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工程流体力学优秀课件 (2)

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《工程流体力学》PPT课件

《工程流体力学》PPT课件
第二章 流体静力学
本章学习要求:
流体静力学主要研究流体平衡时，其内部的压强分布规律 及流体与其他物体间的相互作用力。它以压强为中心，主要 阐述流体静压强的特性、静压强的分布规律、欧拉平衡微分 方程，作用在平面上或曲面上静水总压力的计算方法，潜体 与浮体的稳定性，并在此基础上解决一些工程实际问题。
无论是静止的流体还是相对静止的流体，流体之间没有相 对运动，因而粘性作用表现不出来，故切应力为零。
• 2.3.3 静止液体中的等压面 • 由于等压面与质量力正交，在静止液体中只有重
力存在，因此，在静止液体中等压面必为水平面。
• 对于不连续的液体或者一个水平面穿过了两种不 同介质连续液体，则位于同一水平面上各点压强 并不一定相同，即水平面不一定是等压面。
2.3 流体静力学的基本方程
2.3.4 绝对压强、相对压强、真空度
(z A (g p A )W ) (z B (g p B )W ) (( (g g ) ) H W g2 1 ) h 1 2 .6 h
2.4 压强单位和测压仪器
2、U形水银测压计
p1=p+ρ1gh1 p2=pa+ρ2gh2 所以 ： p+ρ1gh1=pa+ρ2gh2
M点的绝对压强为： p=pa+ρ2gh2-ρ1gh1
具有的压强势能，简称压能（压强水头）。
测压管水头（ z+p/g）：单位重量流体的总势能。
物理意义： 1. 仅受重力作用处于静止状态的流体中，任意点对同一基准面 的单位势能为一常数，即各点测压管水头相等，位头增高，压 头减小。
2. 在均质（g=常数）、连通的液体中，水平面（z1 = z2=常数）
必然是等压面（p1 = p2 =常数）。

工程流体力学课件：流体静力学

工程流体力学课件：流体静力学

积分得 gz p C
即：
能量形式
式中： gz为单位质量流体的重力 势能，p/ρ为单位质量流体的压 强势能。
§3-2 重力场中的流体平衡
一、流体静力学的基本方程
能量形式方程可改写为
z p C
g
水头形式
z1
p1 g
z2
p2 g
式中：z为位置水头； 为压强水头。表明：不可压重力流 体处于平衡状态时，精水头线C或计示精水头线为平行于基 准面的水平线。
1d2
1 0.12
4
4
因测压管下方H+h的点与圆柱底面在
同一等压面上，故
所以
p gH h
H p h
g
1.29105 0.5 12.65m 1000 9.81
§3-2 重力场中的流体平衡
例二、用如图所示测压计测量管A中水的压力p。已知 h=0.5m，h1=0.2m，h3=0.22m，酒精的密度 1 800kg / m3 水银的密度 2 13600kg / m3，真空计度数 p0 0.25105 Pa 真空度。求A中水的压力。
§3-2 重力场中的流体平衡
四、压强的计量与测量
1、绝对压强
绝对压强是以完全真空（p=0 ）为基准计量的压强。对于
p0=pa，则静止流体中某点的绝对压强为
；
2、相对压强
相对压强是以当地大气压强pa为基准计量的压强，即高于大
气压的压强，也称之为计示压强或表压强。那么，静止流体
中某点的相对压强为
；
3、真空度 负的计示压强，称为真空或负压强，用符号pv表示。则
解 在绝对静止条件下，对连续均质流体，有1-2、3-4、5-6等 压面关系，有
p1 p2 , p3 p4 , p5 p6

