第三章水动力学基础优秀课件
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第三章 水动力学理论基础目的要求:掌握水动力学的一些基本概念;三大方程的推导和应用。
难点:动量方程的应用。
全部为重点,尤其是能量方程的应用。
质量守恒原理 牛顿第二定律 动量定理 ↓ ↓ ↓连续性方程 能量方程 动量方程§3-1 描述液体运动的两种方法 一、拉格朗日法无论运动、平衡的液体,都是由液体质点组成的。
拉格朗日法的实质就是以液体质点为研究对象。
跟踪它,研究每个液体质点所具有的运动要素(速度、加速度、压强)随时间的变化规律。
质点运动的轨迹线叫迹线。
如果把组成流场的所有质点的运动规律都搞清楚了,即可得到整个流场的运动特性。
以起始时刻的坐标区别质点(不同质点有不同的起始坐标,而每一质点的起始坐标不随时间变化,就好比人的名字)。
某一质点,起始坐标(a 、b 、c 、t ),t 时刻的运动坐标(x 、y 、z ),则x=x (a 、b 、c 、t ) , y=(a 、b 、c 、t ) , z=z (a 、b 、c 、t )。
a 、b 、c 、t 统称为拉格朗日变量t x u x ∂∂= , t y u y ∂∂=, t z u z ∂∂=; 22t x a x ∂∂= , 22ty a y ∂∂=, 22t za z ∂∂=由于液体质点的运动轨迹非常复杂,除特殊情况外,在水力学中均采用欧拉法。
二、欧拉法欧拉法的实质是研究流场中某些固定空间点上的运动要素随时间的变化规律,而不直接追究给定质点在某时刻的位置及其运动状况。
若某一质点在t 时刻占据的空间坐标为(x ,y ,z ),则u x =u x (x , y, z, t), u y =u y (x, y, z , t) , u z =u z (x , y, z, t),p=(x , y, z, t) (x, y, z, t 称为欧拉变量)。
由于某一质点在不同时刻占据不同的空间点,因此空间坐标也是时间t 的函数。
则:dtdz z u dt dy y u dt dx x u t u dt du a x x x x x ∂∂+∂∂+∂∂+∂∂==χ =z uu y u u x u u t u x z x y x x x ∂∂+∂∂+∂∂+∂∂zu u yu u xu u tu a y zy yy xy y ∂∂+∂∂+∂∂+∂∂=zuu y u u x u u t u a z z z y z x z z ∂∂+∂∂+∂∂+∂∂=上面三个式子中,等号右边第一项是速度相对于时间的变化率,称为当地加速度;后三项之和是速度相对于位移的变化率,称为迁移加速度。