《工程流体力学》电子教案第一至三章.pptx
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工程流体力学课件-第一章
二、流体力学在石油化工工业中的应用
流体力学是一门重要的工程学科，它的应用几乎遍及国民经济的各个部门， 尤其在石油工程和石油化工工业中，流体力学是其重要的理论核心之一。
在石油工业中 ，用到流体力学原理分析流体在管内的流动规律，压力、阻 力、流速和输量的关系，据此设计管径，校核管材强度，布置管线及选择泵的类 型和大小，设计泵的安装位置等；在校核油罐和其他储液容器的结构强度，估算 容器、油槽车、油罐的装卸时间，解释气蚀、水击等现象 。
实验方法的优点是能直接解决生产中的复杂问题，能发现流动中的新现象。
它的结果往往可作为检验其他方法是否正确的依据。这种方法的缺点是对不同 情况，需作不同的实验，也即所得结果的普适性较差。
3 、数值计算方法
数值计算方法是按照理论分析方法建立数学模型，在此基础上选择合理 的计算方法，如有限差分法、特征线法、有限元法、边界元法、谱方法等，将 方程组离散化，变成代数方程组，编制程序，然后用计算机计算，得到流动问 题的近似解。数值计算方法是理论分析法的延伸和拓展。
两板间流体沿y方向的速度呈线性分布。
上面的现象说明，当流体中发生了层与层之间的相对运动时，速度快的流层对 速度慢的流层产生了一个拉力使它加速，而速度慢的流层对速度快的流层就有 一个阻止它向前运动的阻力，拉力和阻力是大小相等方向相反的一对力，分别 作用在两个流体层的接触面上，这就是流体黏性的表现，这种力称为内摩擦力 或黏性力。
体积弹性模量：在工程上流体的压缩性也常用p的倒数即体积弹性模量来描述
E 1 dp
p dV /V
2．可压缩流动与不可压缩流动
流体的压缩性及相应的体积弹性模量是随流体的种类、温度和压力而变化 的。当压缩性对所研究的流动影响不大，可以忽略不计时，这种流动成为不可 压缩流动，反之称为可压缩流动。通常，液体的压缩性不大，所以工程上一般 不考虑液体的压缩性，把液体当作不可压缩流体来处理。当然，研究一个具体 流动问题时，是否考虑压缩性的影响不仅取决于流体是气体还是液体，而更主 要是由具体条件来决定。
《工程流体力学》教程共178页
300MW压水堆核电站培训系列教材课程代号：2104A工程流体力学秦山核电公司培训中心2019年12月目录第一章绪论 (3)1.学习课程的目的和任务 (3)2.流体力学、泵与风机的发展概况 (3)第二章流体的基本物理性质 (5)1.流体的概念 (5)2.惯性和万有引力特性 (6)3.压缩性和膨胀性 (8)4.流体的粘滞性 (10)第三章液体静力学 (19)1.作用在流体上的力 (19)2.流体静压力及其特性 (20)3.液体静力学基本方程式 (23)4.绝对压力、相对压力及真空 (27)5.液体静力学基本方程式的应用 (28)6.液体的相对平衡 (37)7.作用在壁面上的液体总压力 (40)第四章液体动力学 (50)1.概述 (50)2.连续方程式 (58)3.能量方程式 (60)4.能量方程式的意义和应用举例 (65)5.动量方程式及动量矩方程式 (78)第五章流动阻力及管道水力计算 (89)1.流体运动的两种状态 (90)2.均匀流基本方程式 (95)3.圆管中的层流运动 (97)4.圆管中的紊流运动 (100)5.局部损失计算 (108)6.总能量损失的计算 (114)7.管道水力计算 (117)8.管道特性曲线 (127)9.水击 (131)第六章气体动力学基础 (140)1.音速及马赫数 (140)2.气体流动的基本方程式 (144)3.涡线、涡束及涡强 (146)4.速度环量及环流 (148)5.汤姆逊旋涡定理 (152)6.流体通过叶栅的流动 (153)7.附面层 (159)8.弱扰动在气流中的传播 (163)9.超音速气流绕过外凸、内凹壁面的流动 (165)10.激波绝热过程及波阻的概念 (169)第一章绪论1. 学习课程的目的和任务本课程的内容分为两大部分。
第一部分是工程流体力学，第二部分是泵和风机。
工程流体力学是研究流体平衡和运动的规律，以及流体与固体之间相互作用的一门科学。
《工程流体力学 》课件
1
动量守恒定律的原理
从动量的守恒角度出发，深刻理解动量守恒定律的实际含义。
2
螺旋桨叶片受力分析方法
通过螺旋桨叶片受力分析的实例，解析动量守恒定律在实际问题中的应用。
3
旋转流体给出经典范例。
