流体力学课件

1、第一章第一章 绪论绪论 第一节第一节 流体力学的定义及任务流体力学的定义及任务 教学回顾：教学回顾： 1流体的组成流体的组成 2、力的种类、力的种类 3、流体的物理性质、流体的物理性质 引入：引入： 1、该学科在本专业及工作程上的作用、该学科在本专业及工作程上的作用 主要内容：主要内容： 流体力学流体力学 概念：研究流体平衡和运动规律的一门科学。概念：研究流体平衡和运动规律的一门科学。 流体种类：液体、气体。流体种类：液体、气体。 流体力学种类：流体静力学、流体动力学。流体力学种类：流体静力学、流体动力学。 第二节第二节 流体的基本特征和主要的物理性质流体的基本特征和主要的物理性质 一、流体的

2、基本特性一、流体的基本特性 1、流体的概念：液体和气体的总称。、流体的概念：液体和气体的总称。 2、力：物体之间的相互作用。包括：、力：物体之间的相互作用。包括： A 内聚力：内聚力： B 附着力：附着力： C 吸附固体与不吸附固体：吸附固体与不吸附固体： D 压应力：压应力： E 拉应力：拉应力： F 切应力：切应力： H 内摩擦力：在流动时呈现内摩擦力：在流动时呈现 影响：影响： 流体的种类流体的种类 运动的状态运动的状态 相对静止消失相对静止消失 I 抗压缩能力：抗压缩能力： 易流性：区别于固体易流性：区别于固体 抗压性：区别于气体抗压性：区别于气体 二、流体的物理性质二、流体的物理性质

3、 1 1流体的密度与容重流体的密度与容重 1 1）密度：均匀流体，单位体积的质量称为流体的密度。）密度：均匀流体，单位体积的质量称为流体的密度。 表达式：表达式： P = M/V P = M/V 单单 位位 2 2）容重（重度）：均匀流体，单位体积的重量称为流体的容度，也称重度。）容重（重度）：均匀流体，单位体积的重量称为流体的容度，也称重度。 表达式：表达式： r= G/Vr= G/V 单单 位：位： 3 3）密度与重度的关系：容重等于流体的密度与重力加速度的乘积。）密度与重度的关系：容重等于流体的密度与重力加速度的乘积。 4 4）比重：均匀流体，其重量与一标准大气压下温度）比重：均匀流体，

4、其重量与一标准大气压下温度4 4度时同体积蒸馏水重量之比。度时同体积蒸馏水重量之比。 5 5）压缩性：分子间有空隙，作用在流体压力增加时，其分子距离缩短，因而流体体积）压缩性：分子间有空隙，作用在流体压力增加时，其分子距离缩短，因而流体体积 缩小，密度增加，这种性质称流体的可压缩性。缩小，密度增加，这种性质称流体的可压缩性。 A A 压缩系数：压缩系数： B B 弹性系数：弹性系数： C C 容易压缩，不容易弹性容易压缩，不容易弹性 D D 气体：可压缩性气体：可压缩性 6 6）流体的粘性：）流体的粘性： 流体在运动状态下具有抵抗剪切变形的能力。流体在运动状态下具有抵抗剪切变形的能力。 流体的

5、粘性主要是内聚力引起的。流体的粘性主要是内聚力引起的。 流体流动时产生的阻力（内摩擦力）称为粘力。流体流动时产生的阻力（内摩擦力）称为粘力。 p = F/Ap = F/A 第三、四节第三、四节 连续介质和理想流体的概念连续介质和理想流体的概念 作用于流体上的力作用于流体上的力 教学回顾：教学回顾：1 1、流体的组成、流体的组成 2 2、力的种类、力的种类 3 3、流体的物理性质、流体的物理性质 4 4、作用于流体上的力的分布、作用于流体上的力的分布 1 1、连续介质的概念：把流体看成一片，没有空间也没有分子运动的介质。、连续介质的概念：把流体看成一片，没有空间也没有分子运动的介质。 2 2、流

6、体质点的概念：、流体质点的概念： 3 3、流体力学的流体与材料力学中的材料分子的异同点、流体力学的流体与材料力学中的材料分子的异同点 4 4、理想流体的概念、理想流体的概念 5 5、作用于流体上的力的种类、作用于流体上的力的种类 n表面力：作用于被研究流体的表面，其大小和被作用的面积大小有关的力。表面力：作用于被研究流体的表面，其大小和被作用的面积大小有关的力。 分解为：发向表面力（如压力）；切向表面力（如摩察力或内摩察力）分解为：发向表面力（如压力）；切向表面力（如摩察力或内摩察力） n质量力：单位质量流体所受的力。质量力：单位质量流体所受的力。 表达式表达式:X = F/M :X = F/

