流体机械课程 第三章 流体动力学

第三章 流体动力学

一、学习目的和要求

通过本章学习，了解流体的运动和流体流动的基本概念，掌握伯努利方程及其应用。

二、重点与难点

（1）流体流动的基本概念；

（2）流体流动的连续性方程式和伯努利方程。

三、课程内容

第一节 流体的运动和流体流动的基本概念

一、流体的运动要素和研究流体运动的方法

二、流体流动的几个基本概念

（一）稳定流动和非稳定流动

1、稳定流动：液体流动时在不同时间内流体各质点流经此空间点时，其运动要素不变的流动。

2、非稳定流动：液体质点流经某空间点时，其运动要素随时间而变化的流动。

（二）迹线、流线

1、迹线：某一流体质点在某段时间内的运动轨迹。

2、流线：流线是流场中某一瞬间的一条空间曲线，在该曲线上各点的流体质点所具有的速度方向与该点的曲线的切线方向重合。

（三）流管、流束及总流

1、流管:在流场中取一段很小的闭合曲线，通过这条封闭曲线上所有点作流线族，这些流线族所围成的管。

2、流束：充满在流管内部的全部流体。

3、总流：在流体周界内的全部流体。

（四）过流断面、湿周及水力半径

1、过流断面：垂直于总流的横断面。

2、湿周：在总流的过流断面上，液体与固体相接触的线。

3、水力半径：在总流的过流断面与湿周的比。

（五）缓变流与急变流

1、缓变流：流体的流线接近与直线的流动。

2、急变流：流体的流线之间夹角很大或曲率很小的流动。

（六）流量和平均流速

1、流量：单位时间内通过过流断面的体积。

2、平均流速：假设流体以某一速度v通过过流断面S，则通过的流量为Q=VS

第二节 流体流动的连续性方程式

第三节 微小流束合总流的伯努利方程式

一、理想流体微小流束的伯努利方程式

（一） 外力做功

1. 压力做功A₁

2. 重力做功A₂

（二） 动能的增量

或 （常数）

二、伯努利方程式的物理意义及几何意义

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三、实际液体总流的伯努利方程式

四、伯努利方程式的应用

（一）实际总流的伯努利方程式的适用条件

（1）流体是不可压缩的；

（2）流动是稳定的；

（3）作用在流体上的质量力只有重力；

 （4）所选取的过流断面都需为缓变流阶段，但各段面之间的流动可以是急变流；

（5）所选取过流断面间没有流量的汇入或分出，也没有能量的输入或输出。

（二）运用伯努利方程应注意的问题

（1）基准面可以任意选一水平面，但最好在两断面之下或穿过低断面的形心。

（2）在解伯努利方程时常常运用总流的连续性方程，以减少未知量；

（3）方程式中的P₁、P₂可取绝对压力，也可取相对压力；

（4）所选断面总势能均相等，所以可选取任意点列伯努利方程式。

（5）所取两断面的修正系数一般不相等，即。对于紊流；对于层流的计算，；

（6）在应用伯努利方程式时，需要确定损失水头。

（三）伯努利方程式的应用举例（略）

（四）气体的伯努利方程式

（五）有能量输入输出的伯努利方程式

四、作业：

3-5 6 9 11