能量守恒定律
1 什么是能量守恒定律？
解析能量守恒定律的定义及其基本特性，令人信服地说明其重要性。
第二章：质量守恒定律
详细介绍质量守恒定律的深刻含义和应用范围， 以及流体连续性方程的应用实例。
第四章：能量守恒定律
归纳总结能量守恒定律的核心表述和基本特征， 以及流体能量方程的求解方法。
流体力学基础
1
流体的基本概念
定义流体和非流体的区别，详细介绍流体的基本性质和特征。
2
流场参数
分类介绍各项流场参数的定义、特征和计算方法，重点阐述雷诺数的作用。
概述水力发电站的基本构造和 设备，重点描述流场参数的计 算方法和水力器件的工作原理。
油气管道压力调节方 法
介绍油气管道压力发生变化的 原因和影响，以及调节压力的 方法与流体力学的联系。
结论和要点
结论1
质量守恒定律的意义及其在实际 问题中的应用。
结论2
动量守恒定律的实际含义，以及 其在涡轮和桨叶设计中的应用。
2 如何求解能量守恒定律？
采用实例解析法，将复杂的能量守恒定律应用问题简单化。
3 如何避免能量损失？
从能量损失的根源出发，提出避免能量损失的有效途径。
应用举例
机翼气动力设计
阐述机翼气动力设计的重要性 及其与流体力学的联系，以及 之前学到的动量守恒定律和能 量守恒定律在机翼气动力设计 中的应用。
水力发电站设计
结论3
工程流体力学课件3流体动力学基础
恒质
量
三
守
大
守
恒能
恒 定
量 守
律
恒动
量
守
程连
续 方
程恒 定
总
程能 量 方
流 三
大
程动
方
量
方
• v1 A1 = v2 A2
说明流量不变时，过流断面越小， 流速越大 —— 水射器原理
Φ
D
小头
大头
消防水枪喷嘴
收缩段 亚音速
喉部 音速
扩散段 超音速
拉瓦尔喷管
由拉瓦尔喷管可获得超音速气流，其原理广泛应用 于超音速燃气轮机中的叶栅，冲压式喷气发动机，火箭 喷管及超音速风洞等处。
3）在恒定流情况下，当判别第II段管中是缓变 流还是急变流时，与该段管长有无关系？
区分均匀流及非均匀流与过流断面上流速 分布是否均匀有无关系？是否存在“非恒定 均匀流”与“恒定急变流”？
当水箱水面恒定时： a)为恒定均匀流；b)为恒定非均匀流。 当水箱水面不恒定时： a)为非恒定均匀流；b)为非恒定非均匀流。
uz F3(x, y, z,t)
x,y,z,t —欧拉变量
由
dux
ux t
dt
ux x
dx
ux y
dy
ux z
dz
a
x
a y
az
dux
dt du y
dt duz
dt
dF1
dt dF2
dt dF3
dt
ux t
ux
ux x
uy
ux y
uz
ux z
u y t
ux
u y x
uy
u y y
重、难点
工程流体力学(杜广生主编)电子教案第一章绪论
斯蒂文（S.Stevin,1548-1620）
将用于研究固体平衡的凝结原理转用到流体上。 伽利略（Galileo,1564-1642）
在流体静力学中应用了虚位移原理，并首先提出，运动物 体的阻力随着流体介celli,1608-1647）
论证了孔口出流的基本规律。
西汉武帝时期，为引洛水灌溉农田，在黄土高原上修建了龙首渠，创 造性地采用了井渠法，即用竖井沟通长十余里的穿山隧洞，有效地防止 了黄土的塌方。
水利风力机械
在古代，以水为动力的简单机械也有了长足的发展，例如用水轮提水， 或通过简单的机械传动去碾米、磨面等。东汉杜诗任南阳太守时（公元 37年）曾创造水排（水力鼓风机），利用水力，通过传动机械，使皮制 鼓风囊连续开合，将空气送入冶金炉，较西欧约早了一千一百年。
流体力学在中国
• 真州船闸 • 北宋（960-1126）时期，在运河上修建的真州船闸与十
四世纪末荷兰的同类船闸相比，约早三百多年。
• 潘季顺 明朝的水利家潘季顺（1521-1595）提出了“筑堤防溢，
建坝减水，以堤束水，以水攻沙”和“借清刷黄”的治黄 原则，并著有《两河管见》、《两河经略》和《河防一 揽》。
• 达朗伯（J.le R.d‘Alembert,1717－1783） 1744年提出了达朗伯疑题（又称达朗伯佯谬），即在理想 流体中运动的物体既没有升力也没有阻力。从反面说明了 理想流体假定的局限性。
• 拉格朗日（grange,1736 －1813） 提出了新的流体动力学微分方程， 使流体动力学的解析方法有了进一 步发展。严格地论证了速度势的存 在，并提出了流函数的概念，为应 用复变函数去解析流体定常的和非 定常的平面无旋运动开辟了道路。
流体力学的西方史
