流体运动学上计算流体力学PPT课件.ppt

3 1流动图形观察 flowvisualization 观察几个典型流动 感受实际流动现象和特征 圆管流动 流动状态机翼绕流 升力 阻力圆柱绕流 涡激振荡 1 1 Reynolds实验 1883 层流 laminarflow 流速较低 红墨水迹线平稳 水质点沿轴向分层平稳流动 不稳定流动 红墨水迹线波动 水质点不稳定 有轴向和垂向的分速度 湍流 turbulentflow 流速超过某值时 红墨水迹线破裂 各层流体质点相互掺混 出现不规则 随机脉动速度 实验表明 粘性流动存在两种流动状态 层流和湍流 2 Reynolds数 non dimensionalnumber 3 2 机翼绕流风洞试验 4 机翼绕流流场的特点 驻点 stagnantpoint 速度为零的点 流线 streamline 流体质点速度场的包络线 上翼面 流线密 流速大 压力低 下翼面 流线稀 速度小 压力高 尾迹 wake 尾涡区 失速 stall 流动严重分离 当攻角增大至某一值后 机翼背面尾涡区过大而导致升力迅速降低 阻力急剧增大的现象 5 3 卡门涡街 Karmanvortexstreet 圆柱绕流 阻力 涡街 当Re在某一范围时 圆柱体后面形成两列交错排列 转向相反 周期性的漩涡 涡脱落频率f 0 2 例如电线在风中发声 潜艇的通气管 拖缆在水中抖颤发声 6 3 2描述流体运动的两种方法 质点位移 速度 加速度 7 3 2 2Euler法 基本思想 考察空间每一点上的物理量及其变化 所谓空间一点上的物理量是指占据该空间点的流体质点的物理量 独立变量 空间点坐标 流体质点和空间点是二个完全不同的概念 8 Euler法 时刻位于空间点的流体质点经时间后物理量随时间的变化率 质点导数 9 质点导数 10 2020 1 7 11 12 3 3流体运动的描述 13 3 平面流动和轴对称流动 轴对称流动 沿回转体轴线方向的流动柱面 球面坐标系中 例如 绕圆球的流动就是轴对称流动 14 4 迹线和流线 streamlineandpathline 1 迹线 流体质点的运动轨迹线Lagrange法 迹线方程Euler法 给定速度场 流体质点经过时间移动了距离 该质点的迹线微分方程为起始时刻时质点的坐标 积分得该质点的迹线方程 15 2 流线 速度场的矢量线 任一时刻t 曲线上每一点处的切向量都与该点的速度向量相切 流线微分方程 16 流线的几个性质 1 对于非定常流场 不同时刻通过同一空间点的流线一般不重合 对于定常流场 流线与迹线重合 2 流线不能相交 驻点和速度无限大的奇点除外 3 流线的走向反映了流速方向 疏密程度反映了流速的大小分布 迹线和流线的差别 迹线是同一流体质点在不同时刻的位移曲线 与Lagrange观点对应 流线是同一时刻 不同流体质点速度向量的包络线 与Euler观点对应 17 5 流面和流管 流面 是由流线组成的空间曲面 流管 管形流面微元流管 截面积很小的流管 流面上任一点的流速与该点流面的法向量相垂直 流面上 即流体不能穿过流面或流管 流管就像真正的管子一样将其内外的流体分开 总流 管内整股流体 如河流 水渠 水管中的水流及风管中的气流都是总流 过流断面 与总流的流线相垂直的断面 若流线是平行直线 过流断面是平面 否则是曲面 18 6 流量 7 流体线 流体面及其保持性 流体线 面 由确定的连续排列的流体质点组成 流体线 面 迹线 是Lagrange法概念 流线 流面 管 是Euler法概念 保持性 在运动过程中 流