工程流体力学2PPT课件

工程流体力学2PPT课件

Z1
p1
g
Z2
p2
g
24
若质量力仅为重力，根据等压面方程：
axdxaydyazdz0
则有：
azdz 0 Z const
这说明绝对静止流体的等压面为水平面，自由 界面上各点的压力相等，所以自由面为等压面。
25
2.可压缩流体
可压缩流体的密度是随压强变化的，故不能 象不可压缩流体那样进行简单积分，只有知道密 度变化关系后才能积分。假设可压缩流体为气体， 对完全气体的等温过程，有：
19
四、等压面和等压面方程
1.等压面定义 若某连续曲面上各点的压强相等，则称为该
曲面为等压面。不同流体的分界面等皆为等压面， 如自由界面、不同液体的分界面。 2.等压面方程
(4)dx (5)dy (6)dz
p xd x p yd y p zd z(a X d x a yd y a zd z)
p lim P A0 A
3
二、静压强有两个特点
1)．静压强的方向永远沿着作用面的内法线方 向，理由如下：
(1)如果静压强不垂直于作用面，则可分解为正 应力和切应力。根据流体的特点，切应力存在必然 引起相对运动，这与静止液体假设矛盾，故切应力 必须为零。压强垂直于作用面。
4
(2)正应力有拉应力和压应力之分，假如压 强方向与作用面外法线方向一致，那么流体受 到拉力，根据流体特性，流体不能承受拉应力， 只能承受压应力，故压强方向与作用面内法线 方向一致。
ay
p y
0
(5)
az
p z
0
(6)
因此，用矢量表示 ：
axiayjazk p xi p y j p zk 0
a rp0
13

《工程流体力学 》课件

《工程流体力学 》课件

1
动量守恒定律的原理
从动量的守恒角度出发，深刻理解动量守恒定律的实际含义。
2
螺旋桨叶片受力分析方法
通过螺旋桨叶片受力分析的实例，解析动量守恒定律在实际问题中的应用。
3
旋转流体给出经典范例。
能量守恒定律
1 什么是能量守恒定律？
解析能量守恒定律的定义及其基本特性，令人信服地说明其重要性。
第二章：质量守恒定律
详细介绍质量守恒定律的深刻含义和应用范围， 以及流体连续性方程的应用实例。
第四章：能量守恒定律
归纳总结能量守恒定律的核心表述和基本特征， 以及流体能量方程的求解方法。
流体力学基础
1
流体的基本概念
定义流体和非流体的区别，详细介绍流体的基本性质和特征。
2
流场参数
分类介绍各项流场参数的定义、特征和计算方法，重点阐述雷诺数的作用。
概述水力发电站的基本构造和 设备，重点描述流场参数的计 算方法和水力器件的工作原理。
油气管道压力调节方 法
介绍油气管道压力发生变化的 原因和影响，以及调节压力的 方法与流体力学的联系。
结论和要点
结论1
质量守恒定律的意义及其在实际 问题中的应用。
结论2
动量守恒定律的实际含义，以及 其在涡轮和桨叶设计中的应用。
2 如何求解能量守恒定律？
采用实例解析法，将复杂的能量守恒定律应用问题简单化。
3 如何避免能量损失？
从能量损失的根源出发，提出避免能量损失的有效途径。
应用举例
机翼气动力设计
阐述机翼气动力设计的重要性 及其与流体力学的联系，以及 之前学到的动量守恒定律和能 量守恒定律在机翼气动力设计 中的应用。
水力发电站设计
结论3

