工程流体力学第四版课件
有限公司
汇报人：XX
目录
第一章
流体力学基础
第二章
流体运动方程
第四章
流动阻力与压力损失
第三章
流体动力学分析
第六章
工程应用案例
第五章
流动测量技术
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
研究流体在静止状态下的力学行为，如压力分布、浮力原理等，是流体力学的基础之一。
流体静力学基础
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，便于进行宏观分析。
连续介质假设
01
02
03
流体静力学原理
流体静力学研究流体在静止状态下的压力分布，如水压在不同深度的增加。
流体静压力的概念
阿基米德原理描述了浮力的产生，即流体对浸入其中的物体施加的向上力，如船舶的浮力。
阿基米德原理
帕斯卡定律指出，封闭容器中的流体静压力在各个方向上是相等的，如液压机的工作原理。
帕斯卡定律
流体动力学基础
研究流体在静止状态下的力学行为，如液体在容器中的压力分布和浮力原理。
流体静力学
01
描述流体运动的几何特性，不涉及力的作用，例如流线、迹线和流体微团的运动。
流体运动学
02
流体在流动过程中，速度增加时压力减小，反之亦然，是流体动力学中的一个基本原理。
伯努利原理
03
雷诺数是判断流体流动状态（层流或湍流）的重要无量纲参数，影响流体动力学分析。
雷诺数与流体流动
04
流体运动方程
第二章
连续性方程
连续性方程基于质量守恒原理，表明在封闭系统中，流体质量的流入等于流出。
质量守恒原理
积分形式的连续性方程适用于有限控制体积，通过流入和流出的流量差来表达质量守恒。
积分形式的连续性方程
微分形式的连续性方程描述了流体微元体内部质量守恒的数学表达，是流体力学的基础。
微分形式的连续性方程
动量方程
伯努利方程是动量方程在稳定流动条件下的一个特例，用于描述流体沿流线的能量守恒。
伯努利方程
欧拉方程是动量方程的一种形式，适用于不可压缩流体，描述了流体速度场随时间的变化。
欧拉方程
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情况。
动量守恒原理
能量方程
伯努利方程描述了理想流体沿流线的能量守恒，是流体力学中分析流体运动的重要工具。
伯努利方程
能量守恒定律指出，在一个封闭系统中，能量既不会被创造也不会被消灭，只会从一种形式转换为另一种形式。
能量守恒定律
流体动力学分析
第三章
理想流体运动
伯努利方程的应用
伯努利方程描述了理想流体沿流线的能量守恒，广泛应用于工程中的管道流动和风洞测试。
01
02
欧拉方程的解析
欧拉方程是理想流体运动的基本方程，用于描述流体速度场随时间的变化，是流体力学的核心内容之一。
03
理想流体的势流理论
势流理论假设流体是无粘性的，可以用来分析理想流体在简单几何形状物体周围的流动情况。
粘性流体运动
纳维-斯托克斯方程是描述粘性流体运动的基本方程，它考虑了流体内部的粘性效应。
01
纳维-斯托克斯方程
粘性流体运动中，层流表现为有序流动，而湍流则表现为无序且复杂的流动状态。
02
层流与湍流
雷诺数是判断流体流动状态的关键无量纲数，它帮助工程师预测流体运动是层流还是湍流。
03
雷诺数的应用
流体动力学相似理论
相似准则如雷诺数、弗劳德数等，是判断流体动力学相似性的关键无量纲参数。
相似准则的定义
在工程设计中，通过模型实验与原型相似，可以预测实际工程的流体动力学行为。
模型实验与原型相似
量纲分析是确定相似准则的重要方法，通过分析物理量的量纲来简化问题。
量纲分析的应用
流动阻力与压力损失
第四章
层流与湍流
层流表现为流体层与层之间平滑滑动，无横向混合，常见于低雷诺数下的管道流动。
层流的特征
湍流具有流速不规则、涡流和混合等特征，常见于高雷诺数下的管道流动。
湍流的特征
雷诺数是判断流体流动状态的关键无量纲数，低于临界值时为层流，高于临界值时为湍流。
雷诺数的作用
流动阻力计算
利用流体动力学原理，对流动阻力进行初步估算，适用于工程设计的快速分析。
通过雷诺数和相对粗糙度来确定摩擦因子，是计算流动阻力的关键步骤。
用于计算管道内层流的摩擦阻力，公式中包含摩擦因子、流速、管道长度和直径。
达西-韦斯巴赫公式
摩擦因子的确定
流体动力学粗略估计
压力损失分析
01
在管道系统中，阀门、弯头等局部构件引起的湍流和分离会导致显著的压力损失。
02
流体在管道内流动时，由于粘性作用与管壁摩擦，会产生沿程的压力下降。
03
流速增加会导致流体动能增大，从而引起更大的摩擦压力损失和局部压力损失。
局部压力损失
摩擦压力损失
流速对压力损失的影响
流动测量技术
第五章
流速测量方法
皮托管通过测量流体静压和动压差来确定流速，广泛应用于管道和开放流体的流速测量。
皮托管测量法