高等工程流体力学课件
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目录
01
流体力学基础
02
流体静力学
03
流体动力学
04
流动分析方法
05
流动阻力与压力损失
06
特殊流动现象
流体力学基础
章节副标题
01
基本概念与定义
流体分为液体和气体两大类，它们在流动和受力时表现出不同的物理特性。
流体的分类
根据应力与应变率的关系，流体分为牛顿流体和非牛顿流体，如水是典型的牛顿流体，而泥浆则不是。
牛顿流体与非牛顿流体
流体力学中，流体被视为连续介质，忽略分子尺度的不连续性，便于数学建模和分析。
连续介质假设
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流体的分类
流体可分为液体和气体两大类，液体如水，气体如空气，它们在流动特性上有显著差异。
按状态分类
根据牛顿粘性定律，流体可分为牛顿流体和非牛顿流体，如血液和油漆就属于非牛顿流体。
按粘性分类
连续介质假设下，流体被视为连续分布的物质，而实际应用中，如喷雾等现象则需考虑离散性。
按连续性分类
连续介质假设
虽然连续介质假设忽略了分子尺度的细节，但它与分子理论并不矛盾，而是适用于不同尺度的流体分析。
与分子理论的关系
在工程中，连续介质假设使得我们可以使用偏微分方程来描述流体运动，如纳维-斯托克斯方程。
应用实例
连续介质假设是流体力学的基础，它将流体视为连续分布的介质，忽略分子尺度的不连续性。
定义与重要性
流体静力学
章节副标题
02
静止流体的力学性质
流体的静压力
静止流体中任意点的压力仅与该点的深度有关，与流体的方向无关。
帕斯卡定律
在封闭容器中，静止流体各点的压力相等，且能均匀地传递到容器的各个部分。
浮力原理
阿基米德原理指出，静止流体对浸入其中的物体施加一个向上的浮力，等于物体排开流体的重量。
压力分布与测量
流体静压力是指流体在静止状态下，单位面积上的垂直作用力，是流体静力学的基础概念。
流体静压力的定义
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在重力作用下，流体静压力随深度增加而线性增大，遵循帕斯卡定律。
压力分布规律
02
介绍常用的流体静压力测量工具，如压力计、压强传感器等，及其在工程中的应用。
压力测量工具
03
通过实验演示流体静压力的分布，例如水银柱实验，直观展示压力随深度变化的规律。
流体静力学实验
04
浮力与稳定性
阿基米德原理阐述了浮力的产生，即物体浸入流体时受到的向上推力等于其排开流体的重量。
01
通过计算物体排开流体的体积和流体的密度，可以确定物体所受的浮力大小。
02
稳定性分析涉及判断物体在流体中是否能够保持平衡，以及在受到扰动后能否恢复原位。
03
船舶设计中，通过合理分配船体的浮力和重量，确保船舶在不同载重和海况下的稳定性。
04
阿基米德原理
浮力的计算
稳定性分析
浮力在船舶设计中的应用
流体动力学
章节副标题
03
流体运动的描述
拉格朗日法关注流体粒子的运动轨迹，而欧拉法描述固定空间点的流体属性变化。
拉格朗日法与欧拉法
流线是某一时刻流体速度矢量的切线方向，迹线是流体粒子随时间运动的路径。
流线与迹线
该定理用于描述随流体运动的物理量如何随时间变化，是流体动力学中的重要概念。
雷诺输运定理
流体动力学方程
伯努利方程是流体力学中一个基本原理，它将流体的动能、位能和压力能联系起来，适用于不可压缩流体。
伯努利方程
连续性方程表明，在稳定流动条件下，流体的流速与管道截面积成反比，是流体动力学的基础之一。
连续性方程
描述了流体运动的纳维-斯托克斯方程是流体动力学的核心，用于计算粘性流体的速度场。
纳维-斯托克斯方程
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02、
03、
理想流体与粘性流体
理想流体的定义
理想流体是不存在粘性的流体，它不考虑流体内部的摩擦力，简化了流体动力学的计算。
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02
粘性流体的特点
粘性流体具有内部摩擦力，其流动特性复杂，需考虑雷诺数等参数来描述流体行为。
03
伯努利方程在理想流体中的应用
伯努利方程是理想流体动力学中的重要原理，描述了流体在不同位置的能量守恒。
04
牛顿粘性定律
牛顿粘性定律是描述粘性流体流动特性的重要定律，它表明流体的剪切应力与速度梯度成正比。
流动分析方法
章节副标题
04
伯努利方程应用
伯努利方程可用于测量管道中流体的速度，通过测量压力差来计算流速。
流体速度测量
水轮机利用伯努利方程原理，将水流的势能转换为机械能，进而发电。
水力发电
在飞机设计中，伯努利原理解释了翼型上表面压力低于下表面，从而产生升力的现象。
飞机翼型设计
流线与迹线
迹线的定义与特性
迹线是流体粒子随时间运动的轨迹，它显示了流体粒子在一段时间内的运动路径。
流线与迹线的应用实例
在气象学中，通过追踪气流的迹线可以预测风暴的路径，而流线则用于分析风速和风向。
流线的定义与特性
流线是瞬时速度场中某一点的切线方向，它描述了流体在某一时刻的流动路径。
流线与迹线的区别