第三章流体力学基础学习教案

1、会计学1第三章流体力学第三章流体力学(li t l xu)基础基础第一页，共50页。第1页/共49页第二页，共50页。第2页/共49页第三页，共50页。第3页/共49页第四页，共50页。第4页/共49页第五页，共50页。力力) )，使慢层加速；相反，慢层对，使慢层加速；相反，慢层对快层产生一个方向相反的阻滞力快层产生一个方向相反的阻滞力( (反作用力反作用力) )，使快层减速。，使快层减速。拖曳力和阻滞力是大小相等方拖曳力和阻滞力是大小相等方向相反的一对力，它们分别作用向相反的一对力，它们分别作用在两个流层的接触面上，又因为在两个流层的接触面上，又因为这一对力是在流体这一对力是在流体(lit)

2、(lit)的内部的内部产生的；所以把这一对力叫做内产生的；所以把这一对力叫做内摩擦力摩擦力( (或称为粘滞力或称为粘滞力) )。流体。流体(lit)(lit)在静止时不能承受切力抵在静止时不能承受切力抵抗剪切变形；但在运动状态下，抗剪切变形；但在运动状态下，流体流体(lit)(lit)具有抵抗剪切变形的具有抵抗剪切变形的能力，称为粘滞性。能力，称为粘滞性。第5页/共49页第六页，共50页。第6页/共49页第七页，共50页。第7页/共49页第八页，共50页。第8页/共49页第九页，共50页。水水甘油甘油空气空气20oC0.018.31.8 10-430oC0.0086.31.9 10-4第9页/

3、共49页第十页，共50页。第10页/共49页第十一页，共50页。第11页/共49页第十二页，共50页。题题第12页/共49页第十三页，共50页。是明渠流，明渠水流中按流动是明渠流，明渠水流中按流动强度可分为急流、缓流和临界强度可分为急流、缓流和临界流三种流态。流三种流态。第13页/共49页第十四页，共50页。急流（急流（a）和缓流（）和缓流（b）遇到）遇到(y do)障碍物时的流动特点障碍物时的流动特点第14页/共49页第十五页，共50页。福劳德数是一个福劳德数是一个(y )(y )无量无量纲数。纲数。=vFrgh惯性力重力第15页/共49页第十六页，共50页。第16页/共49页第十七页，共5

4、0页。第17页/共49页第十八页，共50页。 小小 结：结： 福劳德数：是一个福劳德数：是一个(y )无量纲数，是用无量纲数，是用于流体在明渠条件下的流动体制（或流动强度于流体在明渠条件下的流动体制（或流动强度）的无量纲数；是判别急流和缓流的定量准则）的无量纲数；是判别急流和缓流的定量准则。 Fr=惯性力惯性力/重力重力=v/（gh）1/2 缓流：缓流： Fr1，惯性力大于重力，是惯性，惯性力大于重力，是惯性力起主导作用下的流动。力起主导作用下的流动。 第18页/共49页第十九页，共50页。无颗粒移动的平坦床沙 水体平静，无颗粒运动，底床平坦，即无沙纹及沙丘迁移 水平层理 沙纹(小波痕) 波高

5、5cm， 波长30cm， 流速小， 水面平静或具小型波浪现象 小型交错层理 缓流 Fr1 沙丘(大波痕) 流速50cm/s，波高10-20cm，波长可达几米，水面出现汹涌波浪。 沙纹和沙丘都是属异相波，即水面的波形与床沙波痕表面的位置不一致 大型交错层理 临界流 Fr1 受冲刷的沙丘 （受冲刷的大波痕） 波痕规模大，波长几米几十米，波高波长 海滩冲洗交错层理 受冲刷的平坦床沙 颗粒的移动平行于水的流动方向 平行层理 逆行沙丘 向上游移动的波浪状床沙形体，表现为向上游一侧进行加积，下游一侧受到侵蚀。水面波形与底形波痕一致，属于同相波。 逆行沙丘层理 急流 Fr1 当水流的振动波幅变化大时，局部能