7、M 单位：单位：m/sm/s 本本 章章 小小 结结 1 1连续介质和理想流体的概念连续介质和理想流体的概念 2 2作用于流体上的力和分布状况作用于流体上的力和分布状况 （1 1）表面力）表面力 （2 2）质量力）质量力 习题与例题讲解与分析习题与例题讲解与分析 P11 1-1 1-2 1-3 1-4P11 1-1 1-2 1-3 1-4 八、流体小实验八、流体小实验 第二章第二章 流体静力学流体静力学 课题：课题：1 流体静压强的基本方程流体静压强的基本方程 2 流体静压强的表示方法流体静压强的表示方法 2-1流体静压强及其特征流体静压强及其特征 一、流体静压强一、流体静压强 定义：定义：

8、1 1、流体在静止状态时的压力。成为流体静压力。、流体在静止状态时的压力。成为流体静压力。 2 2、单位受压面上的流体静压力，称为流体静压强。、单位受压面上的流体静压力，称为流体静压强。 关系式：关系式：p = P / Ap = P / A 单单 位：位： P PN AN AM pM pN/ MN/ M 3 3、区别静压力与静压强的关系、区别静压力与静压强的关系 （1 1）二个不相同的概念）二个不相同的概念 （2 2）单位不同）单位不同 静压力的单位：静压力的单位：N N 、KNKN 静压强的单位：静压强的单位：N/ MN/ M KN/ M KN/ M 二、流体静压强的特性二、流体静压强的特性

9、 1 1、流体静压强的方向垂直并指向受压面。、流体静压强的方向垂直并指向受压面。 静压强只能受垂直的压力。即受压面的内法向表面力。静压强只能受垂直的压力。即受压面的内法向表面力。 分析：分析： 2 2、静止流体内统一点的静压强的大小和受压面的方向无关，即统一点的静压强的大小各方、静止流体内统一点的静压强的大小和受压面的方向无关，即统一点的静压强的大小各方 向均相等。向均相等。 关系式：关系式：p = p = p = pp = p = p = p 分析：分析： 分析表明：分析表明： 作为连续介质的平衡流体中，任一点的静压强仅是空间坐标的函数，而与受力面的作为连续介质的平衡流体中，任一点的静压强仅

10、是空间坐标的函数，而与受力面的 方向无关。方向无关。 即：压强的作用方向不同，静压强的大小相同。即：压强的作用方向不同，静压强的大小相同。 2-2静止流体的平衡一般方程式静止流体的平衡一般方程式 流体的平衡一般方程式，表征流体处于平衡状态时作用于流体上各种力之间的关系。流体的平衡一般方程式，表征流体处于平衡状态时作用于流体上各种力之间的关系。 如图所示六面体处于平衡状态，讨论其受力。如图所示六面体处于平衡状态，讨论其受力。 1 1、表面力、表面力 2 2、质量力、质量力 表明：流体只有在质量力作用下才能维持平衡。表明：流体只有在质量力作用下才能维持平衡。 关系式：关系式：P = P = UU

11、第二章第二章 流体静力学流体静力学 课题：课题：3、连通器内液体的平衡、等压面、连通器内液体的平衡、等压面 4、水头与比势能、水头与比势能 2-52-5连通器内液体的平衡、等压面连通器内液体的平衡、等压面 一、连通器内液体的平衡一、连通器内液体的平衡 1 1基本概念：连通器（由两个或两个以上互相连通的容器组成的系统）基本概念：连通器（由两个或两个以上互相连通的容器组成的系统） 2 2连通器平衡分类：连通器平衡分类： （1 1）第一种情况：）第一种情况： 如果容器如果容器1 1、2 2容器注入相同液体，且液面压强也相等。容器注入相同液体，且液面压强也相等。 如图所示：如图所示： 表明意义：盛有相

12、同液体和液面上压强相等的连通器，其液面高度相等。表明意义：盛有相同液体和液面上压强相等的连通器，其液面高度相等。 应用：应用：A A、锅炉的水位计。、锅炉的水位计。 B B、燃油柜的油位计。、燃油柜的油位计。 C C、施工中水平线检测。、施工中水平线检测。 （2 2）第二种情况：）第二种情况： 如果容器如果容器1 1、2 2容器注入相同液体，且液面压强不相等。容器注入相同液体，且液面压强不相等。 如图所示：如图所示： 表明意义：表明意义： 盛有相同液体的连通器，其液面的压强差，等于连通器中液面差所产生的压强值盛有相同液体的连通器，其液面的压强差，等于连通器中液面差所产生的压强值 应用：应用：A

13、 A、锅炉的风压表。、锅炉的风压表。 B、压力计。、压力计。 C、水银真空计。、水银真空计。 （3 3）第三种情况：）第三种情况： 如果容器如果容器1 1、2 2容器注入不相同液体，但液面压强相等。容器注入不相同液体，但液面压强相等。 如图所示：如图所示： 表明意义：当液面上压强相等，连通器内有两种互不相混的液体（如水和油）时，自表明意义：当液面上压强相等，连通器内有两种互不相混的液体（如水和油）时，自 分界而起，液面的高度之比与液体容重成反比。分界而起，液面的高度之比与液体容重成反比。 应用：应用：测定液体的容重或液柱高度换算测定液体的容重或液柱高度换算。 二、等压面二、等压面 1 1、概念

