工程流体力学闻德荪课件
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汇报人：XX
目录
第一章
工程流体力学基础
第二章
流体静力学
第四章
流体在管内的流动
第三章
流体动力学
第六章
工程应用案例分析
第五章
流体机械与设备
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
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，是流体力学的基础分支之一。
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，便于数学建模和分析。
流体的连续介质假设
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基本概念与原理
流体是能够自由流动的物质，分为液体和气体两大类，具有连续性和可压缩性等特点。
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研究静止流体中压力分布规律，如帕斯卡定律和流体静压力的计算。
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涉及流体运动的基本方程，如连续性方程、伯努利方程和纳维-斯托克斯方程。
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介绍流体粘性对流动的影响，以及层流和湍流两种基本流动状态的区别。
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流体的定义与分类
流体静力学原理
流体动力学基础
流体的粘性与流动状态
流体的分类
流体可以分为液体和气体，液体密度相对稳定，气体密度随压力和温度变化。
按密度分类
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根据雷诺数，流体流动可分为层流和湍流，层流有序，湍流无序且复杂。
按流动状态分类
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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，体积随压力变化显著。
按是否可压缩分类
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流体静力学
第二章
静止流体的特性
在静止流体中，压力随着深度的增加而线性增加，这是由于流体重量造成的。
压力随深度增加
静止流体中任意一点的压力会均匀地向各个方向传递，不依赖于容器的形状。
流体静压力的传递性
静止流体在压力作用下体积不变，即流体的不可压缩性，是流体静力学中的一个基本特性。
流体不可压缩性
压力分布规律
在静止流体中，压力随深度线性增加，这一规律在水下工程和潜水活动中得到广泛应用。
压力随深度变化
流体静压力随深度增加而增大，与容器形状和大小无关，仅与流体密度和重力加速度有关。
流体静压力特性
帕斯卡定律指出，在封闭容器中，流体各点的压力相等，且与容器形状无关。
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
船舶设计中，通过合理分布重量和浮力，确保船舶在各种载重和海况下的稳定性。
船舶稳定性
流体动力学
第三章
连续性方程
定义与基本原理
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连续性方程是流体力学中描述流体质量守恒的方程，表明在封闭系统中流体的流入量等于流出量。
数学表达式
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连续性方程通常表示为ρ1A1v1=ρ2A2v2，其中ρ是密度，A是横截面积，v是流速。
应用实例
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在管道流动中，连续性方程用于计算不同截面处的流速和流量，如水力发电站的水轮机设计。
伯努利方程
伯努利方程的定义
伯努利方程描述了在一个流动的流体中，速度增加时压力降低，反之亦然的物理现象。
水力发电
在水力发电站中，伯努利方程用于计算水轮机入口和出口的压力差，以优化能量转换效率。
应用实例：飞机机翼
流体能量守恒
飞机机翼的设计利用了伯努利原理，机翼上表面的气流速度比下表面快，产生升力。
伯努利方程体现了流体在流动过程中，其总能量（动能、位能和压力能）保持不变的原理。
动量方程
动量守恒原理
动量方程基于牛顿第二定律，描述了流体系统中动量守恒的物理现象。
动量方程的数学表达
动量方程通常表示为时间导数的动量等于作用在流体上的外力之和。
动量方程在工程中的应用
例如，在设计船舶推进系统时，工程师利用动量方程来优化螺旋桨的性能。
流体在管内的流动
第四章
层流与湍流
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层流表现为流体粒子沿着平行路径平滑流动，常见于低雷诺数下的管道流动。
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湍流是流体运动的无序状态，具有高度的随机性和涡流，常见于高雷诺数下的管道流动。
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雷诺数是判断流体流动状态的关键无量纲数，它决定了流体流动是层流还是湍流。
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当雷诺数超过临界值时，层流会转变为湍流，这一现象在工程流体力学中非常重要。
层流的特征
湍流的特征
雷诺数的作用
层流到湍流的转变
摩擦因子与管路损失
该公式用于计算流体在管内流动时的摩擦损失，是工程流体力学中的基础公式。
达西-韦斯巴赫公式
摩擦因子是表征流体流动时管壁摩擦影响的无量纲参数，影响管路的总能量损失。
摩擦因子的定义
层流状态下摩擦因子与雷诺数成反比，而湍流状态下摩擦因子与雷诺数的幂次相关。
层流与湍流的摩擦因子
通过摩擦因子和流体性质，可以计算出管路中的总压力损失，对工程设计至关重要。
管路损失的计算
流量