6、生成高能量的波浪，最后加大流速，形成冲槽和冲坑 根据根据0.6mm, 水槽宽水槽宽2.44m, 长长45.72m的实验结果的实验结果流动强度与底床形态（层理类型）流动强度与底床形态（层理类型）第19页/共49页第二十页，共50页。第20页/共49页第二十一页，共50页。第21页/共49页第二十二页，共50页。第22页/共49页第二十三页，共50页。第23页/共49页第二十四页，共50页。第24页/共49页第二十五页，共50页。第25页/共49页第二十六页，共50页。第26页/共49页第二十七页，共50页。第27页/共49页第二十八页，共50页。 小小 结：结： 雷诺数：表示流体的流动状态的无量

7、纲数；是判别层流和紊流的定量雷诺数：表示流体的流动状态的无量纲数；是判别层流和紊流的定量(dngling)(dngling)准则；准则；Re=Re=贯性力贯性力/ /粘滞力粘滞力=Vd/=Vd/=Vd/=Vd/。流动状流动状态类型态类型管道条件管道条件下的下的Re数数明渠条件明渠条件下的下的Re数数定定 义义层流层流23202320500充满了旋涡的急湍的流动，流体质点的运充满了旋涡的急湍的流动，流体质点的运动轨迹极不规则，有纵向运动，其流速大动轨迹极不规则，有纵向运动，其流速大小和流动方向随时间而变化，彼此相互掺小和流动方向随时间而变化，彼此相互掺混混第28页/共49页第二十九页，共50页。

8、第29页/共49页第三十页，共50页。第30页/共49页第三十一页，共50页。第31页/共49页第三十二页，共50页。第32页/共49页第三十三页，共50页。 关于管道直径与水力半径的换算（关于管道直径与水力半径的换算（1） 水在管道或明渠中流动时，垂直流动方向的流水横断面称作过水断面水在管道或明渠中流动时，垂直流动方向的流水横断面称作过水断面(A)。如流速不变，过水。如流速不变，过水断面愈大，流量也就愈大断面愈大，流量也就愈大(即过水能力愈大即过水能力愈大)，否则相反。，否则相反。 过水断面与固体边界接触的线段长度称为湿周过水断面与固体边界接触的线段长度称为湿周(X)，充满水的管道其湿周为圆

9、周，河流的湿周，充满水的管道其湿周为圆周，河流的湿周为河底宽度和两则壁面高度之和。当管道和河流的过水断面相等时，二者的湿周可不同。为河底宽度和两则壁面高度之和。当管道和河流的过水断面相等时，二者的湿周可不同。湿周愈大，阻力愈大，在其它条件相同时，过水能力就愈低，否则相反。湿周愈大，阻力愈大，在其它条件相同时，过水能力就愈低，否则相反。 过水断面和湿周都反映过水断面和湿周都反映(fnyng)了过水能力，在水力学中用水力半径了过水能力，在水力学中用水力半径(R) 表示过水能力，即：表示过水能力，即：R = A / X 水力半径愈大，过水能力愈大，反之则小。水力半径愈大，过水能力愈大，反之则小。 水

10、力半径在明渠流中不等于水深。水力半径在明渠流中不等于水深。第33页/共49页第三十四页，共50页。 关于管道关于管道(gundo)(gundo)直径与水力半径的换算直径与水力半径的换算（2 2）水力半径在管道水力半径在管道(gundo)(gundo)中，管道中，管道(gundo)(gundo)直直径径(d)(d)与水力半径之间关系如下：与水力半径之间关系如下：1) 1) 管道管道(gundo)(gundo)过水断面：过水断面：r2=(d/2)2=d2/4 (1)r2=(d/2)2=d2/4 (1) (r= (r=管道管道(gundo)(gundo)半半径；径；d=d=管道管道(gundo)(g

11、undo)直径直径) ) 2 2） 按水力半径来计算过水断面：按水力半径来计算过水断面：A=XRA=XR其中若湿周其中若湿周(X)(X)为圆周，即：为圆周，即： X=2r=2(d/2)=dX=2r=2(d/2)=d A=dR (2) A=dR (2)(1)(1)式与式与(2)(2)式应相等，即：（式应相等，即：（d2d2）/4=dR/4=dRR=R=（1/41/4）d d第34页/共49页第三十五页，共50页。第35页/共49页第三十六页，共50页。第36页/共49页第三十七页，共50页。第37页/共49页第三十八页，共50页。第38页/共49页第三十九页，共50页。第39页/共49页第四十页，共50页。第40页/共49页第四十一页，共50页。第41页/共49页第四十二页，共50页。第42