1工程流體力學中國礦業大學電力學院動力系主講：陳更林副教授Email:ccgl1234@139522019012工程流體力學—前言工程流體力學的研究對象流體力學是以流體(包括液體和氣體)為對象，研究其平衡和運動時宏觀基本規律的科學。主要研究流體在平衡和運動時的壓力分布、速度分布、與固體之間的相互作用以及流動過程中的能量轉換等。3研究方法:理論分析:

根據實際問題建立理論模型涉及微分體積法速度勢法保角變換法實驗研究方法:

根據實際問題利用相似理論建立實驗模型選擇流動介質設備包括風洞、水槽、水洞、激波管、測試管系等數值計算方法：根據理論分析的方法建立數學模型，選擇合適的計算方法，包括有限差分法、有限元法、邊界元法等，利用商業軟件和自編程序計算，得出結果，用實驗方法加以驗證。流體力學—前言4第一章 流體的定義與物理性質小結

§1.1

流體的定義和特征§1.2

流體作為連續介質的假設§1.3

流體的密度§1.4

流體的壓縮性和膨脹性§1.5

流體的粘性§1.6 液體的表面性質5一、基本概念流動性、流體、連續介質；密度、重度、壓縮性、膨脹性、粘性；動力粘度、運動粘度、恩氏粘度；表面張力、表面張力系數、毛細現象；流體的分類：粘性流體、理想流體、牛頓流體、非牛頓流體速度梯度、變形6二、基本原理連續介質7三、重要結論及意義流動性與變形。密度與重度：水、空氣、汞。壓縮性與膨脹性動力與運動粘度速度梯度與角變形速度牛頓內摩擦定律毛細現象CDBAdbadydudt82流體靜力學小結

§2.2

流體靜壓強及其特性§2.3

流體靜力學基本方程式§2.4

絕對壓強計示壓強液柱式測壓計§2.5

液體的相對平衡§2.6

靜止液體作用在平面上的總壓力§2.7 靜止液體作用在曲面上的總壓力§2.8 靜止液體作用在潛體和浮體上的浮力§2.1

作用在流體上的力9一、基本概念表面力(法向力、切向力)和質量力壓強及特性當地大氣壓、絕對壓強、相對壓強、真空度等壓面及判別方法液體的相對平衡壓力體10二、基本原理力的分解與合成力的平衡達朗伯原理11三、重要結論壓強及特性流體靜力學基本方程流體平衡微分方程等壓面重力場中流體靜力學基本方程zxp11基準面z2p22p0goz112三、重要結論壓強及特性流體靜力學基本方程流體靜力學基本方程的意義位勢能壓強勢能hp總勢能位置水頭壓強水頭靜水頭測壓管水頭13三、重要結論4.壓強的單位與度量

Pa、液柱高度、當地大氣壓5.液體的相對平衡完全真空p=0大氣壓強p=papo絕對壓強絕對壓強ap>pap<p

相對

壓強相對壓強達朗伯原理gfazsp0ozaxm14三、重要結論6.靜止液體對固體表面的作用力yoxACDdAabpFdFp

hDhCyyCyDhxAzdcPaohchAxzbadAAdFp15第三章 流體動力學小結§3.1 研究流體流動的方法§3.2 流體運動的基本概念§3.3 雷諾輸運方程§3.4 連續方程§3.5 動量方程§3.7 能量方程§3.8 沿流線的伯努利方程§3.9總流的伯努利方程§3.10流體動力學基本方程的應用§3.6 動量矩方程16一、基本概念歐拉法與拉格朗日法流體運動的基本概念流動的分類：定常與非定常、緩變流與急變流跡線與流線流管、流束、總流有效截面、流量、平均流速濕周、水力半徑、水力直徑系統、控制體17二、基本原理雷諾輸運方程質量不滅定律牛頓第二運動定律動量定律動量矩定律能量守恒與轉化定律18三、重要結論1.歐拉法2.拉格朗日法3.流線的性質與微分方程4.平均流速與水力半徑5.雷諾輸運方程6.在緩變流有效截面上有7.連續方程19三、重要結論8.動量方程9.動量矩方程20三、重要結論10.伯努利方程及意義速度水頭位置水頭壓強水頭總水頭bc1aa'2c'b'H總水頭線靜水頭線動能位能壓力能總機械能21三、重要結論11.伯努利方程的應用設流動流體是氣體224 相似理論與量綱分析4.1 相似理論與模型試驗4.2 量綱分析與π定理在相似的空間中，表述流動現象的各物理量的場相似。

