工程流体力学刘向军课件
20XX
汇报人：XX
有限公司
目录
01
工程流体力学基础
02
流体静力学
03
流体动力学
04
流动阻力与能量损失
05
流体机械与设备
06
工程应用案例分析
工程流体力学基础
第一章
流体力学定义
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
流体静力学研究流体在静止状态下的压力分布和平衡条件，是流体力学的基础分支之一。
流体静力学
流体的性质包括密度、粘度、压缩性和表面张力等，这些性质决定了流体的行为。
流体的性质
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基本概念与原理
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流体的定义
流体是能够自由流动的物质，包括液体和气体，它们在受力时会发生连续变形。
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牛顿内摩擦定律
描述了流体内部粘性力与流体速度梯度之间的关系，是流体力学中重要的基本原理之一。
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连续介质假设
工程流体力学中，流体被视为连续介质，忽略其分子结构，便于分析流体的宏观行为。
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伯努利原理
表明在一个流动的流体中，速度增加时压力降低，反之亦然，是流体力学中的一个基本能量守恒定律。
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，它们在工程应用中表现出不同的性质。
按流体状态分类
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根据流体的物理性质，可以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。
按流体性质分类
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流体可以按照温度范围分为常温流体、高温流体等，例如蒸汽机中的蒸汽属于高温流体。
按流体温度分类
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流体静力学
第二章
静止流体的特性
流体静压力与深度的关系
流体静压力的传递性
在静止流体中，压力在各个方向上均匀传递，不受流体流动状态的影响。
静止流体中，压力随深度增加而线性增加，遵循帕斯卡定律。
阿基米德原理
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。
压力分布规律
在重力作用下，流体静压力随高度的增加而减小，如高层建筑水箱供水系统的压力变化。
压力随高度变化
流体静压力随深度增加而增大，例如潜水员在水下不同深度感受到的压力变化。
流体静压力特性
帕斯卡定律指出，在封闭容器中，流体各点的压力是相等的，无论容器形状如何。
帕斯卡定律
浮力与稳定性
根据阿基米德原理，浸入流体中的物体所受的浮力等于其排开流体的重量。
阿基米德原理
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浮力的大小可以通过计算物体排开流体的体积与流体密度的乘积来确定。
浮力的计算
物体在流体中的稳定性取决于其重心和浮心的位置关系，重心低于浮心时物体稳定。
稳定性分析
船舶设计时需考虑浮力与稳定性，确保在不同载重和海况下能安全航行。
船舶稳定性
流体动力学
第三章
连续性方程
连续性方程是流体力学中描述流体质量守恒的方程，表明在封闭系统内流体质量不变。
定义与基本原理
连续性方程的数学表达式通常写作?·v=0，其中v是流体速度矢量，?·是散度运算。
数学表达式
在管道流动中，连续性方程用于计算不同截面的流速和流量，确保流体守恒。
应用实例
伯努利方程
在风洞实验中，伯努利方程用于解释和计算不同风速下模型表面的压力分布。
应用实例：风洞实验
飞机翼型设计利用伯努利方程原理，通过改变翼型上下表面的流速，产生升力。
应用实例：飞机翼型设计
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
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动量方程
例如，在设计船舶推进系统时，工程师利用动量方程来计算螺旋桨产生的推力。
动量方程通常表示为流体微元的动量变化等于作用在该微元上的外力之和。
动量方程基于牛顿第二定律，描述了流体在受力作用下动量变化的守恒关系。
动量守恒原理
动量方程的数学表达
动量方程在工程中的应用
流动阻力与能量损失
第四章
沿程损失与局部损失
沿程损失是指流体在管道中流动时，由于摩擦力导致的能量损失，通常用达西-韦斯巴赫公式计算。
沿程损失的定义及计算
例如，水力发电站中，通过优化管道设计和使用流线型阀门，可以减少局部损失，提高系统效率。
局部损失的工程实例
局部损失发生在流体流经管道的弯头、阀门等局部区域，由于流速和方向的突变造成能量损失。
局部损失的产生原因
通过增加管道直径、使用更光滑的内壁材料或降低流体粘度，可以有效减少沿程损失。
减少沿程损失的措施
摩擦因子与雷诺数
摩擦因子的定义
摩擦因子是表征流体流动中摩擦阻力大小的无量纲参数，与管道表面粗糙度和流体性质有关。
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雷诺数的物理意义
雷诺数是流体力学中描述流体流动状态的无量纲数，它表征惯性力与粘性力的比值，影响流动模式。
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摩擦因子与雷诺数的关系
在层流状态下，摩擦因子与雷诺数成反比；在湍流状态下，摩擦因子与雷诺数的关系更为复杂。
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工程应用中的雷诺数
在工程设计中，通过雷诺数预测流动状态，如管道流动、风洞实