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流体力学课件43第八章流体运动的动力相似

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流体力学 水力学 流体动力学 ppt课件

流体力学 水力学 流体动力学 ppt课件

C ,t5
6 1.5 6 8 4 12.9m / s2
5
2
PPT课件
12



例：已知速度场 u 4y 6xt i 6y 9xt j。试问：
（1）t=2s时，在（2,4）点的加速度是多少？
（2）流动是恒定流还是非恒定流？（3）流动
是均匀流还是非均匀流？
C
uA
当t 5s时,uc t5 6m / s
2m
B uB
x
aC
t 0

u t
C ,t 0 uC
u l
C ,t 0
6 1.5 1.5 2 1
5
2
1.65m / s2
PPT课件
11
ac

u t
c uc
u
l

c
u t
C ,t5
uC
u l
PPT课件
9
旅客抵达北京时，感受到的气温变化是：
dT T T l dt t l t
T u T t l
1 C / d 2000km / d 4 C 2000km
3 C / d
PPT课件
10
流动场中速度沿流程均匀地增加并随
时间均匀地变化 。A点和B点相距2m，C点在
动能改变：
Eu

1 2
mu22

1 2
mu12
外力：重力和动水压力。
PPT课件
34
dE

dm
1 2
u22

dm
1 2
u12
dQdt (u22 u12 )
22
dQdt ( u22 u12 )

流体力学基础讲解PPT课件

流体力学基础讲解PPT课件
措施。
05
流体流动的湍流与噪声
湍流的定义与特性
湍流定义
湍流是一种高度复杂的三维非稳态、带旋转的不规则流动。 在湍流中，流体的各种物理参数，如速度、压力、温度等都 随时间与空间发生随机的变化。
湍流特性
湍流具有随机性、不规则性、非线性和非稳定性等特性。在 湍流中，流体的速度、方向和压力等都随时间和空间发生变 化，形成复杂的涡旋结构。
环境流体流动与环境保护
要点一
环境流体流动
环境中的流体流动对环境保护具有重要影响。例如，大气 中的气流会影响污染物的扩散和迁移，水流会影响水体中 的污染物迁移和沉积等。
要点二
环境保护
通过对环境中的流体流动进行研究和模拟，可以更好地了 解污染物扩散和迁移规律，为环境保护提供科学依据。同 时，通过合理规划和设计流体流动系统，可以有效降低污 染物对环境的影响，保护生态环境。
04
流体流动的能量转换
能量的定义与分类
总结词
能量是物体做功的能力，可以分为机械能、热能、电能等。在流体力学中，主要关注的是机械能中的 动能和势能。
详细描述
能量是物体做功的能力，它有多种表现形式，如机械能、热能、电能等。在流体力学中，我们主要关 注的是机械能，它包括动能和势能两种形式。动能是流体运动所具有的能量，与流体的速度和质量有 关；势能则是由于流体所处位置而具有的能量。
流体流动噪声
流体流动过程中产生的噪声主要包括 机械噪声和流体动力噪声。机械噪声 主要由机械振动和摩擦引起，而流体 动力噪声主要由湍流和流体动力振动 引起。
噪声控制
为了减小流体流动产生的噪声，研究 者们提出了各种噪声控制方法，如改 变管道结构、添加消音器和改变流体 动力特性等。这些方法可以有效降低 流体流动产生的噪声。