• 阿基米德（Archimedes，公元前287－212） • 欧美诸国历史上有记载的最早从事流体力学
将用于研究固体平衡的凝结原理转用到流体上。 伽利略（Galileo,1564-1642）
在流体静力学中应用了虚位移原理，并首先提出，运动物 体的阻力随着流体介celli,1608-1647）
论证了孔口出流的基本规律。
西汉武帝时期，为引洛水灌溉农田，在黄土高原上修建了龙首渠，创 造性地采用了井渠法，即用竖井沟通长十余里的穿山隧洞，有效地防止 了黄土的塌方。
水利风力机械
在古代，以水为动力的简单机械也有了长足的发展，例如用水轮提水， 或通过简单的机械传动去碾米、磨面等。东汉杜诗任南阳太守时（公元 37年）曾创造水排（水力鼓风机），利用水力，通过传动机械，使皮制 鼓风囊连续开合，将空气送入冶金炉，较西欧约早了一千一百年。
流体力学在中国
• 真州船闸 • 北宋（960-1126）时期，在运河上修建的真州船闸与十
四世纪末荷兰的同类船闸相比，约早三百多年。
• 潘季顺 明朝的水利家潘季顺（1521-1595）提出了“筑堤防溢，
建坝减水，以堤束水，以水攻沙”和“借清刷黄”的治黄 原则，并著有《两河管见》、《两河经略》和《河防一 揽》。
• 达朗伯（J.le R.d‘Alembert,1717－1783） 1744年提出了达朗伯疑题（又称达朗伯佯谬），即在理想 流体中运动的物体既没有升力也没有阻力。从反面说明了 理想流体假定的局限性。
• 拉格朗日（grange,1736 －1813） 提出了新的流体动力学微分方程， 使流体动力学的解析方法有了进一 步发展。严格地论证了速度势的存 在，并提出了流函数的概念，为应 用复变函数去解析流体定常的和非 定常的平面无旋运动开辟了道路。
流体力学的西方史
• 阿基米德（Archimedes，公元前287－212） • 欧美诸国历史上有记载的最早从事流体力学
工程流体力学电子课件
教材及教学参考书
禹华谦主编，工程流体力学，第1版，高等教育出版社，2004 禹华谦主编，工程流体力学（水力学），第2版，西南交通大学 出版社，2007 黄儒钦主编，水力学教程，第3版，西南交通大学出版社，2006 刘鹤年主编，流体力学，第1版，中国建筑工业出版社，2001 李玉柱主编，流体力学，第1版，高等教育出版社，1998 禹华谦主编，水力学学习指导，西南交通大学出版社，1998 禹华谦编著，工程流体力学新型习题集，天津大学出版社，2006
汽车阻力来自前部还是后部？
汽车发明于19世纪末，当时人们认为汽车的阻力主要来自前部对 空气的撞击，因此早期的汽车后部是陡峭的，称为箱型车，阻力 系数CD很大，约为0.8。
汽车阻力来自前部还是后部？
实际上汽车阻力主要来自后部形成的尾流，称为形状阻力。
汽车阻力来自前部还是后部？
20世纪30年代起，人们开始运用流体力学原理改进汽车尾部形状， 出现甲壳虫型，阻力系数降至0.6。
汽车阻力来自前部还是后部？
20世纪50－60年代改进为船型，阻力系数为0.45。
汽车阻力来自前部还是后部？
80年代经过风洞实验系统研究后，又改进为鱼型，阻力系数为0.3。
以后进一步改进为楔型，阻力系数为0.2。
汽车阻力来自前部还是后部？
90年代后，科研人员研制开发的未来型汽车，阻力系数仅为0.137。
工程流体力学课件
西南交通大学国家工科力学基础课教学基地 工 程 流 体力 学 教 研 室
工程流体力学课件
☞你想知道高尔夫球飞得远应表面光滑还是粗
糙吗？ ☞你想知道汽车阻力来至前部还是尾部吗？ ☞你想知道机翼升力来至下部还是上部吗？ ☞你想知道……… ———请学习
工程流体力学-课件全集
19世纪末，边界层理论，紊流理论，可压缩流体力学。
四、流体力学的分支：
工程流体力学、稀薄气体力学、磁流体力学、非牛顿流体 力学、生物流体力学、物理-化学流体力学。
五、流体力学的任务 解决科学研究和工农业生产中遇到的有关流体流动的问
题。 涉及的技术部门：航空、水利、机械、动力、航海、冶
金、建筑、环境。 例如：动力工程中流体的能量转换 机械工程中润滑液压传动气力传输 船舶的行波阻力（水，风的阻力） 高温液态金属在炉内或铸模内的流动 市政工程中的通风通水 高层建筑受风的作用(风载计算) 铁路,公路隧道中心压力波的传播(空气阻力) 汽车的外形与阻力的关系(流线型) 燃烧中的空气动力学特征 血液在人体内的流动 污染物在大气中的扩散
表示单位质量流体占有的体积
流体的密度与温度和压强有关,温度或压强变化时都会引
起密度的变化。
.
