流体力学第八章

流体力学第八章第1页，课件共40页，创作于2023年2月§8.1微分形式的连续方程控制体的选取:边长为dx，dy，dz的微元平行六面体。形心坐标：x,y,z三方向速度：vx,vy,

vz密度：一、微分形式的连续方程第2页，课件共40页，创作于2023年2月§8.1微分形式的连续方程x轴方向流体质量的流进和流出左面微元面积流入的流体质量：右面微元面积流出的流体质量：x轴方向流体的净流出量：第3页，课件共40页，创作于2023年2月§8.1微分形式的连续方程y轴方向流体的净流出量：同理,y、z轴方向流体质量的流进和流出z轴方向流体的净流出量：x轴方向流体的净流出量：第4页，课件共40页，创作于2023年2月§8.1微分形式的连续方程每秒流出微元六面体的净流体质量微元六面体内密度变化引起的每秒的流体质量的变化微分形式的连续方程第5页，课件共40页，创作于2023年2月§8.1微分形式的连续方程二、其它形式的连续方程矢量形式：可压缩流体的定常流动：不可压缩流体的定常或非定常流动：第6页，课件共40页，创作于2023年2月§8.1微分形式的连续方程二、其它形式的连续方程（续）二维可压缩流体的定常流动：二维不可压缩流体的定常或非定常流动：第7页，课件共40页，创作于2023年2月§8.2流体微团运动的分解有旋流动和无旋流动流体和刚体的主要不同在于它有流动性，极易变形。因此，流体微团在运动过程中不仅像刚体那样可以有移动和转动，而且还会发生变形运动。控制体的选取:边长为dx，dy，dz的微元平行六面体。M点处速度：一、流体微团上各点速度的表示同时加减等于零的数第8页，课件共40页，创作于2023年2月第9页，课件共40页，创作于2023年2月第10页，课件共40页，创作于2023年2月点A点B点D点C第11页，课件共40页，创作于2023年2月第12页，课件共40页，创作于2023年2月第13页，课件共40页，创作于2023年2月第14页，课件共40页，创作于2023年2月§8.3理想流体的运动微分方程一、欧拉运动微分方程式控制体的选取:边长为dx，dy，dz的微元平行六面体。形心坐标：x,y,z三方向质量力：fx,fy,