《流体力学流动》课件

《流体力学流动》课件

五、流体与能源
海洋能源利用
探索海洋能源如潮汐能、海流能 的开发与利用。
水电站的工作原理
了解水电站如何将水流的动能转 化为电能。
热能发电的流程和原理
深入研究热能发电的流程和原理， 包括火力发电和核能发电。
流场的描述方法
介绍流体的流动方式和描述 流场的方法。
二、流体的运动学
1
流速和流线
了解流体的速度和流体粒子的轨迹。
2
流体粒子的运动轨迹
探究流体粒子在流场中的运动方式和路径。
3
涡旋和涡量
深入研究涡旋的形成以及涡量的衡量。
三、流体的动力学
1
动能和压力能
介绍流体中的动能和压力能的概念及其应用。
2
Bernoulli方程
学习Bernoulli方程及其在流体力学中的应用。
Hale Waihona Puke 3Navier-Stokes方程
深入研究Navier-Stokes方程，理解流体动量守恒的数学描述。
四、流体的实际流动问题
空气动力学
探索空气流动对飞行器和汽车等物体的影响。
水动力学
研究水流对船只、水坝等水上设施的影响与工程应用。
流体力学的应用
介绍流体力学在工业生产、自然灾害模拟等领域的应用。
《流体力学流动》PPT课 件
欢迎来到《流体力学流动》的PPT课件！这个课件将带你深入了解流体力学的 基础知识、运动学、动力学，以及实际应用和能源相关的内容。让我们开始 这次精彩的学习之旅吧！
一、流体力学基础知识
流体的定义
了解流体的基本特性和区别 于固体的特点。
流体的基本性质
探索流体的密度、粘度、表 面张力等属性。

大学流体力学课件43——第八章流体运动的动力相似

大学流体力学课件43——第八章流体运动的动力相似

若两个系统是几何相似 的和运动相似的，而且 牛顿数也相等，
这两个系统就是动力相 似的。
§8-1 流体的动力相似
二、流体动力学中的一些相似准数 （近似或局部相似准则）
F－－两相似系统对应点上所承受的所有外力
Ne F l 2v2
式中 F－－ 两相似系统对应点上所 承受的所有外力
包括 重力，粘性力，表面张 力，压力，等
§8-1 流体的动力相似
牛顿相似准则:
模型系统和原型系统存在动力相似时，由式(8-8)
则应有 可写成
C
CF C Cl2Cv2
1 (8 - 8)
CF
Fp Fm
pl
2 p
v
2 p
mlm2 vm2
Fp
p
l
p2v
2 p
Fm mlm2 vm2
－－ 牛顿相似准则
两个系统若是动力相似 的，则此关系式一定成 立。
F Ip F Im
Re
p
Re
m
Fr p Fr m
Eu
p
Eu
m
F
A
du dy
lv
F g l 3 g
代入
---------
F p pl 2
F I l 2 v 2
1. 粘性力起主要作用时的相似准数-------雷诺数 Re
F
A
du dy
lv
即
F Fp F Fg
按动力相似条件，则在 两个系统的对应点上，
力的多边形应几何相似
且比例常数为
C
F
CF
F p F m
Fgp Fgm
F pp Fpm
FIp FIm
§8-1 流体的动力相似

《流体力学基础知识》课件

《流体力学基础知识》课件
流体粘性
流体抵抗剪切力的性质，粘性大小与流体的种类和温度有关。
流动模型
根据流体的粘性和流动特性，建立各种流动模型，如层流、湍流等。
06
流体力学在工程中的应用
流体输送与管道设计
总结词
流体输送与管道设计是流体力学在工程 中的重要应用之一，主要涉及流体在管 道中的流动规律和设计原则。
VS
详细描述
在工业生产和城市供水中，需要利用流体 力学的原理进行管道设计和流体输送，以 实现高效、低能耗的流体传输。管道设计 需要考虑流体的流速、压力、粘度等参数 ，以及管道的材质、直径、长度等因素， 以确保流体输送的稳定性和可靠性。
流体力学的发展历程
要点一
总结词
流体力学的发展历程及重要事件
要点二
详细描述
流体力学的发展历程可以追溯到古代，但直到17世纪才真 正开始形成独立的学科。在17世纪到20世纪期间，许多科 学家和工程师为流体力学的发展做出了重要贡献，如伯努 利、欧拉、斯托克斯等。随着科技的发展，流体力学在理 论和实践方面都取得了巨大的进步，为人类社会的进步和 发展做出了重要贡献。
3
流体流动的连续性原理
在流场中任取一元流管，流进和流出该元流的流 量相等。
流体流动的能量传递与转换
压力能传递
流体在流动过程中，压力能可以传递给其他流体 或转化为其他形式的能量。
动能转换
流体的动能可以转换为其他形式的能量，如压能 、热能等。
热能传递
流体在流动过程中，可以与周围介质进行热能交 换，实现热量的传递。
流体流动的阻力与损失
摩擦阻力
流体在管道中流动时，由于流体的粘性和管壁的粗糙度，会产生 摩擦阻力。
局部阻力
流体在通过管道中的阀门、弯头等局部构件时，会产生局部阻力。