dρ P dP T dT
四.等温压缩系数,体积压缩系数
密度的相对变化律.
d 1
1
P dP T dT KdP TdT
K-等温压缩系数:表示在温度不变的情况下,增加单位压强所引起的 密度变化率.也称 K ---体积压缩系数:表示压强增加时,体积相对 减小,密度增加.
一:流体力学的定义
研究流体在外力作用下平衡和运动规律的一门学科,是力学的一个分支.
二:
物体
固体 ： 在静止状态时能抵抗一定数量的拉力,压力和剪切力。
流体(包括液体和气体) ： 不能抵抗抗力和剪切力.流体在剪切力的 作用下将发生连续不断的变形运动,直至剪切力消失为止。
流体的这种性质称为易流动性。
三:流体力学的发展
1653年,帕斯卡原理:静止液体的压强可以均匀的传遍整个流场.
四、流体力学的分支：
工程流体力学、稀薄气体力学、磁流体力学、非牛顿流体 力学、生物流体力学、物理-化学流体力学。
五、流体力学的任务 解决科学研究和工农业生产中遇到的有关流体流动的问
题。 涉及的技术部门：航空、水利、机械、动力、航海、冶
金、建筑、环境。 例如：动力工程中流体的能量转换 机械工程中润滑液压传动气力传输 船舶的行波阻力（水，风的阻力） 高温液态金属在炉内或铸模内的流动 市政工程中的通风通水 高层建筑受风的作用(风载计算) 铁路,公路隧道中心压力波的传播(空气阻力) 汽车的外形与阻力的关系(流线型) 燃烧中的空气动力学特征 血液在人体内的流动 污染物在大气中的扩散
表示单位质量流体占有的体积
流体的密度与温度和压强有关,温度或压强变化时都会引
起密度的变化。
.
dρ P dP T dT
四.等温压缩系数,体积压缩系数
密度的相对变化律.
d 1
1
P dP T dT KdP TdT
K-等温压缩系数:表示在温度不变的情况下,增加单位压强所引起的 密度变化率.也称 K ---体积压缩系数:表示压强增加时,体积相对 减小,密度增加.
一:流体力学的定义
研究流体在外力作用下平衡和运动规律的一门学科,是力学的一个分支.
二:
物体
固体 ： 在静止状态时能抵抗一定数量的拉力,压力和剪切力。
流体(包括液体和气体) ： 不能抵抗抗力和剪切力.流体在剪切力的 作用下将发生连续不断的变形运动,直至剪切力消失为止。
流体的这种性质称为易流动性。
三:流体力学的发展
1653年,帕斯卡原理:静止液体的压强可以均匀的传遍整个流场.
大学课程《工程流体力学》PPT课件：第三章
§3.1 研究流体运动的方法
➢ 欧拉法时间导数的一般表达式
d (v ) dt t
d ：称为全导数，或随体导数。
dt
：称为当地导数。
t
v
：称为迁移导数。
例如，密度的导数可表示为： d (v )
dt t
§3.1 研究流体运动的方法
3.1.2 拉格朗日法
拉格朗日法的着眼点：特定的流体质点。
lim t0
(
dV
III
)
t
t
t
CS2 vndA
单位时间内流入控制体的物理量：
z
Ⅲ
Ⅱ’
Ⅰ
y
lim
t 0
(IdV )t t t CS1vndA
x
§3.3 雷诺输运方程
➢ 雷诺输运方程
dN dt
t
CV dV
CSvndA
雷诺输运方程说明，系统物理量 N 的时间变化率，等于控 制体该种物理量的时间变化率加上单位时间内经过控制面 的净通量。
d dt
V
dV
t
CV
dV
CS
vndA
0
因此，连续性方程的一般表达形式为：
t
CV
dV
CS
vndA
0
连续性方程是质量守恒定律在流体力学中的表现形式。
对定常流动，连续性方程简化为：
CS vndA 0
§3.4 连续性方程
对一维管流，取有效截面 A1 和 A2，及
v2
管壁 A3 组成的封闭空间为控制体：
ay
dv y dt
v y t
vx
v y x
vy
v y y
vz
v y z
az
工程流体力学电子
Y方向：Z方向：据质量守恒定律：单位时间内流进、流出控制体的流体质量差等于控制体内流体面密度发生变化所引起的质量增量。即：
第18页/共61页
§3.3 流体运动的连续性方程
将 代入上式，化简得： 或 上式即为流体运动的连续性微分方程的一般形式。
第3章 流体动力学理论基础
运动流体
第1页/共61页
第3章 流体动力学理论基础
第2页/共61页
第3章 流体动力学理论基础
第3页/共61页
第3章 流体动力学理论基础
★研究思路：理想流体（μ=0）→实际流体（μ≠0）★研究内容：p=p(x,y,z,t),u=u(x,y,z,t)★基本理论：质量守恒定律、牛顿第二定律★重点掌握：恒定总流的三大基本方程
