第三章水动力学基础ppt课件.ppt

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1、第三章水动力学基础流体力学目录绪论第一章流体及其主要物理性质第二章水静力学第三章水动力学基础第四章水头损失第五章有压管道的恒定流动第六章明渠恒定流第七章堰流第二章水动力学基础§3.1液体运动的描述方法§3.2研究流体运动的基本概念§3.3连续性方程§3.4液体运动微分方程§3.5伯努利方程§3.6动量方程3.1液体运动的描述方法a)流体质点的宏观尺寸非常小。b)流体质点的微观尺寸足够大。c)流体质点是包含有足够多分子在内的一个物理实体，具有一定的宏观物理量。如：具有质量、密度、温度、压强、还具有速度、加速度、动量、动能等等d)流体质点的形状可以任意划定。流体质点的四

2、个特点：对这些量的描述就着眼于质点和质点通过的空间点两种描述流体运动的观点和方法3.1液体运动的描述方法当地法描述方法随体法拉格朗日法欧拉法质点轨迹：参数分布：B=B（x,y,z,t）描述流体流动的方法有两种：1）拉格朗日法2）欧拉法3.1.1拉格朗日法（J.Lagrange）拉格朗日法—把液体的运动看成是无数质点运动的总和，以个别质点作为研究对象加以描述，再将各质点的运动汇总起来，就得到整个流动的运动规律。x=x（a,b,c,t）y=y（a,b,c,t）c=c（a,b,c,t）3.1液体运动的描述方法运动轨迹、速度、加速度之间的关系可表示为：3.1液体运动的描述方法

3、比较复杂，一般不采用3.1.2欧拉（Euler）法欧拉法—以充满液体的空间，即流场为对象，观察不同时刻流场中各空间点上液体质点的运动参数（流速等），将其汇总起来，就形成了对整个流场的描述。3.1液体运动的描述方法加速度需采用复合函数求导数的方法求出:3.1液体运动的描述方法3.1液体运动的描述方法为某空间点速度随时间的变化率，称为时变加速度或当地加速度；其他各项则是该空间点速度由空间点位置变化所引起的加速度，称为位变加速度或迁移加速度。3.1液体运动的描述方法ABAB水箱水位下降，两水箱水管中均有时变加速度；水箱水位恒定不变，两水箱水管中均无时变加速度；前面水箱水管管

4、径不变，A、B两点速度相同，无位变加速度；后面水箱水管管径变化，A、B两点速度不同，有位变加速度。3.1液体运动的描述方法两种描述流动的方法之比较不适合描述流体微元的运动变形特性　适合描述流体微元的运动变形特性拉格朗日法欧拉法分别描述有限质点的轨迹同时描述所有质点的瞬时参数表达式复杂表达式简单不能直接反映参数的空间分布直接反映参数的空间分布拉格朗日观点是重要的流体力学最常用的解析方法跟踪跟踪追击布哨守株待兔第二章水静力学§3.1液体运动的描述方法§3.2研究流体运动的基本概念§3.3连续性方程§3.4液体运动微分方程§3.5伯努利方程§3.6动量方程3

5、.2研究流体运动的基本概念3.2.1概念（1）流线和迹线流线（streamline）—流场中的空间曲线，在同一瞬时线上各点的速度矢量与之相切。u1u2u3两流线不能相交或为折线，而是光滑曲线或直线。某时段内，液体质点经过的轨迹称迹线（pathline）。迹线与流线是完全不同的两个概念。恒定流时，流线与迹线重合3.2研究流体运动的基本概念（2）流量与断面平均流速单位时间内通过过水断面液体的体积，称为体积流量，简称流量，单位为立方米每秒（m3/s）若以dA表示元流过水断面面积，u表示该断面流速，则总流流量为除体积流量外，还可有质量流量及重量流量等。3.2研究流体运动的基本

6、概念为便于计算，设想过水断面上流速均匀分布，即各点流速相同，通过的流量与实际相同，于是定义v为该断面的断面平均流速（meanvelocity），表示为或Auv3.2研究流体运动的基本概念3.2.2运动液体的分类（1）恒定流和非恒定流（steadyandunsteadyflows）恒定流—流场中各空间点的运动要素（流速等）均不随时间变化的流动，反之为非恒定流。对于恒定流：恒定流时，时变加速度为零。3.2研究流体运动的基本概念（2）一元、二元和三元流动（one/two/threedimensionalflows）流动参数（如流速）是三个空间坐标的函数，流动是三元的。其他依

7、此类推。3.2研究流体运动的基本概念（3）均匀流和非均匀流（uniformandnonuniformflows）流线为平行直线的流动为均匀流，否则为非均匀流。非均匀流又包括渐变流与急变流。流线接近平行直线的流动为渐变流，否则为急变流。3.2研究流体运动的基本概念（4）元流与总流流场中取一非流线的封闭曲线，通过曲线上各点的流线所构成的管状表面称为流管。恒定流时，流管形状保持不变。3.2研究流体运动的基本概念与流管上所有流线都正交的横断面称为过水断面（crosssection）。流线相互平行时，过水断面为平面，否则为曲面。过水断面为无限小时，流管及其内部