工程流体力学撷要-由三个方程谈起

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1、第2期南军虎等：工程流体力学撷要

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3、由三个方程谈起1891)工程流体力学撷要

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5、由三个方程谈起南军虎2)张东(兰州理工大学能源与动力工程学院，兰州730050)(兰州理工大学西部能源与环境研究中心，兰州730050)摘要工程流体力学是一门理论性和实践性均较强的专业基纳总结，以形成对工程流体力学内容触类旁通的认础课程，其涉及的基础知识面广、理论和公式多.为了让学识.生系统地掌握课程的主要内容，并形成对内容触类旁通的认1工程流体力学的三个方程识，本文用工程流体力学中的三个方程对相关内容进行了归不可压缩流体的连续性方

6、程、伯努利方程及动纳总结，以期为流体力学的学习提供帮助.量方程可并称为工程流体力学的三个方程，各方程关键词工程流体力学，课程内容，连续性方程，伯努利方的表达式均具有多样性，本文给出三个方程在工程程，动量方程中的常用形式[1-7]：中图分类号：O35文献标识码：A(1)对于确定的流体，其质量在运动过程中不生doi：10.6052/1000-0879-15-191不灭，把它表示成数学形式，即为连续性方程，一维不可压缩流体定常总流的连续性方程为工程流体力学是工科类专业的专业基础课，主À1A1=À2A2(1)要研究在各

7、种力的作用下，流体本身的静止和运动规律，以及这些规律在实际工程中的应用[1].国内外(2)伯努利方程是能量守恒在流体中的具体体出版了不同的流体力学(工程流体力学)教科书，这现，不可压缩实际流体定常总流的伯努利方程为p®À2p®À2些教科书知识结构各异、侧重点均有不同，对各公式z+1+11=z+2+22+h(2)12w的推导不同的教科书也采取了不同的方法[1-7].而½g2g½g2g这些推导对高等数学和经典力学等基础知识的要求(3)动量方程是动量守恒在流体中的具体体较高，从而给人以工程流体力学的理论模型和公式现，

8、其反映了力和运动的关系，不可压缩流体定常繁多难以掌握的感觉，学生在碰到具体问题时也往总流动量方程的矢量表达为X往不知该用哪些理论，导致教师难教、学生难学成为½Q(¯2À2¡¯1À1)=F(3)较普遍的现象[8-9].事实上工程流体力学中的流体静力学、流体运2伯努利方程与流体静力学动学和动力学、流动阻力和水头损失、管路的水力若流体处于静止状态，则水头损失为零，此时伯计算等内容之间具有严密的逻辑体系，前后内容相努利方程可简化为互关联.为了让学生系统地掌握工程流体力学的主p1p2z1+=z2+(4)要内容，本文以不可

9、压缩流体定常总流的连续性方½g½g程、伯努利方程及动量方程为主线，探求了各部分理上式即为流体静力学的基本方程，可见其表达论、原理和方法之间的内在联系，进而对知识进行归是伯努利方程的特殊形式.方程中p代表流场静压本文于2015{07{15收到.1)兰州理工大学教学研究课题和兰州理工大学高等教育研究课题资助项目.2)南军虎，博士，讲师，主要从事流体力学方面的教学研究工作.E-mail:nanjh08@126.com引用格式：南军虎，张东.工程流体力学撷要

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11、由三个方程谈起.力学与实践,2016,38(2):189-

12、191NanJunhu,ZhangDong.Summarizingthemaincontentsofengineering°uidmechanicsbythreeequations.MechanicsinEngineering,2016,38(2):189-191190力学与实践2016年第38卷强，在掌握方程意义的基础上，可认为流体静力学是围绕流体静压强展开的(图1).图2流体运动学及动力学知识框架(1)要研究流体运动学，首先得从研究流体运动的两种方法入手，即拉格朗日法和欧拉法，可用走图1流体静力学知识框架

13、着看"和站着看"来说明两种方法的区别.(2)研究运动的流体时，需要掌握描述流体运动(1)研究流体静力学，首先从流体静压强的定义的几组基本概念：1)定常流与非定常流；2)一元流及两个特性谈起，应用反证法可阐明流体静压强的动、二元流动与三元流动；3)流线与迹线；4)流管方向沿作用面的内法线方向，采用逻辑推导的方式与流束；5)流量(包括体积流量和质量流量)与断面可证明任一点各方向流体静压强的大小相等，与作平均流速；6)均匀流与非均匀流；7)系统与控制体.用面的方位无关，并结合日常生活中的例子加以说(3)流体在运动过

14、程中应遵循质量守恒、能量明.守恒和动量守恒的普遍规律，把这些规律表示成数(2)将静止流体中自由液面和液体内部任一点学形式，分别为连续性方程、伯努利方程及动量方的参数代入流体静力学的基本方程中，得到液体内程.由于考虑问题的角度、描述问题的方法及要求部任一点的压强p=p0+½gh.此时可以对学生提出不同，这些方程的表达形式也是多样的，本文给出问题：静止液体中自由液面以下淹没深度为h的地的仅