流体动力学-基本概念

流体动力学-基本概念主讲人：任好玲华侨大学机电及自动化学院2026年8月10日第三章流体力学基础2内容提要系统与控制体稳定流动和非稳定流动理想液体与实际液体一维流动、多维流动流线、流管和流束通流截面、流量和平均流量功、功率压力12345678液体动力学研究液体在外力作用下运动规律，即研究作用在液体上的力与液体运动之间的关系，及流体流动时的能量转换和流体对固体壁面的作用力。由于液体具有粘性，流动时要产生摩擦力，因此研究液体流动问题时必须考虑粘性的影响。物理学中的质量守恒定律、动量定理、能量守恒定律等，都是针对固定的系统而言的。由于流体所具有的流动性，流体系统的位置和形状都不固定，所以数学上描述起来困难。控制体就是为了解决这一问题提出的流体力学中的流动方程建立，就是把各种适用于固定系统的物理定律改写成适用于控制体的数学表达式。在任何与周围隔绝的物质系统（孤立系统）中，不论发生何种变化或过程，其总质量保持不变物体动量的增量等于它所受合外力的冲量即Ft=Δvm，或所有外力的冲量的矢量和如果一个系统不受外力或所受外力的矢量和为零，那么这个系统的总动量保持不变，这个结论叫做动量守恒定律。能量守恒定律指出能量既不会凭空产生，也不会凭空消失，它只能从一种形式转化为另一种形式，或者从一个物体转移到另一个物体，在转移或转化过程中其总量保持不变1.系统与控制体所谓系统，就是确定物质的集合。系统以外的物质称为环境。系统与环境的分界面称为边界。系统具有如下的特点：系统始终包含着相同的流体质点；系统的形状和位置可以随时间变化；边界上可有力的作用和能量的交换，但不能有质量的交换。1.系统与控制体所谓控制体，是指根据需要所选择的具有确定位置和体积形状的流场空间。控制体的表面称为控制面。控制体具有以下的特点：控制体内的流体质点是不固定的；控制体的位置和形状不会随时间变化；控制面上不仅可以有力的作用和能量交换，而且还可以有质量交换。系统控制体内部质点固定不固定位置和形状变化固定与外界的交换只有力和能量，无质量力、能量、质量都有2、稳定流动和非稳定流动液体流动时，若液体中任何一点的压力，流速和密度都不随时间变化，这种流动称为稳定流动（或恒定流动）。反之，压力，流速随时间而变化的流动称为非稳定流动。如图所示，从水箱中放水，若水箱上方有一补充水源使水位H保持不变，则出水口流出的液体中各点的压力和速度均不随时间变化，故为稳定流动。反之为非稳定流动。图3-7稳定流动和非稳定流动3、理想液体与实际液体实际液体:既有粘性又可压缩。在研究液体流动时必须考虑液体粘性和可压缩性的影响；理想液体:既无粘性又不可压缩的假想液体。这样的假想液体一般是为了便于导出基本方程。一维流动：当液体整个作线形流动时，称为一维流动；二维或三维流动：当作平面或空间流动时，称为二维或三维流动。4、一维流动、多维流动在非恒定流动时，由于液流通过空间点的速度随时间变化，因此流线形状也随时间变化；在恒定流动时，流线的形状不随时间变化。5、流线、流管和流束流线:是流场中的一条一条的曲线，它表示同一瞬时流场中各质点的运动状态。流线上每一质点的速度矢量与这条曲线相切，因此，流线代表了在某一瞬时的许多流体质点的流动方向。流线之间不能相交，流线也不能突然转折？？5、流线、流管和流束流管：在流场中给出一条不属于流线的任意封闭曲线，沿该封闭曲线上的每一点作流线，由这些流线组成的表面称为流管；流束：流管内的流线群称为流束。流管内外的流线均不会穿越流管？流线彼此平行的流动称为平行流动；流线间夹角很小，或流线曲率半径很大的流动称为缓变流动。平行流动和缓变流动都可认为是一维流动。6、通流截面、流量和平均流量垂直于液体流动方向的截面称为通流截面，也叫过流断面。单位时间t内流过某通流截面的液体体积V称为流量Q，即：

1L/min=1/60000m³/s流量也可以同单位时间内通过某通流界面的液体质量来表示可看出，平均流速为流量与通流面积之比。实际上由于液体具有粘性，通流截面上中心处流速最大；越靠近管壁流速越小；管壁处的流速为零。以后所指流速均为平均流速6、通流截面、流量和平均流量功:W=F*S

7、功、功率功率静止流体内的压力在各个方向上都相等；那么流动液体呢？惯性力粘性力当惯性力很小，且可以把流体认为