电脑桌面
添加小米粒文库到电脑桌面
安装后可以在桌面快捷访问

流体力学讲义流体动力学基础VIP免费

流体力学讲义流体动力学基础_第1页
1/37
流体力学讲义流体动力学基础_第2页
2/37
流体力学讲义流体动力学基础_第3页
3/37
1第三章流体动力学基础本章是流体动力学的基础。主要阐述了流体运动的两种描述方法,运动流体的基本类别与基本概念,用欧拉法解决运动流体的连续性微分方程、欧拉运动微分方程及N-S方程。此外,还阐述了无旋流与有旋流的判别,引出了流函数与势函数的概念,并且说明利用流网与势流叠加原理可解决流体的诸多复杂问题。第一节流体流动的基本概念1.流线(1)流线的定义流线(streamline)是表示某一瞬时流体各点流动趋势的曲线,曲线上任一点的切线方向与该点的流速方向重合。图3-1为流线谱中显示的流线形状。(2)流线的作法:在流场中任取一点(如图3-2),绘出某时刻通过该点的流体质点的流速矢量u1,再画出距1点很近的2点在同一时刻通过该处的流体质点的流速矢量u2⋯,如此继续下去,得一折线1234⋯,若各点无限接近,其极限就是某时刻的流线。流线是欧拉法分析流动的重要概念。图3-1图3-2(3)流线的性质(图3-3)a.同一时刻的不同流线,不能相交。图3-3因为根据流线定义,在交点的液体质点的流速向量应同时与这两条流线相切,即一个质点不可能同时有两个速度向量。b.流线不能是折线,而是一条光滑的曲线。因为流体是连续介质,各运动要素是空间的连续函数。c.流线簇的疏密反映了速度的大小(流线密集的地方流速大,稀疏的地方流速小)。因为对不可压缩流体,元流的流速与其过水断面面积成反比。(4)流线的方程(图3-4)根据流线的定义,可以求得流线的微分方程:图3-42设ds为流线上A处的一微元弧长:u为流体质点在A点的流速:因为流速向量与流线相切,即没有垂直于流线的流速分量,u和ds重合。所以即展开后得到:——流线方程(3-1)(或用它们余弦相等推得)2.迹线(1)迹线的定义迹线(pathline)某一质点在某一时段内的运动轨迹线。图3-5中烟火的轨迹为迹线。(2)迹线的微分方程(3-2)式中,ux,uy,uz均为时空t,x,y,z的函数,且t是自变量。图3-5注意:流线和迹线微分方程的异同点。——流线方程3.色线(colouringline)又称脉线,是源于一点的很多流体质点在同一瞬时的连线。例如:为显示流动在同一点投放示踪染色体的线,以及香烟线都是色线。图3-6考考你:在恒定流中,流线、迹线与色线重合。流线、迹线、色线的比较:概念名流线是表示流体流动趋势的一条曲线,在同一瞬时线上各质点的速度向量都与其相切,它描述了流场中不同质点在同一时刻的运动情况。3流线方程为:式中时间t为参变量。迹线迹线是指某一质点在某一时刻内的运动轨迹,它描述流场中同一质点在不同时刻的运动情况。迹线方程为:式中时间t为自变量。脉线脉线(色线)是指源于一点的很多流体质点在同一瞬时的连线。例1如图3-7,已知流速场为,其中C为常数,求流线方程。解:由式得积分得:则:此外,由得:图3-7因此,流线为Oxy平面上的一簇通过原点的直线,这种流动称为平面点源流动(C>0时)或平面点汇流动(C<0时)例2已知平面流动试求:(1)t=0时,过点M(-1,-1)的流线。(2)求在t=0时刻位于x=-1,y=-1点处流体质点的迹线。解:(1)由式(2)由式得得得:由t=0时,x=-1,y=-1得C1=0,C2=0,则有:4将:t=0,x=-1,y=-1代入得瞬时流线xy=1最后可得迹线为:即流线是双曲线。例3已知流动速度场为试求:(1)在t=t0瞬间,过A(x0,y0,z0)点的流线方程;(2)在t=t0瞬间,位于A(x0,y0,z0)点的迹线方程。解:(1)流线方程的一般表达式为将本题已知条件代入,则有:积分得:(1+t)lnx=lny+lnC'当t=t0时,x=x0,y=y0,则有故过A(x0,y0,z0)点的流线方程为(2)求迹线方程迹线一般表达式为代入本题已知条件有:由(1)式得:当t=t0时,x=x0代入上式得由(2)式得:当t=t0时,y=y0代入上式得5故迹线方程为t是自变量,消t后得到的轨迹方程为迹线方程:二、流体流动的分类1.层流与紊流(1)层流的定义层流(laminarflow)(图3-8)图3-8亦称片流,是指流体质点不互相混杂,流体质点作有条不紊的有序的直线运动。特点:(1)有序性。(2)水头损失与流速的一次方成正比。(3)在流速较小且雷诺数Re较小时发生。图3-9层流遵循牛顿内摩擦定律,粘性抑制或约束质点作横向运动。紊流紊流(turbulentflow)(图3-10)亦称...

1、当您付费下载文档后,您只拥有了使用权限,并不意味着购买了版权,文档只能用于自身使用,不得用于其他商业用途(如 [转卖]进行直接盈利或[编辑后售卖]进行间接盈利)。
2、本站所有内容均由合作方或网友上传,本站不对文档的完整性、权威性及其观点立场正确性做任何保证或承诺!文档内容仅供研究参考,付费前请自行鉴别。
3、如文档内容存在违规,或者侵犯商业秘密、侵犯著作权等,请点击“违规举报”。

碎片内容

流体力学讲义流体动力学基础

确认删除?
VIP
微信客服
  • 扫码咨询
会员Q群
  • 会员专属群点击这里加入QQ群
客服邮箱
回到顶部