1.如何建立模型；

2.試驗中測量參數，如何整理試驗數據；

3.試驗結果如何推廣應用。23一、基本概念幾何相似、運動相似、動力相似；相似準則：雷諾數、歐拉數、弗汝德數等；決定相似準則數、非決定相似準則數24二、基本原理1.相似條件2.近似相似3.物理方程量綱一致性原理4.Π定理5.瑞利法25三、重要結論1.相似準則數2.相似條件保證流動相似的必要和充分條件。1.相似的流動都屬于同一類的流動，應為相同的微分方程所描述。2.單值條件相似。單值條件是指把某一特定的流動從無數個同類的相似流動中區分開來的條件。幾何條件3.由單值條件中的物理量所組成的相似準則數相等。邊界條件（進口、出口的速度分布等）物性條件（密度、粘度等）初始條件（初瞬時速度分布等）26三、重要結論3.模型實驗的方法1.根據單值條件相似和相似準則數相等的原則去設計模型，選擇模型中的流動介質。3.按相似準則數整理的試驗結果，可推廣應用到原型及其他相似流動中去。2.試驗過程中應測定相似準則數包含的一切物理量，并整理成相似準則數。27三、重要結論4.

定理（泊金漢定理）：如果一個物理過程涉及到n個物理量和m個基本量綱，則這個物理過程可以由n個物理量組成的n-m個無量綱量（相似準則數i）的函數關系來描述。28三、重要結論5.瑞利法

瑞利法是用定性物理量x1、x2、….、xn的某種冪次之積的函數來表示被決定的物理量y。k為無量綱系數，由試驗確定。a1、a2、….、an為待定指數，根據量綱一致性原則求出。29第五章 粘性流動和水力計算小結5.1

粘性流體的兩種流動狀態5.6

局部損失5.7

管路水力計算5.4

粘性流體的紊流流動5.5

沿程損失的實驗研究5.8

液體的出流5.3

不可壓粘性流體的層流流動5.2

不可壓縮粘性流體的運動N－S方程5.0

管內流動的能量損失30一、基本概念沿程阻力及沿程阻力損失、局部阻力及局部阻力損失、沿程阻力系數、局部阻力系數、管路阻力系數。層流、湍流、雷諾數、脈動、時均參數。湍流、混合長度、紊流附加切應力。粘性底層、水力光滑、水力粗糙。當量粗糙度。長管、短管、簡單管路、串聯管路、并聯管路、枝狀管網、環狀管網。孔口出流、管嘴出流。水擊。31二、基本原理雷諾實驗-層流、紊流。粘性流體中的切應力及牛頓第二運動定律。層流：牛頓內摩擦定律、N-S方程。湍流：時均方法、紊流附加切應力、普朗特混合長度理論、N-S方程。尼古拉茲實驗、莫迪實驗。管路計算：簡單管路特性方程、連續方程、伯努利方程。水擊-液體的彈性。32三、重要結論流動損失的分類及計算臨界雷諾數：Recr=2320(2000)雷諾實驗O

hjvcr

vDCBAv’cr

33三、重要結論粘性流體中的切應力N-S方程層流與湍流的比較特點切應力速度分布沿程損失動能修正系數動量修正系數va/vmax沿程損失系數層流分層τ1二次曲線∝v24/30.5Re/64湍流脈動、摻混τ1+τ2對數指數∝v1.75-2110.79-0.87Re、Δ/d34三、重要結論沿程阻力系數、當量粗糙度局部阻力系數與當量長度簡單管路及其特性35三、重要結論串聯管路及其特性并聯管路及其特性節點流量之和為0、閉合環路損失之和為0。36三、重要結論13.管路計算

13.1簡單管路計算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計算Re由Re、查莫迪圖得計算R計算hw校核hw結束Y計算qVN37三、重要結論14.孔口及管嘴出流15.水擊38394041三、重要結論13.管路計算13.2串聯單管路計算①qV、l、d、，求總hw（H0）；

②已知總hw（H0）

、l、d、

，求qV；

③已知總hw

（H0）

、qV

、l、，求d。qV、d計算Re由Re、查莫迪圖得計算R計算hwi校核hw結束Y計算qVN42三、重要結論13.管路計算13.3并聯單管路計算①總qV、l、d、，求hw(H0)；