14、：具有相同的压强值的点所连成的几何面，成为等压面。、概念：具有相同的压强值的点所连成的几何面，成为等压面。 2 2、等压面事例分析：、等压面事例分析： 如图所示：如图所示： 3 3应用：解决静压强的计算问题。应用：解决静压强的计算问题。 第二章第二章 流体静力学流体静力学 课题：课题：4、水头与比势能、水头与比势能 5、 静力学方程式的应用静力学方程式的应用 2-6 2-6 水头与比势能的应用水头与比势能的应用 1 1回顾基本概念：回顾基本概念： 位置水头：离基准面的高度。位置水头：离基准面的高度。 举例分析：举例分析： 基准面：丈量高度的起始面。基准面：丈量高度的起始面。 测压计原理：测压计

15、原理： 压强水头：压强水头：P /r P /rP /r P /r 测压管水头：位置水头与压强水头的总和。测压管水头：位置水头与压强水头的总和。 流体静压强的基本方程：流体静压强的基本方程： 流体静压强方程表明：静止流体中，仅受重力作用时，测压管水平线必为水平线。流体静压强方程表明：静止流体中，仅受重力作用时，测压管水平线必为水平线。 流体静压强的能量方程流体静压强的能量方程 流体静压强的基本方程从能量角度分析：流体静压强的基本方程从能量角度分析： 第二章第二章 流体静力学流体静力学 课题：课题：6、 测压管、测压管、U型管水银测压原理、应用型管水银测压原理、应用 7、比压计原理、应用、比压计原

16、理、应用 由水头与比势能的应用，连通器的应用，引入船舶中常用仪器、仪表的名称、结构、原理、应用由水头与比势能的应用，连通器的应用，引入船舶中常用仪器、仪表的名称、结构、原理、应用 。 2-7 2-7 流体静压强的量测流体静压强的量测 根据静压强基本方程式可以计算任意点的静压强，同时可以制作仪器来测量流体静压根据静压强基本方程式可以计算任意点的静压强，同时可以制作仪器来测量流体静压 强。这些仪器在船舶上应用十分广泛。强。这些仪器在船舶上应用十分广泛。 一、测压管一、测压管 1 1、结构：利用一开口的玻璃管连接在管道或容器的侧壁。、结构：利用一开口的玻璃管连接在管道或容器的侧壁。 2 2、原理：如

17、图所示，根据连通器与等压面的概念，、原理：如图所示，根据连通器与等压面的概念，A A、B B两点为等压面。两点为等压面。 则：则：A A、B B两点的相对压强为：两点的相对压强为： Pa = r h Pa = r h PbPb = r h = r h r r为就是为就是A A点的压强水头。即：点的压强水头。即：h = Pa / rh = Pa / r 或：或：Pa = r L Pa = r L sinasina 3 3、应用、应用; ; 二、二、U U型管水银测压型管水银测压 1 1、结构：利用二端开口的、结构：利用二端开口的U U玻璃管将一端连接在管道或容器的侧壁。玻璃管将一端连接在管道或容

18、器的侧壁。 2 2、原理：如图所示，根据、原理：如图所示，根据U U玻璃管的高度差，可以算出容器中静压强的数值。玻璃管的高度差，可以算出容器中静压强的数值。 3 3、应用：、应用： 三、比压计：三、比压计： 1 1、结构：利用二端开口的、结构：利用二端开口的U U玻璃管将一端连接在管道或容器的侧壁。玻璃管将一端连接在管道或容器的侧壁。 2 2、原理：如图所示，主要用于量测两点压强差的装置，而不是单独量测某一点的压强。、原理：如图所示，主要用于量测两点压强差的装置，而不是单独量测某一点的压强。 3 3、应用：、应用： 第二章第二章 流体静力学流体静力学 课题：课题：8、 金属压力表的结构、原理与

19、应用金属压力表的结构、原理与应用 9、流体静压强的量测例题、习题、流体静压强的量测例题、习题 通过复习上一节的测压管、通过复习上一节的测压管、U U型管水银测压计、比压计结构、原理、应用，引入在工程型管水银测压计、比压计结构、原理、应用，引入在工程 上量测较大压强的金属压力表。上量测较大压强的金属压力表。 四、金属压力表：四、金属压力表： 1 1、金属压力表的优势：结构简单，容易携带，工程上广乏使用。、金属压力表的优势：结构简单，容易携带，工程上广乏使用。 2 2、结构：如图所示：、结构：如图所示： 教师边绘图，边讲结构。教师边绘图，边讲结构。 让学生复述金属压力表的结构。让学生复述金属压力表