例题7
第42页/共61页
伯努利简介
丹·伯努利（Daniel Bernoull，1700—1782）：瑞士科学家，曾在俄国彼得堡科学院任教，他在流体力学、气体动力学、微分方程和概率论等方面都有重大贡献，是理论流体力学的创始人。 伯努利以《流体动力学》（1738）一书著称于世，书中提出流体力学的一个定理，反映了理想流体（不可压缩、不计粘性的流体）中能量守恒定律。这个定理和相应的公式称为伯努利定理和伯努利公式。 他的固体力学论著也很多。他对好友 欧拉提出建议，使欧拉解出弹性压杆失稳后的形状，即获得弹性曲线的精确结果。1733—1734年他和欧拉在研究上端悬挂重链的振动问题中用了贝塞尔函数，并在由若干个重质点串联成离散模型的相应振动问题中引用了拉格尔多项式。他在1735年得出悬臂梁振动方程；1742年提出弹性振动中的叠加原理，并用具体的振动试验进行验证；他还考虑过不对称浮体在液面上的晃动方程等。
第34页/共61页
§3.5 能量（伯努利）方程
第18页/共61页
§3.3 流体运动的连续性方程
将 代入上式，化简得： 或 上式即为流体运动的连续性微分方程的一般形式。
第3章 流体动力学理论基础
运动流体
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第3章 流体动力学理论基础
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第3章 流体动力学理论基础
第3页/共61页
第3章 流体动力学理论基础
★研究思路：理想流体（μ=0）→实际流体（μ≠0）★研究内容：p=p(x,y,z,t),u=u(x,y,z,t)★基本理论：质量守恒定律、牛顿第二定律★重点掌握：恒定总流的三大基本方程
例题7
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伯努利简介
丹·伯努利（Daniel Bernoull，1700—1782）：瑞士科学家，曾在俄国彼得堡科学院任教，他在流体力学、气体动力学、微分方程和概率论等方面都有重大贡献，是理论流体力学的创始人。 伯努利以《流体动力学》（1738）一书著称于世，书中提出流体力学的一个定理，反映了理想流体（不可压缩、不计粘性的流体）中能量守恒定律。这个定理和相应的公式称为伯努利定理和伯努利公式。 他的固体力学论著也很多。他对好友 欧拉提出建议，使欧拉解出弹性压杆失稳后的形状，即获得弹性曲线的精确结果。1733—1734年他和欧拉在研究上端悬挂重链的振动问题中用了贝塞尔函数，并在由若干个重质点串联成离散模型的相应振动问题中引用了拉格尔多项式。他在1735年得出悬臂梁振动方程；1742年提出弹性振动中的叠加原理，并用具体的振动试验进行验证；他还考虑过不对称浮体在液面上的晃动方程等。
第34页/共61页
§3.5 能量（伯努利）方程
工程流体力学-电子教案第一至三章
•
适用范围
• 本书为高等学校自动化专业以及相近专业的工程流 体力学课程的教材，也可做为热能与动力工程，建 筑环境与设备工程，土木工程，环境工程，轻化工 程等专业的少学时工程流体力学课程教材．同时可 作为高等函授热能与动力类专业的教材及工厂和设 计部门中有关工程技术人员的参考书．
前言
• 工程流体力学是一门重要的专业基础课程，该课程 的目的是为了学习专业课以及从事技术工作提供必 要的基础理论和实践技能．
• 本教材由东北电力学院博士生导师周云龙教授和洪 文鹏副教授合编．导论，第一、四、六章和第七章 中的第一、二、三节以及流体力学词汇英汉对照由 周云龙编写．
前言
• 第二、三、五章和第七章中的第四、五节由洪文鹏 编写．全书最后由周云龙教授统稿．华北电力大学 博士生导师王松岭教授任主审．王松 岭教授对书 稿逐字逐句进行了认真的审阅，提出了许多宝贵的 意见和建议，使本教材的质量得以提高，在此表示 衷心感谢！
• 东北电力学院流体力学教研室的张玲、李岩、孙斌 也审阅了书稿，提出了修改意见，在此一并表示感 谢！
2020/4/9
6
目 录
2020/4/9
第一章 导 论 第二章 流体静力学 第三章 流体动力学基础
第四章 不可压缩流体的有旋流动和二维无旋流动
第五章 不可压缩流体二维边界层概述 第六章 黏性流体的一维定常流动 第七章 气体一维高速流动
2020/4/9
