工程流体力学孔珑课件PPT
有限公司
汇报人：XX
目录
第一章
流体力学基础
第二章
流体运动学
第四章
流体与固体的相互作用
第三章
流体动力学
第六章
实验与模拟技术
第五章
工程应用实例分析
流体力学基础
第一章
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，如水和番茄酱分别属于这两类。
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
01
02
03
流体的分类
流体分为液体和气体两大类，液体如水，气体如空气，它们在物理性质和行为上有显著差异。
01
按状态分类
理想流体是连续介质，而实际流体在微观尺度上由分子组成，存在分子间作用力和粘性。
02
按连续性分类
不可压缩流体如水，在工程应用中体积变化可忽略；可压缩流体如空气，在高压下体积变化显著。
03
按是否可压缩分类
流体静力学原理
流体静压力是指流体在静止状态下各方向上均匀作用的力，是流体静力学研究的基础。
流体静压力的概念
01
帕斯卡定律表明，在封闭容器中的流体，静压力在各个方向上是相等的，且与容器的形状无关。
帕斯卡定律
02
通过流体静力学基本方程，可以计算出流体在不同深度下的静压力，如水压随深度增加而增大。
流体静压力的计算
03
阿基米德原理说明了浸入流体中的物体所受的向上浮力等于其排开流体的重量，是流体静力学的重要内容。
浮力原理
04
流体运动学
第二章
运动方程
01
连续性方程是流体运动学的基础，它表达了流体质量守恒的原理，即流入和流出的流体质量相等。
02
纳维-斯托克斯方程描述了粘性流体的运动，是工程流体力学中分析流体动力学行为的关键方程。
03
伯努利方程是流体动力学中一个重要的方程，它将流体的动能、势能和压力能联系起来，适用于不可压缩流体的稳定流动。
连续性方程
纳维-斯托克斯方程
伯努利方程
流体动力学相似理论
船舶设计中，通过水池测试模型来预测实船性能，利用相似理论确保测试结果的准确性。
应用案例：船舶设计
在模型实验中，通过保持相似准则不变，确保模型与实际工程结构的流体动力学行为一致。
模型实验与原型相似
相似准则如雷诺数、弗劳德数等，是描述流体运动相似性的无量纲参数。
相似准则的定义
流体运动的稳定性
通过线性稳定性理论分析流体运动，判断流体在受到扰动后是否能恢复到原始状态。
流体运动稳定性分析
举例说明通过实验验证流体稳定性理论，如水槽实验中观察到的涡流形成过程。
流体稳定性实验
介绍如瑞利-贝纳德不稳定性等动力学现象，解释流体在特定条件下失去稳定性的原因。
流体动力学不稳定性
流体动力学
第三章
伯努利方程
伯努利方程是流体力学中描述理想流体沿流线的能量守恒定律，表明流速增加时压力降低。
伯努利方程的定义
在风洞实验中，伯努利方程用于解释和计算不同速度下空气流动对飞机机翼产生的升力。
应用实例：风洞实验
工程师利用伯努利方程设计管道系统，优化液体输送效率，如水力发电站的水轮机设计。
伯努利方程在工程中的应用
动量方程
例如，在设计喷嘴和管道系统时，工程师利用动量方程来计算流体的出口速度和压力。
动量方程在工程中的应用
03
动量方程通常表示为流体微元质量乘以加速度等于作用在微元上的所有力的和。
动量方程的数学表达
02
动量方程基于牛顿第二定律，描述了流体微元在受力作用下动量的变化。
动量守恒原理
01
流体在管道中的流动
层流与湍流
01
流体在管道中流动时，低速时为层流，高速时转变为湍流，影响流动特性和能量损失。
雷诺数的应用
02
雷诺数是判断流体流动状态的关键无量纲参数，用于预测层流和湍流的转换点。
管道摩擦损失
03
流体在管道中流动时，由于粘性作用，会产生摩擦损失，影响流体的输送效率。
流体与固体的相互作用
第四章
流体对固体的作用力
流体在固体表面产生的压力分布不均会导致结构受力不均，如飞机机翼在飞行中承受的升力。
压力分布
高速流动的流体对固体表面的冲击力可以造成显著的物理损害，如洪水冲击桥梁结构。
冲击力
流体流过固体表面时产生的拖曳力会影响物体的运动，例如潜艇在水下航行时受到的阻力。
拖曳力
固体对流体的影响
例如，螺旋桨的旋转会推动水流，产生推力，使船舶前进。
例如，管道内壁的粗糙度会增加流体的摩擦阻力，影响流速和压力。
例如，翼型的设计会改变空气流动的特性，影响升力和阻力。
固体形状对流体流动的影响
固体表面粗糙度对流体流动的影响
固体运动对流体流动的影响
流固耦合问题
流体流动产生的压力和剪切力可导致结构变形，如桥梁在风载下的振动。
流体对结构的影响
采用计算流体动力学(CFD)和有限元分析(FEA)相结合的方法模拟流固相互作用。