20、的结构。 原理：（原理：（1 1）杠杆原理部分。（）杠杆原理部分。（2 2）弹性金属管部分。）弹性金属管部分。 实物解剖、试验：让学生拆卸，熟悉结构、根据结构，理解动作原理。实物解剖、试验：让学生拆卸，熟悉结构、根据结构，理解动作原理。 五、本课题例题与习题讲解：五、本课题例题与习题讲解： n例题例题2-4 n例题例题2-6 n堂练堂练P472-8、2-9 n习题分析习题分析 布置作业：布置作业： 第二章第二章 流体静力学流体静力学 课题：课题：10、流体静压强分布、流体静压强分布 引入：为何船舶横断面处船壳板受压面是曲面？引入：为何船舶横断面处船壳板受压面是曲面？ 下面我们来探讨一下流体静压

21、强的下面我们来探讨一下流体静压强的 分布问题！分布问题！ 2 28 8 流体静压强的分布图流体静压强的分布图 一、何谓流体静压强的分布图一、何谓流体静压强的分布图 用几何图形把静压强的分布状况，形象地表示出来，这种几何图形叫做流体静用几何图形把静压强的分布状况，形象地表示出来，这种几何图形叫做流体静 压强分布图。压强分布图。 二、流体静压力：利用这个图求出受压面上的流体总静压力。二、流体静压力：利用这个图求出受压面上的流体总静压力。 三、应用：校核设计构件尺寸和校核船舶强度，提供载荷分布依据。三、应用：校核设计构件尺寸和校核船舶强度，提供载荷分布依据。 四、如图所示，垂直放置的矩形平板，四、如

22、图所示，垂直放置的矩形平板，ABAB所受的静压强分布图所受的静压强分布图 分析下面三种情况静压强与深度的关系分析下面三种情况静压强与深度的关系 结论：结论： 1 1、静压强与深度是线性直线函数关系，故受压面为平面的情况下，压强分布图的外、静压强与深度是线性直线函数关系，故受压面为平面的情况下，压强分布图的外 包线也成直线；包线也成直线； 2 2、当受压面为曲面的情况下，曲面的长度与深度不成直线函数关系，故压强分布图、当受压面为曲面的情况下，曲面的长度与深度不成直线函数关系，故压强分布图 外包线为曲线。外包线为曲线。 3 3、如图所示为船舶横断面处船壳板受压面是曲面。、如图所示为船舶横断面处船壳

23、板受压面是曲面。 通过讲解通过讲解2 21010习题，引入新课习题，引入新课-作用与物体上的流体总静压、潜体、沉体作用与物体上的流体总静压、潜体、沉体 2 21111作用与物体上的流体总静压、潜体、沉体作用与物体上的流体总静压、潜体、沉体 一、作用与物体上的流体总静压一、作用与物体上的流体总静压阿基米德原理阿基米德原理 1 1、什么叫潜体？（浸没在静止液体中的物体。）、什么叫潜体？（浸没在静止液体中的物体。） 2 2、潜体在水中的受力分析、潜体在水中的受力分析 同体积同体积 （1 1）左右相同）左右相同 （2 2）上下不等存在压力差，但与深度无关）上下不等存在压力差，但与深度无关 3 3、阿基

24、米德原理？、阿基米德原理？ 作用在物体上的力，该力等于该物体排开同体积的液体重量，而和深度无关。作用在物体上的力，该力等于该物体排开同体积的液体重量，而和深度无关。 4 4、阿基米德原理适用范围：、阿基米德原理适用范围： （1 1）潜体）潜体 （2 2）浮体）浮体 第二章第二章 流体静力学流体静力学 课题：课题：11、作用与物体上流体总静压、作用与物体上流体总静压 12、潜体、浮体、沉体概念、潜体、浮体、沉体概念 211作用与物体上的流体总静压、潜体、沉体作用与物体上的流体总静压、潜体、沉体 二、讨论物体在静止液体中的沉浮二、讨论物体在静止液体中的沉浮 1 1、 2 2、 3 3、 结论：物体

25、在静止液体中的沉浮，是由它所受的重力和上浮力的相互关系决定的。结论：物体在静止液体中的沉浮，是由它所受的重力和上浮力的相互关系决定的。 三、实例分析：三、实例分析： 1 1、潜艇沉浮工作原理、潜艇沉浮工作原理 2 2、船舶、航标工作原理、船舶、航标工作原理 四、小结：四、小结： 五、作业布置五、作业布置 第二章第二章 流体静力学流体静力学 课题：课题：13、潜体平衡及其稳定性、潜体平衡及其稳定性 14、浮体平衡及其稳定性、浮体平衡及其稳定性 目的：目的：1 1、掌握潜体平衡及其稳定性、掌握潜体平衡及其稳定性 2 2、掌握浮体平衡及其稳定性、掌握浮体平衡及其稳定性 重点：重点：1 1、潜体平衡及

