工程流体力学I总结

1工程流体力学中国矿业大学电力学院动力系主讲：陈更林副教授Email:ccgl1234@139522019012工程流体力学—前言工程流体力学的研究对象流体力学是以流体(包括液体和气体)为对象，研究其平衡和运动时宏观基本规律的科学。主要研究流体在平衡和运动时的压力分布、速度分布、与固体之间的相互作用以及流动过程中的能量转换等。3研究方法:理论分析:

根据实际问题建立理论模型涉及微分体积法速度势法保角变换法实验研究方法:

根据实际问题利用相似理论建立实验模型选择流动介质设备包括风洞、水槽、水洞、激波管、测试管系等数值计算方法：根据理论分析的方法建立数学模型，选择合适的计算方法，包括有限差分法、有限元法、边界元法等，利用商业软件和自编程序计算，得出结果，用实验方法加以验证。流体力学—前言4第一章 流体的定义与物理性质小结

§1.1

流体的定义和特征§1.2

流体作为连续介质的假设§1.3

流体的密度§1.4

流体的压缩性和膨胀性§1.5

流体的粘性§1.6 液体的表面性质5一、基本概念流动性、流体、连续介质；密度、重度、压缩性、膨胀性、粘性；动力粘度、运动粘度、恩氏粘度；表面张力、表面张力系数、毛细现象；流体的分类：粘性流体、理想流体、牛顿流体、非牛顿流体速度梯度、变形6二、基本原理连续介质7三、重要结论及意义流动性与变形。密度与重度：水、空气、汞。压缩性与膨胀性动力与运动粘度速度梯度与角变形速度牛顿内摩擦定律毛细现象CDBAdbadydudt82流体静力学小结

§2.2

流体静压强及其特性§2.3

流体静力学基本方程式§2.4

绝对压强计示压强液柱式测压计§2.5

液体的相对平衡§2.6

静止液体作用在平面上的总压力§2.7 静止液体作用在曲面上的总压力§2.8 静止液体作用在潜体和浮体上的浮力§2.1

作用在流体上的力9一、基本概念表面力(法向力、切向力)和质量力压强及特性当地大气压、绝对压强、相对压强、真空度等压面及判别方法液体的相对平衡压力体10二、基本原理力的分解与合成力的平衡达朗伯原理11三、重要结论压强及特性流体静力学基本方程流体平衡微分方程等压面重力场中流体静力学基本方程zxp11基准面z2p22p0goz112三、重要结论压强及特性流体静力学基本方程流体静力学基本方程的意义位势能压强势能hp总势能位置水头压强水头静水头测压管水头13三、重要结论4.压强的单位与度量

Pa、液柱高度、当地大气压5.液体的相对平衡完全真空p=0大气压强p=papo绝对压强绝对压强ap>pap<p

相对

压强相对压强达朗伯原理gfazsp0ozaxm14三、重要结论6.静止液体对固体表面的作用力yoxACDdAabpFdFp

hDhCyyCyDhxAzdcPaohchAxzbadAAdFp15第三章 流体动力学小结§3.1 研究流体流动的方法§3.2 流体运动的基本概念§3.3 雷诺输运方程§3.4 连续方程§3.5 动量方程§3.7 能量方程§3.8 沿流线的伯努利方程§3.9总流的伯努利方程§3.10流体动力学基本方程的应用§3.6 动量矩方程16一、基本概念欧拉法与拉格朗日法流体运动的基本概念流动的分类：定常与非定常、缓变流与急变流迹线与流线流管、流束、总流有效截面、流量、平均流速湿周、水力半径、水力直径系统、控制体17二、基本原理雷诺输运方程质量不灭定律牛顿第二运动定律动量定律动量矩定律能量守恒与转化定律18三、重要结论1.欧拉法2.拉格朗日法3.流线的性质与微分方程4.平均流速与水力半径5.雷诺输运方程6.在缓变流有效截面上有7.连续方程19三、重要结论8.动量方程9.动量矩方程20三、重要结论10.伯努利方程及意义速度水头位置水头压强水头总水头bc1aa'2c'b'H总水头线静水头线动能位能压力能总机械能21三、重要结论11.伯努利方程的应用设流动流体是气体224 相似理论与量纲分析4.1 相似理论与模型试验4.2 量纲分析与π定理在相似的空间中，表述流动现象的各物理量的场相似。