流体力学课件 ppt

流体力学课件 ppt

流体阻力计算
利用流体动力学方程，可以计算 流体在管道中流动时的阻力，为 管道设计提供依据。
管道优化设计
通过分析流体动力学方程，可以 对管道设计进行优化，提高流体 输送效率，减少能量损失。
流体动力学方程在流体机械中的应用
泵和压缩机性能分析
流体动力学方程用于分析泵和压缩机的性能 ，预测其流量、扬程、功率等参数，为机械 设计和优化提供依据。
适用于不可压缩的流体。
方程意义
描述了流体压强与密度、重力加速度和深度之间的 关系。
Part
03
流体动力学基础
流体运动的基本概念
01
02
03
流体
流体是气体和液体的总称 ，具有流动性和不可压缩 性。
流场
流场是指流体在其中运动 的区域，可以用空间坐标 和时间描述。
流线
流线是表示流体运动方向 的曲线，在同一时间内， 流线上各点的速度矢量相 等。
能量损失的形式
流体流动的能量损失可以分为沿程损失和局部损失两种形式。沿程损失是指流体在流动过程中克服摩擦阻力而损 失的能量，局部损失是指流体在通过管道或槽道的局部障碍物时损失的能量。
Part
05
流体动力学方程的应用
流体动力学方程在管道流动中的应用
稳态流动和非稳态
流动
流体动力学方程在管道流动中可 用于描述稳态流动和非稳态流动 ，包括流速、压力、密度等参数 的变化规律。
变化的流动。
流体动力学基本方程
1 2
质量守恒方程
表示流体质量随时间变化的规律，即质量守恒原 理。
动量守恒方程
表示流体动量随时间变化的规律，即牛顿第二定 律。
3
能量守恒方程
表示流体能量随时间变化的规律，即热力学第一 定律。

《流体力学》课件

《流体力学》课件

流体力学的应用领域
总结词
流体力学的应用领域与实例
详细描述
流体力学在日常生活、工程技术和科学研究中有广学、石油和天然气工业中的流体输送等。
流体力学的发展历程
总结词
流体力学的发展历程与重要事件
详细描述
流体力学的发展经历了多个阶段，从 早期的水力学研究到近代的流体动力 学和计算流体力学的兴起。历史上， 牛顿、伯努利等科学家对流体力学的 发展做出了重要贡献。
损失计算
根据流体流动的阻力和能量损失，计算流体流动的总损失。
流体流动阻力和能量损失的减小措施
优化管道设计
采用流线型设计，减少流体与 管壁的摩擦。
合理配置局部障碍物
减少不必要的弯头、阀门等， 或优化其设计以减小局部阻力 。
选择合适的管材
选用内壁光滑、摩擦系数小的 管材。
提高流体流速
适当提高流体的流速，可以减 小沿程损失和局部损失。
流体动力学基本方程
连续性方程
表示质量守恒的方程，即单位时间内流出的质量等于单位 时间内流入的质量。
01
动量方程
表示动量守恒的方程，即单位时间内流 出的动量等于单位时间内流入的动量。
02
03
能量方程
表示能量守恒的方程，即单位时间内 流出的能量等于单位时间内流入的能 量。
流体动力学应用实例
航空航天
飞机、火箭、卫星等的设计与制造需要应用 流体动力学知识。
流动方程
描述非牛顿流体的流动规律，包括连续性方程 、动量方程等。
热力学方程
描述非牛顿流体在流动过程中的热力学状态变化。
非牛顿流体的应用实例
食品工业
01
非牛顿流体在食品工业中广泛应用于番茄酱、巧克力、奶昔等

