水力学第三章水动力学基础课件

水力学第三章水动力学基础ppt课件水动力学基础概述水流的基本性质水流运动的基本方程水流运动的分类与描述水动力学中的重要概念和定理水动力学中的流动现象与模拟contents目录01水动力学基础概述水动力学是研究液体在静止和运动状态下所受外力作用下的行为和变化规律的学科。定义水动力学是工程流体力学的一个重要分支，在水利工程、环境工程、土木工程等领域具有广泛的应用价值。重要性水动力学的定义和重要性古代文明时期，人们开始利用水力进行灌溉、磨坊等，逐渐形成了对水流特性的认识。古代水力学的起源经典水力学的形成现代水力学的发展17世纪，牛顿等科学家开始对水流运动进行系统的研究，形成了经典水力学的基础。随着计算机技术和数值计算方法的进步，现代水力学在理论和应用方面取得了重大突破。030201水动力学的历史与发展水利工程环境工程土木工程航海与航空水动力学的应用领域水动力学在水利工程领域的应用包括水库、水电站、堤防等的设计、建设和运行。水动力学在土木工程领域的应用包括建筑物的抗风、抗震设计，桥梁的流体动力荷载等。水动力学在环境工程领域的应用包括污水处理、水质净化、河流整治等。水动力学在航海和航空领域的应用包括船舶和飞机在水面和空中的运动规律和流体动力设计。02水流的基本性质液体的基本特性液体在微小压强变化下，密度变化极小，可视为常数。液体能流动，可传递压强。液体质点没有固定形状，且相互连通，不孤立存在。液体具有抵抗剪切力的性质，即粘滞性。不可压缩性流动性连续性粘滞性相对运动绝对运动流线与迹线流态划分流体的运动特性01020304描述流体中质点的运动，采用相对坐标系。描述流体整体的运动，采用绝对坐标系。流线是某一瞬时流场中各点的方向线集合；迹线是质点在运动过程中经过的路径。层流与湍流，两者在受力情况、运动特性、能量转换等方面存在显著差异。静止液体内部压强的分布规律。静水压强静止液体中任意封闭曲面所受外力之和为零。帕斯卡原理利用静止液体的压强测量压力的方法。液柱压力计浸没在液体中的物体受到一个向上的浮力，其大小等于物体所排液体的重量。浮力原理流体静力学基础03水流运动的基本方程总结词描述水流在流场中连续分布的特性详细描述连续性方程是水力学中的基本方程之一，它表达了单位时间内流场中某一流体的质量守恒原理。对于不可压缩流体，连续性方程可以简化为：单位时间内流出的流量等于该时间内流体的减少量。连续性方程描述流体动量的变化规律总结词动量方程是水力学中的另一个基本方程，它表达了牛顿第二定律在流体运动中的应用。动量方程可以表示为：流体动量的变化率等于作用在流体上的外力之和。这个方程可以用来分析流体运动的加速度、速度和压力等参数之间的关系。详细描述动量方程总结词描述流体能量变化的规律详细描述能量方程是水力学中的另一个重要方程，它表达了流体能量守恒的原理。能量方程可以表示为：单位时间内流体的能量损失等于作用在流体上的外力所做的功。这个方程可以用来分析流体运动的压强、速度和阻力等参数之间的关系，以及流体与边界之间的相互作用。能量方程04水流运动的分类与描述水流呈现出明显的分层，各层之间互不掺混，如平静的河面水流。层流流动呈现规则性，流线连续且平行，流速沿程变化小。水流呈现不规则状态，流线曲折、交叉甚至断裂，流速沿程变化大，有强烈的脉动现象。层流与湍流湍流层流均匀流水流在同一条流线上，速度和方向保持一致，过水断面形状和尺寸沿程保持不变。非均匀流水流在同一条流线上，速度和方向发生变化，过水断面形状和尺寸沿程也发生变化。均匀流与非均匀流水流只具有一个方向的流动，如管道中的水流。一维流动的研究可以通过建立一维数学模型进行。一维流动水流在两个方向上存在流动，如河流中的水流。二维流动的研究可以通过建立二维数学模型进行。二维流动水流在三个方向上存在流动，如自由水面上的水流。三维流动的研究需要建立三维数学模型进行。三维流动一维、二维和三维流动05水动力学中的重要概念和定理伯努利定理总结词描述流体在重力场中运动时，流速与压强的关系。详细描述伯努利定理指出，在不可压缩、理想流体沿流线作定常流动时，流体的流速与压强之间存在一定的关系。具体来说，流速大的地方压强小，流速小的地方压强大。描述流体在无外力场作用下的速度分布。总结词柯西定理表明，在无外力场作用下的不可压缩、理想流体中，速度分布函数满足一定的积分关系，这个积分关系决定了流体内部速度的分布规律。详细描述柯西定理VS描述流体在重力场中运动时，流速与密度的关系。详细描述斯托克斯定理指出，在不可压缩、理想流体中，流体的流速与密度之间存在一定的关系。具体来说，流速大的地方密度小，流速小的地方密度大。这个定理对于理解流体运动的基本规律和解决实际问题具有重要的意义。总结词斯托克斯定理06水动力学中的流动现象与模拟压力分布是水动力学中的重要概念，它描述了流体中压力的大小和变化规律。在静止流体中，压力分布是均匀的；而在运动流体中，由于流体内部摩擦和外部力作用，压力分布会发生变化。流体的压力分布与流速、流态和流体性质等因素有关。总结词详细描述流体中的压力分布流体中的速度分布速度分布描述了流体中速度矢量的大小和方向，是水动力学中的基本概念。总结词在理想流体中，速度分布遵循伯努利定理和斯托克斯定理；而在实际流体中，由于粘性效应和湍流作用，速度分布会变得复杂。流体的速度分布与流体的密度、粘性和重力加速度等因素有关。详细描述总结词温度分布描述了流体中温度的大小和变化规律，是热力学中的基本概念。要点一要点二详细描述在封闭系统中，流体的温度变化与热源、散热条件和流体性质等因素有关。在开放系统中，流体的温度变化还与外部环境温度和换热条件等因素有关。流体的温度分布与流体的热传导、对流和辐射换热等因素有关。流体中的温度分布总结词数值模拟方法是一种基于数学模型和计算机技术的水动力学研究方法。详细描述数值模拟方法通过建立流体