流体力学基本知识PPT优秀课件

流体力学基本知识PPT优秀课件
第一章 流体力学基本知识
第一节 流体的主要物理性质 第二节 流体静压强及其分布规律 第三节 流体运动的基本知识 第四节 流动阻力和水头损失 第五节 孔口、管嘴出流及两相流体简介
2021/6/3
1
第一节 流体的主要物理性质
一、密度和容重 密度：对于均质流体，单位体积的质量称为
流体的密度。 容重：对于均质流体，单位体积的 重量称为
等压面：流体中压强相等的各点所组成 的面为等压面。
2021/6/3
10
压强的度量基准：
（1）绝对压强：是以完全真空为零点计算的 压强，用PA表示。
（2）相对压强：是以大气压强为零点计算的 压强，用P表示。
相对压强与绝对压强的关系为： P=PA-Pa (1-9)
2021/6/3
11
第三节 流体运动的基本知识
水力学基本方程式。式中γ和p0都是常数。
方程表示静水压强与水深成正比的直线分布 规律。方程式还表明，作用于液面上的表面 压强p0是等值地传递到静止液体中每一点上。 方程也适用于静止气体压强的计算，只是式 中的气体容重很小，因此，在高差h不大的 情况下，可忽略项，则p=p0。例如研究气 体作用在锅炉壁上的静压强时，可以认为气 体空间各点的静压强相等。
表面压强为： p=△p/△ω (1-6)
点压强为： lim p=dp/dω ( Pa) 点压强就是静压强
2021/6/3
7
流体静压强的两个特征：
（1）流体静压强的方向必定沿着作用面的 内法线方向。
（2）任意点的流体静压强只有一个值，它 不因作用面方位的改变而改变。
2021/6/3
8
二、流体静压强的分布规律
一、流体运动的基本概念
（一）压力流与无压流 1.压力流：流体在压差作用下流动时，流体 整个周围都和固体壁相接触，没有自由表 面。 2.无压流：液体在重力作用下流动时，液体 的部分周界与固体壁相接触，部分周界与 气体接触，形成自由表面。

工程流体力学 水力学 课件 第二章

工程流体力学 水力学 课件 第二章


自由液面（p=pa）方程：
a z0 x g
二、等角速度旋转容器中流体的相对平衡
建立如图所示运动坐标系
1 ）压强分布规律 液体所受单位质量力： f 2 r cos(r, x) 2 x x
o
z

h
m
z
zs
f y 2 r cos(r, y) 2 y
代入 dp ( f x dx f y dy f z dz ) 得
二、静力学基本方程式的意义
1．几何意义
在一个容器侧壁上打一小孔，接上与大气相通的 玻璃管，这样就形成一根测压管。如果容器中装 的是静止液体，液面为大气压，则测压管内液面
z1
p1 g
p2 g
2
1
z2
与容器内液面是齐平的，如图2-8所示
从图2-8中可以看出：
p1 p2 z1 z2 g g
积分：
O
z
M
x
p ( ax gz ) c
图2-13 等加速运动容器
定解条件：当x=z=0时，p=pa，则c=pa。
∴压强分布规律
p pa ( ax gz )
2 ）等压面方程 据
p pa ( ax gz ) 和等压面定义得 p pa ax gz c ( 斜平面 )
略去级数中二阶以上无穷小量得：
p1 p
1 p dx 2 x
同理可得流体微团右侧面中心M2点处的压力： p 2 p 因此作用在流体微团左侧面和右侧面的总压力分别为：
1 p dx 2 x
(p
1 p 1 p dx)dydz和( p dx)dydz 2 x 2 x
2、作用于流体微团的质量力

工程流体力学PPT-2(47)


自由液面方程
• 过r=0,z=0的自由液面方程为
2r 2
2 z gz 0
2r 2
2g
• 自由液面上任一点的z坐标,也就是自由液面 上的点比抛物面顶点所高出的垂直距离称 为超高 2r 2 u 2
h z 2g 2g
• 最大超高为
H
2R2
2g
回转抛物体内的液体体积
工程流体力学
第二章 流体静力学
流体静力学研究对象
• 平衡 1\流体对固结于地面的坐标系无相对运动,称 为重力场中的流体平衡 2\流体对运动坐标系无相对运动,但盛流体的 容器却相对地面上的固定坐标系有相对运 动,称流体相对平衡
第一节 流体静压力及其特性
• 流体静压力的定义:从平面中取一微元面积 A O是该面积中点 移去部分作用在微元的力P • 微元面积上的平均流体静压力 P P A P dP • O点的流体静压力 p P lim A dA • 流体静压力的两个特性 a.静压力始终沿作用面的内法向方向 b.静压力的大小与作用面方位无关
p dx x 2
• 流体的质量在x轴上的分力为
• 微元体在x轴方向平衡可得
dFSx pdAx ( pB pC )dydz
dFQx dm f x dxdydzfx
p dxdydz 0 x
p dxdydz x
f x dxdydz
微元六面体
• 同理可得
p (z hp ) 0 g p hp g z
单位重力流体的位置势能 z 单位重力流体的压强势能 h p 位置势能与压强势能的和 为单位重量流体的总势能
hp
２．几何意义
• 从方程中各项的量纲来说，均为长度单位，表示单位重力 的流体离某处的距离或高度． • z 代表流体质点所在位置离基准面的高度，称为位置水头 • p / g 代表流体内某点沿闭口测压管上的液柱高度，称压强 水头 （１）在连续均质的流体中，任一点的静水头（位置水头与 压强水头之和）为定值 （２）用封闭的完全真空测压管 测量的静水头线Ａ－Ａ为水平线． 即连续，均质，平衡流体中的静 水头线为一水平线