大学流体力学课件44-第八章流体运动的动力相似第二节

大学流体力学课件44-第八章流体运动的动力相似第二节

D L,
d L
L2T 1 ,
v LT 1
ML 3 ,
p ML 1T 2
4. 求 求各个待定系数
1
Q d a1 b1v c1
,
3
d a3 b3v c3
,
2
D d a2 b2v c2
4
p d a3 b3v c3
1
L3T 1 L a 1 ML 3 b 1 LT
c1 2
且
4
La4
L2T 1 ML 3 b 4 LT
1 c 4
M: L:
0 b4 2 a4
3b4
c4
T:
1 c4
即
4
dv
原方程形式可以转换为
1 F 2 , 3 , 4
p v2
F l d
,
d
, dv
写成相应的准则形式
Eu F l , , Re d d
8-2 π 定理
定理
若物理方程 f x1,x2 ,x3 ,,xp 0
共有p个物理量,其中r个是基本量,并且保持量纲的和谐,则性这个物理方程 可以简化为新变量的达表的方程
F 1,2 ,3 ,, pr 0
*1 p个物理量变量是自变量和函数的总; 和
*2 基本变量的个数应和本基量纲的个数相一. 致 *3 r个变量在量纲上是独的立,其余的p r个变量在量纲上是非立独的;
8-2 π 定理
8-2 π 定理
莫迪图
横坐标 Re f (v， d， ， )
纵参坐考一标坐．例标量1 纲分析基础----------量纲的和谐性
d
v， d， ， ， ， Re ， ， d
6个变量 3个无量纲数
8-2 π 定理

第八章流动相似原理基础

第八章流动相似原理基础

vt lt
若实物尺寸 lt = 10m， lm
vt 1 νt = = 若同时使Fr 相等， 若同时使 相等 νt ν m vm Cl ν m lt lm vt = 2 = Cl 并令 gt = g m 2 vt vm vm
vmlm
ν t / ν m = C = 31.6
3 2 l
= 1m，Cl = 10
在恒定有压流动中不可压流体存在自模性和 在恒定有压流动中不可压流体存在自模性和 稳定性。 稳定性。
1、自模性 、
对有压流，决定准则数为 ， 可以忽略 可以忽略。 对有压流，决定准则数为Re，Fr可以忽略。 流动分层流，过渡状态和紊流三种， 流动分层流，过渡状态和紊流三种，它们由 临界Re 决定： 第一临界值） 临界 c决定：当Re＜Rec1（第一临界值）时， ＜ 流动为层流，这时实物与模型流态相似， 流动为层流，这时实物与模型流态相似，与 自模性。 Re无关，称为自模性。当Re＞Rec1时开始出 无关， ＞ 无关 称为自模性 现紊流，断面上连续分布变化大，进一步提 现紊流，断面上连续分布变化大， 则变化减小。 高Re则变化减小。当Re＞Rec2时紊乱和速度 则变化减小 ＞ 分布又与Re无关 流动又处于自模区。 无关， 分布又与 无关，流动又处于自模区。
gl
v
Eu不是独立的相似准则，而是其它准则数的 不是独立的相似准则， 不是独立的相似准则 函数，它不是相似条件而是相似结果。 函数，它不是相似条件而是相似结果。 Cν νt νm ν lv =1 = = 3） ） 取倒数 Re = Cv Cl lt vt lm vm lv ν 得雷诺数Re，雷诺数 也是不变数 也是不变数， 得雷诺数 ，雷诺数Re也是不变数，相等表 示粘性力相似。在阻力平方区， 示粘性力相似。在阻力平方区，因为惯性力 起主导作用，粘性力可忽略——自模化。 自模化。 起主导作用，粘性力可忽略 自模化 vt vm Cv Ct = = St =1 4） ） lt tt lmtm Cl 斯特罗哈数也是不变数。 得斯特罗哈数St，斯特罗哈数也是不变数。 相等表示惯性力相似，用于非定常流动。 相等表示惯性力相似，用于非定常流动。