20
微小变形以抗拒外力，一直达到平衡为止。只要作用力保 持不变，固体的变形就不再变化。
流体和固体具有上述不同性质是由于分子间的作用力不 同造成的。在相同体积的固体和流体中，流体所含的分子 数目比固体少得多，分子间的空隙就大得多，因此流体分 子间的作用力小，分子运动强烈，从而决定了流体具有流 动性和不能保持一定形状的特性。 流体中所包括的液体和 气体除具有上述共同特性外，还具有如下的不同特性：液 体的分子距和分子的有效直径差不多是相等的，当对液体 加压时，只要分子距稍有缩小，分子间的斥力就会增大以 抵抗外压力。所以，液体的分子距很难缩小，即液体很不 易被压缩，以致一定重量的液体具有一定的体积，液体的 形状取决于容器的形状，并且由于分子间吸引力的
适用范围
• 本书为高等学校自动化专业以及相近专业的工程流 体力学课程的教材，也可做为热能与动力工程，建 筑环境与设备工程，土木工程，环境工程，轻化工 程等专业的少学时工程流体力学课程教材．同时可 作为高等函授热能与动力类专业的教材及工厂和设 计部门中有关工程技术人员的参考书．
前言
• 工程流体力学是一门重要的专业基础课程，该课程 的目的是为了学习专业课以及从事技术工作提供必 要的基础理论和实践技能．
• 本教材由东北电力学院博士生导师周云龙教授和洪 文鹏副教授合编．导论，第一、四、六章和第七章 中的第一、二、三节以及流体力学词汇英汉对照由 周云龙编写．
前言
• 第二、三、五章和第七章中的第四、五节由洪文鹏 编写．全书最后由周云龙教授统稿．华北电力大学 博士生导师王松岭教授任主审．王松 岭教授对书 稿逐字逐句进行了认真的审阅，提出了许多宝贵的 意见和建议，使本教材的质量得以提高，在此表示 衷心感谢！
• 东北电力学院流体力学教研室的张玲、李岩、孙斌 也审阅了书稿，提出了修改意见，在此一并表示感 谢！
2020/4/9
6
目 录
2020/4/9
第一章 导 论 第二章 流体静力学 第三章 流体动力学基础
第四章 不可压缩流体的有旋流动和二维无旋流动
第五章 不可压缩流体二维边界层概述 第六章 黏性流体的一维定常流动 第七章 气体一维高速流动
2020/4/9
20
微小变形以抗拒外力，一直达到平衡为止。只要作用力保 持不变，固体的变形就不再变化。
流体和固体具有上述不同性质是由于分子间的作用力不 同造成的。在相同体积的固体和流体中，流体所含的分子 数目比固体少得多，分子间的空隙就大得多，因此流体分 子间的作用力小，分子运动强烈，从而决定了流体具有流 动性和不能保持一定形状的特性。 流体中所包括的液体和 气体除具有上述共同特性外，还具有如下的不同特性：液 体的分子距和分子的有效直径差不多是相等的，当对液体 加压时，只要分子距稍有缩小，分子间的斥力就会增大以 抵抗外压力。所以，液体的分子距很难缩小，即液体很不 易被压缩，以致一定重量的液体具有一定的体积，液体的 形状取决于容器的形状，并且由于分子间吸引力的
工程流体力学教学课件
工程流体力学
第6章 水波理论
§ 6-1 二维波动的数学表达 § 6-2 波浪运动的基本方程与边界条件 § 6-3 深水微幅简谐波 § 6-4 有限深度微幅波动 § 6-5 界面波 § 6-6 波群和波群速 § 6-7 波浪的能量和波阻 返回
工程流体力学
第7章 黏性流体动力学
§ 7-1 黏性流体的运动微分方程式 § 7-2 量纲分析 § 7-3 相似理论 § 7-4 模型实验基础 返回
工程流体力学
精品课件！
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第10章 一维气体动力学基础
§ 10-1 声速和马赫数 § 10-2 气体一维恒定流动的基本方程 § 10-3 喷管的等熵出流 § 10-4 可压缩气体管道流动 返回
工程流体力学
工程流体力学
第4章 理想流体动力学
§ 4-1 欧拉运动微分方程式 § 4-2 伯努利方程 § 4-3 伯努利方程的实际应用 § 4-4 恒定流动的动量定理和动量矩定理 返回
工程流体力学
第5章 平面势 § 5-3 求解平面势流复势的方法 § 5-4 作用在物体上的力和力矩 返回
工程流体力学
第1章 绪论 第2章 流体静力学 第3章 流体运动学 第4章 理想流体动力学 第5章 平面势流理论 第6章 水波理论 第7章 黏性流体动力学 第8章 圆管中的流动 第9章 边界层理论 第10章 一维气体动力学基础