流体动力学基础(工程流体力学).ppt课件


dV
II '
t t
dV
II '
t
dt t0
t
lim
dV
III
t t
dV
I
t
t 0
t
δt→0, II’ → II
x
nv
z
III
v II ' n
I
o y
20 20
dV
dV
II
tt II
t
lim t t0
t
dV
dV
lim III
t t
t0
t
v cosdA
质点、质点系和刚体 闭口系统或开口系统
均以确定不变的物质集协作为研讨对象！
7 7
定义：
系统(质量体)
在流膂力学中，系统是指由确定的流体质点所组成的流 体团。如下图。
系统以外的一切统称为外界。 系统和外界分开的真实或假象的外表称为系统的边境。
B C
A
D
Lagrange 方法！
系统
8
8
特点：
(1) 一定质量的流体质点的合集 (2) 系统的边境随流体一同运动，系统的体积、边境面的
31 31
固定的控制体
对固定的CV，积分方式的延续性方程可化为
CS
ρ(
vn
)dA
CV
t
dV
运动的控制体
将控制体随物体一同运动时，延续性方程方式不变，只
需将速度改成相对速度vr
t
dV
CV
CS (vr n)dA 0
32 32
延续方程的简化
★1、对于均质不可压流体： ρ=const
dV 0
令β＝1，由系统的质量不变可得延续性方程

《工程流体力学》 杨树人 第2-4章 课件

《工程流体力学》 杨树人 第2-4章 课 件
目录
• 第2章 流体静力学 • 第3章 流体动力学基础 • 第4章 流体阻力和水头损失 • 第5章 量纲分析与相似原理
01
第2章 流体静力学
流体静力学基本概念
流体
流体是气体和液体的总称，具有流动性和可压缩 性。
静止流体
不发生宏观运动的流体。
平衡状态
流体处于静止状态时的受力平衡状态。
流体静力学基本方程
流体静力学基本方程
p + ρgh + p0 = 常数（适用于不可 压缩流体）。
p
流体压强；ρ：流体密度；g：重力加 速度；h：流体高度；p0：大气压强 。
静水压强分布及特性
静水压强
液体静止时对固体表面的压力。
静水压强特性
静水压强随深度增加而增大，在同一深度上，各方向静水压强相等 。
静水压强分布规律
在重力场中，静止液体内部压强随深度增加而线性增大。
02
第3章 流体动力学基 础
流体动力学基本概念
流体
在任何外力作用下都不能保持 其固有形状和体积的物质。
流体静力学
研究流体处于静止状态时的平 衡规律及其作用力的科学。
流体动力学
研究流体运动规律及其作用力 的科学。
牛顿流体
流体的应力与应变率成正比的 流体。
湍流阻力与水头损失
湍流阻力
当流体在管道中以湍流状态流动时，由于流体质点间的相互碰撞、混合，会产生较大的阻力。湍流阻 力和流速、管道长度、管道直径等因素有关。
水头损失
在湍流状态下，由于流体分子间的内摩擦力和流体质点间的相互碰撞、混合，使得流体机械能减小， 称为水头损失。水头损失与流速、管道长度、管道直径等因素有关。