26、其稳定性、潜体平衡及其稳定性 2 2、浮体平衡及其稳定性、浮体平衡及其稳定性 难点：浮体平衡及其稳定性难点：浮体平衡及其稳定性 第三章第三章 流体动力学基础流体动力学基础 课题课题 1、流体力学的定义及任务、流体力学的定义及任务 2、流动的几个基本概念、流动的几个基本概念 第一节第一节 流体力学的定义及任务流体力学的定义及任务 1 1、流体力学的任务：、流体力学的任务： 2 2、表征流体运动的物理量有哪些？即特征？、表征流体运动的物理量有哪些？即特征？ 速度、加速度、密度和作用力速度、加速度、密度和作用力 3 3、研究流体的两种方法：、研究流体的两种方法： （1 1）拉格朗日法：）拉格朗日法：

27、 A A 整个流体由单个运动质点的总和；整个流体由单个运动质点的总和； B B 把单个质点当作固体质点；把单个质点当作固体质点； （2 2）欧拉法）欧拉法 A A 研究一个质点某时刻某点的速度、压强情况；研究一个质点某时刻某点的速度、压强情况； B B 某时刻所有质点的速度、压强总和；某时刻所有质点的速度、压强总和； 第二节第二节 流动的几个基本概念流动的几个基本概念 一、稳定流动一、稳定流动 1 1、概念：流体流动时，某点的速度与压强与时间无关的流动。、概念：流体流动时，某点的速度与压强与时间无关的流动。 2 2、非稳定流动：流体流动时，某点的速度与压强随时而改变的流动。、非稳定流动：流体流

28、动时，某点的速度与压强随时而改变的流动。 二、迹线与流线二、迹线与流线 1 1、迹线：一质点在连续时间里所走过的轨迹。、迹线：一质点在连续时间里所走过的轨迹。 2 2、流线：流场中某一瞬间的一条空间曲线，某一点的速度方向与该线相切。、流线：流场中某一瞬间的一条空间曲线，某一点的速度方向与该线相切。 3 3、特点：、特点： （1 1）稳定流线不随时间而改变；）稳定流线不随时间而改变； （2 2）流线上质点沿流线运动；）流线上质点沿流线运动； （3 3）流线间不相交。）流线间不相交。 为什么船体做成流线型？为什么船体做成流线型？ 三三 流管、流束及总流流管、流束及总流 1 1、流管：通过闭合曲线上

29、各点的流线所围成的管，称为流管。、流管：通过闭合曲线上各点的流线所围成的管，称为流管。 2 2、流束：流管内全部流体称为流束。、流束：流管内全部流体称为流束。 A A 微小流束：断面无穷小的流束。可用流线代替。微小流束：断面无穷小的流束。可用流线代替。 B B 在稳定流中，流管、流束不随时间而改变。在稳定流中，流管、流束不随时间而改变。 C C 在非稳定流中，流管、流束随时间而改变。在非稳定流中，流管、流束随时间而改变。 D D 流线不能穿过流管管壁。流线不能穿过流管管壁。 3 3、总流：无数微小流束的总和。如水管中的水流与气体、总流：无数微小流束的总和。如水管中的水流与气体 四、有效断面、流

30、量、平均流速四、有效断面、流量、平均流速 1 1、有效断面：与微小流速或总流各流线相垂直的横断面，称为有效断面。、有效断面：与微小流速或总流各流线相垂直的横断面，称为有效断面。 A A 断面的形状：平面、曲面；断面的形状：平面、曲面； B B 断面间有平衡与非平衡；断面间有平衡与非平衡； 2 2、流量：单位时间内通过流束有效断面的流体体积（质量）称为体积（质量）流量。、流量：单位时间内通过流束有效断面的流体体积（质量）称为体积（质量）流量。 单位：单位：Q l/S m/h Q l/S m/h t/ht/h 3 3、平均流速：流量与有效断面的比值。、平均流速：流量与有效断面的比值。 A A 流体

31、有粘性，从而有内摩擦阻力；流体有粘性，从而有内摩擦阻力； B B 轴向流速大，近壁流速最小乃至为零；轴向流速大，近壁流速最小乃至为零； C Q=V A C Q=V A 五、总结：五、总结： n稳定流的特点；稳定流的特点； n流线的特征；流线的特征； n流束的特点；流束的特点； 六、作业六、作业 1 1、为什么一般情况下船体都是做成流线型？、为什么一般情况下船体都是做成流线型？ 2 2、有一流管，直径、有一流管，直径2020厘米，流速厘米，流速5 5米米/ /秒，求它的流量？秒，求它的流量？ 第三节第三节 流动的连续性方程流动的连续性方程 1 1、质量守恒定律在流体力学中的具体应用；、质量守恒定