第1章 绪论
§ 1-1 流体力学的任务与研究对象 § 1-2 作用在流体上的力 § 1-3 流体的主要力学性质 返回
工程流体力学
第8章 圆管中的流动
§ 8-1 雷诺实验、层流和紊流 § 8-2 圆管层流运动 § 8-3 圆管湍流运动 § 8-4 湍流的沿程水头损失 § 8-5 管道流动的局部水头损失 返回
第6章 水波理论
§ 6-1 二维波动的数学表达 § 6-2 波浪运动的基本方程与边界条件 § 6-3 深水微幅简谐波 § 6-4 有限深度微幅波动 § 6-5 界面波 § 6-6 波群和波群速 § 6-7 波浪的能量和波阻 返回
工程流体力学
第7章 黏性流体动力学
§ 7-1 黏性流体的运动微分方程式 § 7-2 量纲分析 § 7-3 相似理论 § 7-4 模型实验基础 返回
工程流体力学
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第10章 一维气体动力学基础
§ 10-1 声速和马赫数 § 10-2 气体一维恒定流动的基本方程 § 10-3 喷管的等熵出流 § 10-4 可压缩气体管道流动 返回
工程流体力学
工程流体力学
第4章 理想流体动力学
§ 4-1 欧拉运动微分方程式 § 4-2 伯努利方程 § 4-3 伯努利方程的实际应用 § 4-4 恒定流动的动量定理和动量矩定理 返回
工程流体力学
第5章 平面势 § 5-3 求解平面势流复势的方法 § 5-4 作用在物体上的力和力矩 返回
工程流体力学
第1章 绪论 第2章 流体静力学 第3章 流体运动学 第4章 理想流体动力学 第5章 平面势流理论 第6章 水波理论 第7章 黏性流体动力学 第8章 圆管中的流动 第9章 边界层理论 第10章 一维气体动力学基础
第1章 绪论
§ 1-1 流体力学的任务与研究对象 § 1-2 作用在流体上的力 § 1-3 流体的主要力学性质 返回
工程流体力学
第8章 圆管中的流动
§ 8-1 雷诺实验、层流和紊流 § 8-2 圆管层流运动 § 8-3 圆管湍流运动 § 8-4 湍流的沿程水头损失 § 8-5 管道流动的局部水头损失 返回
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返回首页 7
第一章 导论
§1–1 流体力学的任务及发展状况
§1–2 流体的特征和连续介质假设
4 作用在流体上的
8
第一节 流体力学的任务及发展概况
流体力学是一门基础性很强和应用性很广的学科，是力 学的一个重要分支。它的研究对象随着生产的需要与科学 的发展在不断地更新、深化和扩大。60年代以前，它主要 围绕航空、航天、大气、海洋、航运、水利和各种管路系 统等方面，研究流体运动中的动量传递问题，即局限于研 究流体的运动规律，和它与固体、液体或大气界面之间的 相互作用力问题。60年代以后，能源、环境保护、化工和 石油等领域中的流体力学问题逐渐受到重视，这类问题的 特征是：尺寸小、速度低，并在流体运动过程中存在传热、 传质现象。这样，流体力学除了研究流体的运动规律以外， 还要研究它的传热、传质规律。同样，在固体、液
ＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧ ＦＬＵＩＤ ＭＥＣＨＡＮＩＣＳ ＳＥＣＯＮＤ ＥＤＩＴＩＯＮ
工程流体力学
（第一至三章）
周云龙 洪文鹏 合编
开始
内容简介
• 全书共分七章，内容包括导论、流体静力学、流体 动力学基础、不可压缩流体的有旋流动和二维无旋 流动、不可压缩流体二维边界层概述、黏性流体的 一维定常流动和气体一维高速流动．各章均附有一 定数量的例题、复习思考题、习题和英文习题．附 录中列出了流体力学词汇（部分）英汉对照．
• 东北电力学院流体力学教研室的张玲、李岩、孙斌 也审阅了书稿，提出了修改意见，在此一并表示感 谢！
2021/3/11
6
目 录
2021/3/11
第一章 导 论 第二章 流体静力学 第三章 流体动力学基础
第四章 不可压缩流体的有旋流动和二维无旋流动
第五章 不可压缩流体二维边界层概述 第六章 黏性流体的一维定常流动 第七章 气体一维高速流动
•
适用范围
• 本书为高等学校自动化专业以及相近专业的工程流 体力学课程的教材，也可做为热能与动力工程，建 筑环境与设备工程，土木工程，环境工程，轻化工 程等专业的少学时工程流体力学课程教材．同时可 作为高等函授热能与动力类专业的教材及工厂和设 计部门中有关工程技术人员的参考书．