《流体力学》课件 4.10 相似原理

《流体力学》课件 4.10 相似原理

p x
2
u
2 l
2u 2
u
x
y
w
z
2
p l
1
p y
2
u
2 l
2
2
ut
w t 2
2 u
l
u
w x
w y
w
w z
2
p l
1
p z
2
u
2 l
2w 2
对比流(3)和(2)，则必有：
u
2 u
p
u
t
l
l
2 l
l ut
p
2 u
ul
1
Sr
l ut
，Eu
p
u 2
，Re
ul
Sr1 Sr2，Eu1 Eu2，Re1 Re2
3. 动力相似—牛顿相似准则
实物流动与模型流动受同种外力作用，而且对应点上 的对应力成比例。
F
F F
ma ma
Va V a
3 L
L
2 t
2 2
L
F
F F
2 2
L
L2 2 L2 2
Nu
F
L2 2
F
L2 2
Nu
二、相似准则惯性力重力2Lg
Fr
1.作用在流体上的力
惯性力
压力
2
p
1 Eu
惯性力=－质量×加速度
2. 粘性不可压缩流动动力学相似的充要条件
u x
y
w z
2
0
u t
u
u x
u y
w
u z
2
1
p x
2u 2
⑵

高二物理竞赛课件：流体的力学相似(共13张PPT)

高二物理竞赛课件：流体的力学相似(共13张PPT)