32、律在流体力学中的具体应用； 2 2、条件：稳定流动，质点不穿越流管，流体是连续不可压缩的；、条件：稳定流动，质点不穿越流管，流体是连续不可压缩的； 3 3、Q=VQ=V* *A=A=常数常数 V V1 1/V/V2 2=A=A2 2/A/A1 1； A A 总流在各有效断面流量相等；总流在各有效断面流量相等； B B 流速与面积成反比流速与面积成反比 4 4、例：、例： 第三章第三章 流体动力学基础流体动力学基础 课题课题 3、流动的连续性方程、流动的连续性方程 4、伯努力方程、伯努力方程 第四节第四节 伯努力方程伯努力方程 1 1、同一有效断面上各点的流速和压力是均匀不变的；、同一有效断面上

33、各点的流速和压力是均匀不变的； 2 2、压力所作的功：、压力所作的功： F F1 1 dS dS1 1 = P = P 1 1dAdA1 1S S1 1 = P = P1 1dAdA1 1U U1 1d t =Pd t =P1 1dQdtdQdt F F2 2 dS dS2 2 = P= P 2 2dAdA2 2S S2 2 = P = P2 2dAdA2 2U U2 2d t = Pd t = P2 2dQdt dQdt （反向力）（反向力） F F1 1dSdS1 1F F2 2dSdS2 2 = P = P1 1dQdtdQdtP P2 2dQdt = dQdt = dQdtdQdt （

34、P P1 1P P2 2） 3 3、重力所作的功：、重力所作的功： W= W=mghmgh= =VghVgh= =gg dQdtdQdt（Z Z1 1-Z-Z2 2） 4 4、动能变化、动能变化 1/2 dmV 1/2 dmV2 21/2 dm V1/2 dm V1 1 =1/2 dm=1/2 dm（V V2 2V V1 1 ）= 1/2 = 1/2 dQdtdQdt（V V2 2V V1 1 ） 5 5、由动能定理得、由动能定理得 压力做功压力做功+ +重力做功重力做功= =动能变化动能变化 dQdQ dtdt （P P1 1P P2 2）+ + dQdQ dtdt（ Z Z1 1-Z-Z2

35、 2 ）=1/2 =1/2 dQdQ dtdt（ V V2 2V V1 1 ） 整理得：整理得： Z + P/ Z + P/gg + V + V2 2/2g =/2g =常数常数 这称为理想流体在只有重力作用下稳定流动的伯努利方程，这是能量守恒转换定理。也是自这称为理想流体在只有重力作用下稳定流动的伯努利方程，这是能量守恒转换定理。也是自 然界能量守恒定律。然界能量守恒定律。 6 6、物理学和几何学的意义、物理学和几何学的意义 Z + P/ Z + P/gg + V + V2 2 /2g = /2g =常数常数 位能位能 压能压能 动能动能 位置水头位置水头 压力水头压力水头 速度水头速度水头

36、 静力水头静力水头 总水头总水头 第三章第三章 流体动力学基础流体动力学基础 课题课题 5、能量方程式及应用（、能量方程式及应用（1） 复习努伯力方程，推导能量方程式，引入新课复习努伯力方程，推导能量方程式，引入新课-能量方程式能量方程式 一、实际流体恒定流恒定流束的能量方程一、实际流体恒定流恒定流束的能量方程 Z Z1 1+ P+ P1 1/ / r r1 1+ + V V1 1 /2g = Z /2g = Z2 2 + P+ P2 2 / /r r2 2+ + V V2 2 /2g +hw /2g +hw 1.1.物理意义：物理意义： Z-Z-平均位能（比势能）平均位能（比势能） P /

37、r-P / r-比压能比压能 V V /2g-/2g-比动能比动能 hw-hw-单位流体所损失的能量单位流体所损失的能量 Z + P / r + VZ + P / r + V /2g- /2g-总机械能（总比能）总机械能（总比能） 2.2.几何意义：几何意义： Z-Z-位置水头或位置高度位置水头或位置高度 P / r-P / r-压强水头或测压高度压强水头或测压高度 V V /2g- /2g-流速水头流速水头 Z + P / r -Z + P / r -测压管高度测压管高度 hw-hw-水头损失水头损失 Z + P / r + VZ + P / r + V /2g- /2g-总水头总水头 二、

38、努伯利方程式的应用二、努伯利方程式的应用 案例一：当两船并行前进时，为什么会容易发生碰撞？案例一：当两船并行前进时，为什么会容易发生碰撞？ 解：当两船并行前进时，水流经过二船之间的通道变狭，解：当两船并行前进时，水流经过二船之间的通道变狭， 根据根据 Z Z1 1 + V + V2 2Z + Z + P P1 1 / / r r1 1+ V+ V1 1 /2g /2g = = Z Z2 2 + + P P2 2 / /r r2 2 + V + V2 2 /2g /2g +hw+hw 流速增加，则：流速增加，则： V V1 1 V V2 2 Z Z1 1 Z Z2 2 V V2 2-增大，中间流