fz压强：p第15页，课件共40页，创作于2023年2月§8.3理想流体的运动微分方程一、欧拉运动微分方程式(续)x轴方向的受力左面中心受力：右面中心受力：质量力：x方向的运动微分方程：第16页，课件共40页，创作于2023年2月§8.3理想流体的运动微分方程一、欧拉运动微分方程式(续)同理,y、z方向的运动微分方程。欧拉运动微分方程式矢量形式第17页，课件共40页，创作于2023年2月§8.3理想流体的运动微分方程一、欧拉运动微分方程式(续)第18页，课件共40页，创作于2023年2月§8.3理想流体的运动微分方程二、兰姆运动微分方程式第19页，课件共40页，创作于2023年2月§8.3理想流体的运动微分方程二、兰姆运动微分方程式(续)兰姆运动微分方程式兰姆运动微分方程式直接反映了流体流动的特性.即不仅包含线速度,也包含角速度.第20页，课件共40页，创作于2023年2月理想流体流动的定解条件表述流动的方程(4个)方程中的未知量(5个)补充方程:或第21页，课件共40页，创作于2023年2月一、起始条件起始瞬时所给定的流场中每一点的流动参数。定常流动：无需起始条件。非定常流动：必须起始条件。第22页，课件共40页，创作于2023年2月二、边界条件任一瞬时运动流体所占空间的边界上所必须满足的条件固体壁面上的运动学条件:不同流体交界面上的运动学条件：不同流体交界面或固体壁面上的动力学条件：固体壁面静止第23页，课件共40页，创作于2023年2月作业1已知不可压缩流体运动速度在，两个轴方向的分量为，。且在处，有。试求轴方向的速度分量。作业2某一流动速度场为，，其中是不为零的常数，流线是平行于轴的直线。试判别该流动是有旋流动还是无旋流动。第24页，课件共40页，创作于2023年2月§8.4欧拉积分式和伯努利积分式伯努利方程一、两个积分式的前提条件(1)流动是定常的(2)质量力是有势的(3)流体不可压缩，流体是正压流体1.前提条件第25页，课件共40页，创作于2023年2月§8.4欧拉积分式和伯努利积分式伯努利方程一、两个积分式的前提条件(续)2.常见的正压流体(1)等温流动的可压缩完全气体(2)绝热流动的可压缩完全气体(3)不可压缩流体第26页，课件共40页，创作于2023年2月§8.4欧拉积分式和伯努利积分式伯努利方程一、两个积分式的前提条件(续)3.前提条件下的兰姆方程第27页，课件共40页，创作于2023年2月§8.4欧拉积分式和伯努利积分式伯努利方程二、欧拉积分式无旋流动第28页，课件共40页，创作于2023年2月§8.4欧拉积分式和伯努利积分式伯努利方程二、欧拉积分式(续)方程组三式分别乘以任意微元线段的三个轴向分量dx,dy,dz后再相加欧拉积分式物理意义：非粘性的不可压缩流体和可压缩的正压流体，在有势的质量力作用下作无旋流动，流场中任一点的单位质量流体质量力的位势能、压强势能和动能的总和保持不变，且这三种机械能可以相互转换。第29页，课件共40页，创作于2023年2月§8.4欧拉积分式和伯努利积分式伯努利方程三、伯努利积分式有旋流动第30页，课件共40页，创作于2023年2月§8.4欧拉积分式和伯努利积分式伯努利方程二、伯努利积分式(续)方程组三式分别乘以某一条流线上任一微元线段的三个轴向分量dx,dy,dz三式相加第31页，课件共40页，创作于2023年2月§8.4欧拉积分式和伯努利积分式伯努利方程二、伯努利积分式(续)伯努利积分式物理意义：非粘性的不可压缩流体和可压缩的正压流体，在有势的质量力作用下作有旋流动时，沿同一条流线上各点单位质量流体质量力的位势能、压强势能和动能的总和保持不变，且这三种机械能可以相互转换。第32页，课件共40页，创作于2023年2月§8.4欧拉积分式和伯努利积分式伯努利方程三、伯努利方程伯努利方程质量力仅仅是重力不可压缩流体物理意义：在重力作用下不可压缩理想流体作定常流动时，对于有旋流动，沿同一条流线单位质量流体的位势能、压强势能和动能的总和保持不变；对于无旋流动，在整个流场中总机械能保持不变.第33页，课件共40页，创作于2023年2月§8.6涡线涡管涡束涡通量

一、涡线

一条曲线，在给定瞬时，这条曲线上每一点的切线与位于该点的流体微团的角速度的方向相重合。涡线的微分方程第34页，课件共40页，创作于2023年2月§8.6涡线涡管涡束涡通量

二、涡管在给定瞬时，在涡量场中任取一不是涡线的封闭曲线，通过封闭曲线上每一点作涡线，这些涡线形成一个管状表面。三、涡束涡管中充满着作旋转运动的流体四、涡通量旋转角速度的值与垂直于角速度方向的微元涡管横截面积的乘积的两倍。第35页，课件共40页，创作于2023年2月§8.7速度环量斯托克斯定理

一、速度环量速度在某一封闭周线切线上的分量沿该粉笔周线的线。速度环量是标量，其正负号不仅与速度的方向有关，而且与线积分的绕行方向有关规定沿封闭周线绕行的正方向为逆时针方向。第36页，课件共40页，创作于2023年2月§8.7速度环量斯托克斯定理

二、斯托克斯定理1.微元封闭周线的斯托克斯定理沿微元封闭周线的速度环量等于通过该周线所包围的面积的涡通量。证明:第37页，课件共40页，创作于2023年2月§8.7速度环量斯托克斯定理

二、斯托克斯定理(续)3.空间表面上的斯托克斯定理沿空间任一封闭周线的速度环量等于通过该周线上的空间表面的涡通量。第38页，课件共40页，创作于2023年2月§8.8汤姆孙定理亥姆霍兹旋涡定理一、汤姆孙定理正压性的理想流体在有势的质量力作用下沿任何由流体质点组成的封闭周线的速度环量不随时间而变化。第39页，课件共40页，创作于2023年2月