动力相似
力成比例
第一节 流动的力学相似
表征
流动
按性 质分
过程
的物
理量
描述几何形状的
如长度、面积、体积等
描述运动状态的
如速度、加速度、体积流量等
描述动力特征的
如质量力、表面力、动量等
几何
相似 流 应
运动
动
满 足
相似
相
的 条
动力 似 件
相似
第一节 流动的力学相似
一.几何相似（空间相似）
定义：模型和原型的全部对应线形长度的 比值为一定常数 。
第二节 动力相似准则
流场中有各种性质的力，但不论是哪种力，只 要两个流场动力相似，它们都要服从牛顿相似准 则。
一、重力相似准则（弗劳德准则） 二、粘性力相似准则（雷诺准则） 三、压力相似准则（欧拉准则） 四、弹性力相似准则(柯西准则) 五、表面张力相似准则（韦伯准则） 六、非定常性相似准则（斯特劳哈尔准则）
Cv
v' v
l'2 t'
l2 t
Cl 2 Ct
ClCv
（4-8）
第一节 流动的力学相似
三.动力相似（时间相似）
定义：两个运动相似的流场中，对应空间点上、对应瞬时作用 在两相似几何微团上的力，作用方向一致、大小互成比例， 即它们的动力场相似。
图4-3 动力场相似
第一节 流动的力学相似
力的比例尺：
流体的力学相似
解决流体 力学问题
的方法
数学分析 实验研究
模型实验
以相似原理为基础
本章主要介绍流体力学中的相似原理， 模型实验方法以及量纲分析法。
第一节 流动的力学相似
几何相似
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2. 运动相似
3.
动力相似: 在运动相似的系统中，对应各点所受的力都有对应 的方向，其大小成相同的比例，即力场的几何相似。
同名力：相同物理性质的力。如弹性力，惯性力，粘性力，重力等
§8-1 流体的动力相似
相似第一定理： 两个系统相似的条件是由相似常数所组成的相似指标等于1。 模型与原型只有满足相似指标等于1的条件，才有可能是动力相似的。 相似常数不满足相似条件的相似系统，是不可能存在的。
补充例: 设计离心泵输送50˚C的机械油，其转速n=1450 rpm， 准备先用较实物小一倍的模型输送空气进行实验，若使两者具有动 力相似，求模型泵的转速应为多少?
§8-1 流体的动力相似
物理过程中的力学相似，是由几何相似，运动相似，动力 相似的三种形式的相似所组成。
几何相似是运动相似的先决条件，运动相似是动力相似的 必要前提。只有具备几何相似与运动相似的条件，动力相似才 有存在的可能，所以两个系统如果是动力相似的，则其几何形 状及运动状况必然是相似的。
§8-1 流体的动力相似
第八章 流体的动力相似，π定理
相似理论解决两个问题 :
(1) 如何设计模型；(放大，缩小) (2) 模拟实验结果如何用于实际?
§8-1 流体的动力相似
一、相似的概念 如果表征一个系统的物理现象的全部量(如线性尺寸 、力、 速度、时间等）的数值，可由第二个系统中相对应的诸量乘以不 变的无量纲而等到，这两个系统就是相似的。属于力学现象的 , 叫做力学相似。 任何力学相似，都 可以化为几何相似：两个力学系统中所有 的特征量都相似，即所有的矢量在几何上相似，所有的标量都相 应地成同一比例。 力学现象相似的充分必要条件: (1) 几何相似 (2) 运动相似 (3) 动力相似
牛顿相似准则: 模型系统和原型系统存在动力相似时，由式(8-8)
§8-1 流体的动力相似
§8-1 流体的动力相似
二、流体动力学中的一些相似准数 （近似或局部相似准则） F－－两相似系统对应点上所承受的所有外力
§8-1 流体的动力相似
二、流体动力学中的一些相似准数
§8-1 流体的动力相似
二、流体动力学中的一些相似准数
1.
几何相似： 模型和原型,所有的对应角相等,对应的线性尺寸具 有统一的比例常数。
2.
运动相似： 几何相似的系统中，对应点上流体质点通过对应迹 线所需要的时间成同一比例。 (即速度场和加速度场的几何相似)
例: 任意两个系统中，圆管层流断面速度分布(速度场)是几何相似的。 流速场是研究流体力学的首要任务。 运动相似通常是实验的目的。
第八章 流体的动力相似，π定理
相似理论：指导模型实验,解决实际问题的一门科学. 广泛用于许多学科 实验研究目的： (1) 对复杂问题的实验观察，寻找规律； (2) 对理论分析 结果的验证。 用模型实验的优点: (1) 预测原型性能; (2) 对自然界不常出现现象的反复研究; (3) 减少经济损失； 例: 美阿婆罗火箭登月指令仓完成飞行后，溅落海面的冲击现象； 例: 三峡大坝泥沙淤积试验； 模型设计: 飞机模型实验=飞机模型+飞行条件模拟 船在海浪中航行=模拟船 +模拟浪
在实际模型实验中，要同时满足上式的条件很实现； 只考虑起主要作用作用的力，令其满足牛顿数相等的条件 ==> 近似相似准则 推导思路:在两相似的流场中，取对应质点，由动力相似条件
1. 粘性力起主要作用时的相似准数-------雷诺数 Re
由
2. 重力起主要作用时的相似准数-------弗鲁德数 Fr
3. 压力起主要作用时的相似准数-------欧拉数 Eu
§8-1 流体的动力相似
几个局部相似准则的应用条件 Re： 物体淹没运动，粘性力为主时的动力相似准则； Fr： 有自由表面的流动，重力为主时的动力相似准则； Eu： 压力起主要作用时的动力相似准则，(非独立准则)
§8-1 流体的动力相似