中职教育-《工程流体力学》课件：第8章 圆管中的流动(2).ppt


状，光滑或粗糙管的层流和湍流。当层流时 取 64 ；
为湍流时， 取值见下节。
Re
工程流体力学
【例8.4】应用细管式黏 度计测定油的黏度，已 知细管直径 d 6mm ，测 量段长 l 2m （图8.5）， 实测油的流量Q 77cm3 / s， 水银压差计的读数 值 hp 30cm ，油的密 度 900kg / m3 。试求油的
r Ox
τ
p
r
p+ xpd x
dx
G p dp 常数
图8.4 圆管中层流的流体受力
l dx
dp r G r
dx 2
表明：在圆管中层流，恒定流动时，粘性切应力沿半径方
向为线性分布，在管轴处，r 0 ， 0 ；在管壁处
r R 切应力最大，把它称为管壁切应力，用 0 表示。
工程流体力学
hf
l
d
V2 2g
64
Vd
l d
V2 2g
工程流体力学
解得
hf
2gd 2 64lV
4.23
2 9.81 0.0062 64 2 2.72
8.58106 m2 / s
9008.58106 7.72103 Pa s
再进行验证原来的假设是否成立，由于
Vd 2.72 0.006
Re
8.58 106
粘度 。
l
1
2
hp
图8.5 细管动力粘度计
工程流体力学
【解】 列1-1至2-2过流断面的伯努利方程
hf
p1
p2
Hg
hp
(13600 900) 0.3 4.23m 900
细管中平均流速
V Q 77 106 2.72m / s A π 0.0062
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第二节 粘性流体运动 的两种流态
一、雷诺实验
层流
速度由小到大，层流向紊流过渡 ——上临界速度 v'k 速度由大到小，紊流向层流过渡 ——下临界速度 vk
稳定直线，质点 不相混杂
过渡阶段
线条摆动弯曲， 旋转，破裂
紊流
线条完全散开，质点 混杂，作无规则运动
二、流动状态与水头损失的关系
v vk 层流运动；AB直线
hf k1v
v vk 紊流运动；DE线 hf k2v1.75~2
紊流运动；E点之后
hf k2v2
vk v vk 流态不稳；
三、流态的判别 —— 雷诺数
vk f (, , d)
临界速度不能作为判别流态的标准！
通过量纲分析和相似原理发现，上面的物理量可以 组合成一个无量纲数，并且可以用来判别流态。
第一节 流动阻力和 水头损失的分类
一、损失分类及计算
沿程损失：
在均匀流中，流体所承受的阻力只有 不变的摩擦阻力，称为沿程阻力。发
生在均匀流段上，由沿程阻力产生的
水头损失。
以 hf 表示
hf
l d
v2 2g
或
pf
l d
v2
2
在非均匀流动中，各流段所形成的阻
力是各种各样的，但都集中在很短的
局部损失： 流段内，这种阻力称为局部阻力。发
层流
紊流
层流
紊流
Re
上临界雷诺数 ReC
12000-40000
Re
ReC 2000 下临界雷诺数
对圆管：
Re k
vk d
2000
d — 圆管直径
对非圆管断面： Rek
vk R
500
R — 水力半径
对明渠流：
Re k
vk R 300
R — 水力半径
对绕流现象：
Rek
vk l
L — 固体物的特征长度
p2A
G co g s c A o g ls ( z 2 A z 1 )
n
端面压力 (p1p2)A
流股表面受到的摩擦力
T 0 l
流股湿周上的平均切应力
列写动量方程 Fn Q(v2 v1) 0
A p1A
τ0 z1
l
α
G
z2
p1A1 p2 A2 gAl cos 0l 0
p1 p2 l cos 0l 0
工程流体力学课件
第1章 流体及其主要物理性质
第2章 流体静力学 第3章 流体动力学基础 第4章 流动阻力和水头损失 第5章 孔口、管嘴出流及有压管流 第6章 明渠均匀流 第7章 明渠水流的两种流态及其转换
第四章 流动阻力和水头损失
第一节 第二节 第三节 第四节 第五节 第六节 第七节