1.如何建立模型；

2.试验中测量参数，如何整理试验数据；

3.试验结果如何推广应用。23一、基本概念几何相似、运动相似、动力相似；相似准则：雷诺数、欧拉数、弗汝德数等；决定相似准则数、非决定相似准则数24二、基本原理1.相似条件2.近似相似3.物理方程量纲一致性原理4.Π定理5.瑞利法25三、重要结论1.相似准则数2.相似条件保证流动相似的必要和充分条件。1.相似的流动都属于同一类的流动，应为相同的微分方程所描述。2.单值条件相似。单值条件是指把某一特定的流动从无数个同类的相似流动中区分开来的条件。几何条件3.由单值条件中的物理量所组成的相似准则数相等。边界条件（进口、出口的速度分布等）物性条件（密度、粘度等）初始条件（初瞬时速度分布等）26三、重要结论3.模型实验的方法1.根据单值条件相似和相似准则数相等的原则去设计模型，选择模型中的流动介质。3.按相似准则数整理的试验结果，可推广应用到原型及其他相似流动中去。2.试验过程中应测定相似准则数包含的一切物理量，并整理成相似准则数。27三、重要结论4.

定理（泊金汉定理）：如果一个物理过程涉及到n个物理量和m个基本量纲，则这个物理过程可以由n个物理量组成的n-m个无量纲量（相似准则数i）的函数关系来描述。28三、重要结论5.瑞利法

瑞利法是用定性物理量x1、x2、….、xn的某种幂次之积的函数来表示被决定的物理量y。k为无量纲系数，由试验确定。a1、a2、….、an为待定指数，根据量纲一致性原则求出。29第五章 粘性流动和水力计算小结5.1

粘性流体的两种流动状态5.6

局部损失5.7

管路水力计算5.4

粘性流体的紊流流动5.5

沿程损失的实验研究5.8

液体的出流5.3

不可压粘性流体的层流流动5.2

不可压缩粘性流体的运动N－S方程5.0

管内流动的能量损失30一、基本概念沿程阻力及沿程阻力损失、局部阻力及局部阻力损失、沿程阻力系数、局部阻力系数、管路阻力系数。层流、湍流、雷诺数、脉动、时均参数。湍流、混合长度、紊流附加切应力。粘性底层、水力光滑、水力粗糙。当量粗糙度。长管、短管、简单管路、串联管路、并联管路、枝状管网、环状管网。孔口出流、管嘴出流。水击。31二、基本原理雷诺实验-层流、紊流。粘性流体中的切应力及牛顿第二运动定律。层流：牛顿内摩擦定律、N-S方程。湍流：时均方法、紊流附加切应力、普朗特混合长度理论、N-S方程。尼古拉兹实验、莫迪实验。管路计算：简单管路特性方程、连续方程、伯努利方程。水击-液体的弹性。32三、重要结论流动损失的分类及计算临界雷诺数：Recr=2320(2000)雷诺实验O

hjvcr

vDCBAv’cr

33三、重要结论粘性流体中的切应力N-S方程层流与湍流的比较特点切应力速度分布沿程损失动能修正系数动量修正系数va/vmax沿程损失系数层流分层τ1二次曲线∝v24/30.5Re/64湍流脉动、掺混τ1+τ2对数指数∝v1.75-2110.79-0.87Re、Δ/d34三、重要结论沿程阻力系数、当量粗糙度局部阻力系数与当量长度简单管路及其特性35三、重要结论串联管路及其特性并联管路及其特性节点流量之和为0、闭合环路损失之和为0。36三、重要结论13.管路计算

13.1简单管路计算①qV、l、d、，求hw（H0）；

②已知hw（H0）

、l、d、

，求qV；

③已知hw

（H0）

、qV

、l、，求d。qV、d计算Re由Re、查莫迪图得计算R计算hw校核hw结束Y计算qVN37三、重要结论14.孔口及管嘴出流15.水击38394041三、重要结论13.管路计算13.2串联单管路计算①qV、l、d、，求总hw（H0）；

②已知总hw（H0）

、l、d、

，求qV；

③已知总hw

（H0）

、qV

、l、，求d。qV、d计算Re由Re、查莫迪图得计算R计算hwi校核hw结束Y计算qVN42三、重要结论13.管路计算13.3并联单管路计算①总qV、l、d、，求hw(H0)；