流体的能量方程ppt课件.ppt

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1、广义能量守恒问题【定律】宏观运动中总能量包括机械能和热能（内能）。能量的不同形式间可以相互转化，可以从一种形式转化成另一种形式。对孤立系统：总能量保持不变（可以有形式的转化）。对非孤立系统：总能量的变化等于外力做功（包括质量力和系统外部的面力做功）和热量的输入。1数学表达式：流体的总能量方程两点说明：一般机械能包括动能和位能，而位能是由于引力作用产生的，而流体中流点之间的引力作用非常小，一般不予以考虑，所以流体的机械能只考虑动能部分。流体总能量方程的假设：设流体是“完全气体”，此时流体的内能可以写成：，是定容比

2、热。对非孤立系统：总能量的变化等于外力做功（包括质量力和系统外部的面力做功）和热量的输入。下面一项项的看：（取一块体积为τ，面积为σ的小流体块）。2总能量：机械能和热能(内能)—(对流体)—动能和内能，即：（单位质量的内能和动能）：小流体块总能量的变化率：质量力做功率：面力做功率：热流入量（如单位时间经过辐射或其他原因传入小流体块的总热量）：q是单位质量流体块受到的热流入量。3合并积分部分，并把全微分写到积分号里面去，再除以密度后，得到：由于流体块是任意的，则积分号中的部分形成单位质量流体块的能量方程（流体的能

3、量守恒定律）：4动能方程1、动能方程的推导流体的运动方程为：两边用速度矢点乘：上式即为【动能方程】注意：这里的∇·P的结果是一个矢量，在XYZ都有分量，可以理解成∇P，P是应力张量）5因为：可得：(2.65’)6动能方程各项的理解7:分成两部计算——和此项表示：由于表面力不均匀所做的功率。8矢量标量上式中每一项都是应力乘以变形速度，所以该项的物理意义就是流体变形过程中表面应力做功。9标量广义牛顿假设代入后的动能方程牛顿粘性假设：（2.36）代入（2.65）可得：其中：10动能方程各项的含义左边：动能变化率：质量

4、力做功：面力做功的和：微团膨胀（压缩）做功所增加（减少）的动能：-E恒为负值，表示由于粘性摩擦总是动能减少（损耗）11热流量方程前面已导出了总能量（包括动能和内能）的变化方程：现在我们又有了动能方程：（2.64）-（2.66）=【总能量】—【动能】=【内能方程】12能量方程的比较：13备注：红线部分是微团膨胀（压缩）做功，紫线部分是粘性摩擦效应。比较可得：压缩效应：流体膨胀做功增加动能而减少内能。内能转换成动能；流体压缩做功减少动能而增加内能，动能转化成内能。摩擦效应：E恒为正值。摩擦效应恒使动能减少而使内能增

5、加。压缩效应和粘性效应在总能量公式中不出现，因为它们对动能的贡献和对内能的贡献刚好相反，是动能和内能的转换，而且转换的能量数值时一样的，因而不会使总能量发生变化。通过压缩效应，动能可以转化成内能，内能可以转化成动能，因此压缩效应是可逆的。而摩擦效应恒使动能减少而使内能增加，是不可逆的。外力做功使能量得以传递（外界传递给流体），而压缩性和粘性效应是使能量在流体内部转换。14理想流体能量方程：理想流体：动能方程：(2.66’)内能方程：15伯努利方程（Bernoulli）伯努利方程实际上是动能方程（2.66）的特例

6、，此时讨论的流体是一种特殊的流体及其运动形式，即：理想不可压流体作定常运动的动能方程（积分形式）。假设条件：16从理想流体的动能方程（2.66’）出发17将以上两个结果代入（2.66’）并整理合并就得到在以上4个假定下的动能方程：括号中的三项分别是：动能、位能和压力能，上式说明这三者之和的个别变化为零。因为定常运动迹线和流线重合，则对（2.72）沿流线（迹线）积分得到：C是流线的函数，不同流线C取值不同，同一流线取个值。18重力作用下的伯努利方程在重力场中流体受到的主要质量力是重力，设重力加速度为g，某一高度为

7、z，则重力位势是：代入（2.73）得到：(2.73’)此为常用的伯努利方程该式物理意义：在重力场中，理想不可压缩流体作定常运动时，在一定流线（迹线）上，流体质点的动能、位能和压力能之和（综机械能）保持不变。19伯努利方程的应用理想不可压流体作定常运动时存在伯努利方程（2.73’），它是一个代数方程，使用方便，可以用它代表方程中的某些微分方程，减轻数学困难。理想不可压流体作定常运动时存在伯努利方程（2.73’），它将速度和压力联系起来，可以“测压求速”，而不用解复杂的运动方程。应用——皮托管。20