流动阻力和水头损失的分类 粘性流体运动的两种流态 均匀流的沿程水头损失 圆管中的层流运动 紊流运动 紊流的沿程水头损失 局部水头损失
对流体绕过球形物体：
Re k
vk d
1
d — 球形物直径
【例】水和油的运动粘度分别为 1 1.79106 m2 / s 2 30106 m2 / s 若它们以 v 0.5m / s 的流速在
直径为 d 100mm 的圆管中流动，试确定其流 动状态？
【解】对1－1，2－2列写伯努利方程
水的流动雷诺数
v 知道圆管层流和紊流的断面流速分布；
v 牢固掌握确定圆管流动沿程水头损失系数和 水头损失的途径和方法；
v 理解边界层概念，了解边界层分离现象和物 体的绕流阻力。
造成能量损失的原因：流动阻力
内因— 流体的粘滞性和惯性 外因— 流体与固体壁面的接触情况
流体的运动状态 能量损失的表示方法
液体：h w — 单位重量流体的能量损失 气体：p w — 单位体积流体的能量损失
【解】
水的流动雷诺数
Re vd 1404 2000
层流流态
如要改变其流态
1）改变流速 v Rek 11.4m / s
d
2）提高水温改变粘度
vd 0.008cm2 / s
Re
第三节 均匀流的沿程水头损失
一、均匀流基本方程
A p1A
τ0 z1
l
α
G
z2
0
对流体中一有限体进行受力分析
流股本身的重量
Re vd 27933 2000
1
紊流流态
油的流动雷诺数
Re vd 1667 2000
2
层流流态
【例】 温度 t 15C 运动粘度 1.14106 m2 / s 的水，在 直径 d 2m 的管中流动，测得流速 v 8cm / s ，问水流处
于什么状态？如要改变其运动，可以采取那些办法？
生在非均匀流段上，由局部阻力产生 的水头损失。
以 hj 表示
hj
v2 2g
或
pj
v2
2
总损失： hw hf hj
二、水力半径及其 对水头损失的影响
r1 A1
r2
过流断面面积A 越大，水头
A2
损失hw 越小。
湿周χ ： 在过流断面上流体与固体边壁的接触周长。
b b
过流断面面积A 相同时，
b/2 湿周χ 越大，水头损失 hw 越
vd Re
称为雷诺数。
1883年，雷诺试验也表明：圆管中恒定流动的流态转化取
决于雷诺数
Re
vd
d 是圆管直径，v 是平均流速， 是流体的运动粘性系数。
实际流体的流动之所以会呈现出两种不同的型态是扰动因 素与粘性稳定作用之间对比和抗衡的结果。即惯性扰动和 粘性稳定之间对比和抗衡的结果。
扰动因素
对比 抗衡
d
v
粘性稳定
Re 惯 粘性 性力 力vd
利于稳定
圆管中恒定流动的流态发生转化时对应的雷诺数称为临 界雷诺数，又分为上临界雷诺数和下临界雷诺数。上临 界雷诺数表示超过此雷诺数的流动必为紊流，它很不确 定，跨越一个较大的取值范围。有实际意义的是下临界 雷诺数，表示低于此雷诺数的流动必为层流，有确定的 取值，圆管定常流动取为 ReC 2000
Ø教学内容、重点及难点
基本内容 采用以水为代表的液体，研究水头损失的成因与分类， 探讨水头损失与液流型态的关系，分析水头损失的变化 规律及其计算方法。
重、难点
1.流动的分类：层流和紊流的理解。 2.经验公式的理解和应用。
v 了解流动的两种流态（层流与紊流）及其判 别，知道紊流的脉动特性与时间平均的概念；
2b
大。
流动阻力F ： F
A
水力半径 R ： R A
单位：m
水力直径 dR ：4R d R 单位：m
水力半径 R 越大，水头损失 hw 越小。
F 1 R
r
R r 2 r
2r 2
圆形
h R bh 2(b h)
b 矩形
a R a2 a 4a 4
a 方形
b 矩形明渠
h R bh 2h b
g g
ห้องสมุดไป่ตู้
gA
p2A n
列写伯努利方程
z1
p1
g
1v12
2g
z2
p2
g
2v22
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