39、道中压力增大，中间流道中压力P2P2降低。降低。 二船的外侧形成一对向里的侧向推力，使二船靠近，二船越近，通道越狭，二船之间的流速越快，压力越小二船的外侧形成一对向里的侧向推力，使二船靠近，二船越近，通道越狭，二船之间的流速越快，压力越小 ，侧向推力越大，导致二船终于碰撞。，侧向推力越大，导致二船终于碰撞。 案例二：船用螺旋桨为什么会产生推力？案例二：船用螺旋桨为什么会产生推力？ 解：解： 根据：根据： Z Z1 1+ p+ p1 1/ r/ r 1 1+ V+ V1 1 /2g = /2g = Z Z2 2 + + P P2 2 / /r r2 2 + V + V2 2 /2g /2g +h

40、w+hw 因为：因为： Z Z1 1 = =Z Z2 2 所以：所以：p p1 1/ r/ r1 1+ V+ V1 1 /2g /2g = = P P2 2 / /r r2 2 + V + V2 2 /2g /2g +hw+hw 上部：上部：V V左左 V V右右 p p上部上部 p0 p0 下部：下部：V V下下 = V0 p= V0 p上部上部 = p0= p0 所以：所以：p p下部下部 p p上部上部 p p下部下部 - p- p上部上部 0 0 故推力推动船舶前进。故推力推动船舶前进。 第三章第三章 流体动力学基础流体动力学基础 课题课题 5、能量方程式及应用（、能量方程式及应用（2

41、） 三、空泡现象：三、空泡现象： 1.1.概念：当流速增至某一数值时，在截面积收缩处中后段部产生气泡，呈白色泡沫状，且概念：当流速增至某一数值时，在截面积收缩处中后段部产生气泡，呈白色泡沫状，且 伴随强烈震动和巨大吵音。伴随强烈震动和巨大吵音。 2.2.案例三：自然山溪水道，往往会出现突然收狭小。案例三：自然山溪水道，往往会出现突然收狭小。 3.3.案例四：自来水管道，从主水管道进入分支时出现突然收狭小，都会出现空泡现象。案例四：自来水管道，从主水管道进入分支时出现突然收狭小，都会出现空泡现象。 插图插图 四、汽蚀现象：四、汽蚀现象： 1.1.概念概念: :当压力减小至液体的汽化压力时，液体变

42、成蒸汽，形成气泡。当经过狭小的截面后，当压力减小至液体的汽化压力时，液体变成蒸汽，形成气泡。当经过狭小的截面后， 截面增大，流速减小，压力提高，气泡变成液体，形成真空，周围的液体冲击真空处发截面增大，流速减小，压力提高，气泡变成液体，形成真空，周围的液体冲击真空处发 生撞击，材料表面破坏，形成汽蚀。生撞击，材料表面破坏，形成汽蚀。 2.2.案例五：为什么船用螺旋桨常会发生凹凸不平的斑点？案例五：为什么船用螺旋桨常会发生凹凸不平的斑点？ 原因：汽蚀现象。原因：汽蚀现象。 当船用螺旋桨高速旋转式，部分表面处于压力减小至液体的汽化压力时，液体变成蒸汽，当船用螺旋桨高速旋转式，部分表面处于压力减小至液

43、体的汽化压力时，液体变成蒸汽， 形成气泡。当经过船用螺旋桨狭小的截面后，截面增大，流速减小，压力提高，气泡变成形成气泡。当经过船用螺旋桨狭小的截面后，截面增大，流速减小，压力提高，气泡变成 液体，形成真空，周围的液体冲击真空处发生撞击，船用螺旋桨表面形成凹凸不平的斑点液体，形成真空，周围的液体冲击真空处发生撞击，船用螺旋桨表面形成凹凸不平的斑点 第四章第四章 管道中流动与水流损失管道中流动与水流损失 一、基本概念：一、基本概念： 1.1.水头损失：水头损失： 2.2.流动阻力：流动阻力： 3.3.摩檫阻力：摩檫阻力： 4.4.压强阻力压强阻力; ; 二、水头损失的分类二、水头损失的分类 1.1

44、.沿程水头损失：沿程水头损失： 2.2.局部水头损失：局部水头损失： 三、水头损失的条件三、水头损失的条件 1.1.流体具有粘滞性流体具有粘滞性 2.2.固体边界影响，流体内部质点之间产生相对流动固体边界影响，流体内部质点之间产生相对流动 3.3.总水头损失：总水头损失：hw = hw = hfhf + + hjhj 四、流动的型态四、流动的型态 1.1.层流：管中水流质点沿轴线方向流动，没有横向运动，层次分明，互不相混的状态。层流：管中水流质点沿轴线方向流动，没有横向运动，层次分明，互不相混的状态。 2.2.紊流紊流: : 管中水流质点既有沿轴线方向流动，又有横向运动，分子相互混惨的状态。管

