的规律。

伯努利方程

动量定理

描述流体微团动量变化率的定理，即流体微团动量的变化率等于作用在该微团上各种外力的合力。

动量矩定理

描述流体对某点或某轴的动量矩变化率的定理，即流体对某点或某轴的动量矩的变化率等于作用在该流体上各种外力对该点或该轴的力矩之和。

涡旋运动

指流体在流动过程中绕某一中心旋转的流动现象。涡旋中心压力低，易产生空化现象。

涡街现象

当流体流过非流线型物体时，在物体两侧交替产生旋涡，旋涡不断脱落并在下游形成涡街的现象。涡街流量计就是基于这种原理来测量流量的。

04

管道内流动特性分析

Chapter

流体在管道内分层流动，各层之间互不干扰，流速分布呈现抛物线状，靠近管壁处流速为零，管道中心流速最大。

层流现象

流体在管道内呈现无规则、混乱的流动状态，流速分布不均匀，存在涡旋和横向流动，导致能量损失和流动阻力增加。

湍流现象

沿程损失定义

流体在管道内流动时，由于摩擦阻力和其他因素引起的能量损失。

计算方法

根据流体力学原理，采用达西公式或莫迪图等方法计算沿程损失。其中，达西公式适用于层流状态，莫迪图适用于湍流状态。

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产生原因：流体在管道内流动时，遇到突然扩大、缩小、弯曲或分支等局部障碍，导致流速分布改变和能量损失。

预防措施

优化管道设计，减少不必要的局部障碍；

采用合理的管道布局和连接方式；

控制流体速度和流量，避免过高的流速导致湍流和能量损失；

定期维护和清洗管道，保持管道内壁光滑和清洁。

05

明渠中水流运动规律探讨

Chapter

自然形成，河床和岸线不规则，水流受多种因素影响。

天然河道

人工明渠

涵洞和隧洞

人工开挖或建造，具有规则的几何形状，水流条件相对简单。

水流在封闭空间内流动，受边界条件限制，流速分布和能量损失有特定规律。

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02

01

流速沿程不变，水面线呈水平或倾斜直线，常见于长直渠道或水槽实验。

均匀流

流速沿程变化，水面线呈曲线，分为渐变流和急变流，常见于天然河道和复杂渠道。

非均匀流

当水流从急流过渡到缓流时，水面突然跃起，形成水跃，伴随能量损失和消能作用。

水跃现象

由于