45、中水流质点既有沿轴线方向流动，又有横向运动，分子相互混惨的状态。 插图插图 五、紊流的结构与特征五、紊流的结构与特征 1 1、紊流的结构、紊流的结构 许多大大小小不等的涡体相互混掺前进，位置、形状、转速都在时刻变化，当一系列参差不齐的涡体许多大大小小不等的涡体相互混掺前进，位置、形状、转速都在时刻变化，当一系列参差不齐的涡体 通过紊流中某一点时，反映这点的瞬间时运动要素（流速、压强等）随时间的发生波动的现象通过紊流中某一点时，反映这点的瞬间时运动要素（流速、压强等）随时间的发生波动的现象 -运动要素的脉动运动要素的脉动 2 2、紊流中存在层流现象、紊流中存在层流现象 插图插图 六、压力管中的水

46、击现象六、压力管中的水击现象 1.1.水击现象：在压力管中流动的液体，由于某种外界因素（如压力阀开启、关闭等），使流体在瞬水击现象：在压力管中流动的液体，由于某种外界因素（如压力阀开启、关闭等），使流体在瞬 间的流速发生剧变，由于液体惯性，引起压力突然增加或减小而冲击的现象。间的流速发生剧变，由于液体惯性，引起压力突然增加或减小而冲击的现象。 2.2.水锤现象：由于增压、减压交替变化，对管壁像锤子敲击一样的现象。水锤现象：由于增压、减压交替变化，对管壁像锤子敲击一样的现象。 3.3.水击的危害与预防水击的危害与预防 水击现象对管道具有极其的危害性，对管道具有破坏作用，缩短管道的使用寿命。必须消

47、除或减弱。水击现象对管道具有极其的危害性，对管道具有破坏作用，缩短管道的使用寿命。必须消除或减弱。 4.4.消除或减弱的方法消除或减弱的方法 （1 1） 缓慢关闭或开启阀门；缓慢关闭或开启阀门； （2 2） 缩短管路的长度；缩短管路的长度； （3 3） 降低管路中的流速；降低管路中的流速； （4 4） 管路中安装安全阀；管路中安装安全阀； （5 5） 管路上安装空气室。管路上安装空气室。 第五章第五章 液体的节流与缝流动液体的节流与缝流动 船舶液压舵机的传动系统，会遇到油液流经小孔和缝的问题。船舶液压舵机的传动系统，会遇到油液流经小孔和缝的问题。 一、概念一、概念 1. 1. 节流：节流： 2

48、. 2. 薄壁小孔：薄壁小孔： 3. 3. 细长小孔：细长小孔： 4. 4. 缝缝 二、缝中油液产生运动的原因二、缝中油液产生运动的原因 （1 1）存在压差产生流动）存在压差产生流动 （2 2）组成缝）组成缝 的壁面具有相对运动而产生液体流动的壁面具有相对运动而产生液体流动 三、油液缝的流动产生漏泄的影响三、油液缝的流动产生漏泄的影响 （1 1）系统效率下降）系统效率下降 （2 2）油液温度升高，影响系统工作的可靠性）油液温度升高，影响系统工作的可靠性 （3 3）可调节流量或压力）可调节流量或压力 四、计算四、计算 （1 1）流经小孔的流量计算）流经小孔的流量计算 Q = Q = （2 2）液

49、体流经细长管（小孔）的流量计算）液体流经细长管（小孔）的流量计算 （3 3）流经缝的流量计算）流经缝的流量计算 （4 4）流经同心环状缝的流量计算）流经同心环状缝的流量计算 （5 5）流经偏心环状缝计算）流经偏心环状缝计算 结论：减少零件的配合间缝是提高密封性，减少泄露量的最有效的途径。结论：减少零件的配合间缝是提高密封性，减少泄露量的最有效的途径。 第六章第六章 机翼升力原理机翼升力原理 机翼是飞机组成的主要部分，用来获得外力的一种特别的流线形体。机翼是飞机组成的主要部分，用来获得外力的一种特别的流线形体。 一、为什么机翼会产生升力？一、为什么机翼会产生升力？ （一）基本术语（一）基本术语

50、插图插图 1.1.翼展（翼展（L L）: : 2.2.机翼的截面机翼的截面翼型（翼型（A A） 3.3.翼弦：翼弦： 4.4.弦长：弦长： 5.5.展弦比：展弦比： 6.6.冲角：冲角： （二）原理（二）原理 1.1.气流绕过机翼时，在机翼上分为二个力：气流绕过机翼时，在机翼上分为二个力： （1 1）1 1个分力与来流方向垂直个分力与来流方向垂直升力；升力； （2 2）1 1个分力与来流方向平行个分力与来流方向平行阻力；阻力； 2.2.机翼把输入的机械能转化为流体的能量，产生升力。机翼把输入的机械能转化为流体的能量，产生升力。 （三）冲角的大小对机翼的空气动力性质的关系？（三）冲角的大小对机翼的空气动力性质的关系？ 1.1.当冲角当冲角=0 =0 时，流体流过机翼时，流线变密，流速加大，压力降低。由于流动的对称性，时，流体流过机翼时，流线变密，流速加大，压力