前言
• 工程流体力学是一门重要的专业基础课程，该课程 的目的是为了学习专业课以及从事技术工作提供必 要的基础理论和实践技能．
2021/3/11
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间，何梦瑶在《算迪》一书中提出了流量为过水断面上平 均流速乘以过水断面面积的计算方法。我国在防止水患、 兴修水利方面也有着悠久的历史。相传4000多年前的大禹 治水，就表明我国古代进行过大规模的防洪工作。在公元 前256年至前210年间修建的都江堰、郑国渠和灵渠三大水 利工程，两千多年来效益卓著。以上都说明了我国劳动人 民的聪明智慧，当时对流体流动规律的认识已达到相当高 的水平。14世纪以前，我国的科学技术在世界上是处于领 先地位的。但是，近几百年来由于闭关锁国使我国的科学 得不到应有的发展，以致在流体力学方面由古代的领先
2021/3/11
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在流体动力学部分主要研究流体的质量守恒、动量守恒和 能量守恒及转换等基本规律。
流体力学在工程技术中有着广泛的应用。在能源、化工、 环保、机械、建筑（给排水、暖通）等工程技术领域的设 计、施工和运行等方面都涉及到流体力学问题。不同
工程技术领域的流体力学问题有各自不同的特点，概括起 来主要有三种不同流动形式：一是有压管流，如流体在管 道中的流动；二是绕流，如流体在流体机械中绕过翼型的 流动；三是射流，如流体从孔口或管嘴喷出的流动。流体 力学就是要具体地研究流体流动形式中的速度分布、压力 分布、能量损失，以及流体同固体之间的相互作用，同时 也要研究流体平衡的条件。
前，古代劳动人民就利用孔口出流的原理发明了刻漏、
铜壶滴漏（西汉时期的计时工具）。同时又发明了水磨、 水碾等。在唐代以前，我国就出现了水轮翻车，宋元时代 出现的水轮大纺车比英国早四五百年(英国在1796年发明)。 北宋时期，在运河上修建的真州复闸，与14世纪末在荷兰 出现的同类船闸相比约早300多年。清朝雍正年
2021/3/11
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液体或气体界面处，不仅研究相互之间的作用力，而且还 需要研究它们之间的传热、传质规律。
工程流体力学是研究流体（液体、气体）处于平衡状态 和流动状态时的运动规律及其在工程技术领域中的应用。
流体力学的基础理论由三部分组成。一是流体处于平衡 状态时，各种作用在流体上的力之间关系的理论，称为流 体静力学；二是流体处于流动状态时，作用在流体上的力 和流动之间关系的理论，称为流体动力学；三是气体处于 高速流动状态时，气体的运动规律的理论，称为气体动力 学。工程流体力学的研究范畴是将流体流动作为宏观机械 运动进行研究，而不是研究流体的微观分子运动，因而
2021/3/11
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流体力学作为一门独立的学科，同其他自然科学一样是 人类为了满足自身生活和生产的需要，在认识与改造自然 的斗争中，随着实践经验的不断积累，技术与知识水平的 不断提高才形成和发展起来的，有着漫长的发展历程。其 发展既依赖于科学实验和生产实践，又受到许多社会因素 的影响。我国是世界上三大文明古国之一，有着悠久的历 史和灿烂的文化，由于生产发展的需要，远在两三千年以
• 本教材由东北电力学院博士生导师周云龙教授和洪 文鹏副教授合编．导论，第一、四、六章和第七章 中的第一、二、三节以及流体力学词汇英汉对照由 周云龙编写．
前言
• 第二、三、五章和第七章中的第四、五节由洪文鹏 编写．全书最后由周云龙教授统稿．华北电力大学 博士生导师王松岭教授任主审．王松 岭教授对书 稿逐字逐句进行了认真的审阅，提出了许多宝贵的 意见和建议，使本教材的质量得以提高，在此表示 衷心感谢！
地位而落在后面。
有明确记载的最早的流体力学原理是在公元前250年， 希腊数学家及力学家阿基米德（Archimedes）发表
2021/3/11
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了一篇“论浮体”的论文，提出了浮体定律，这是流体力 学的第一部著作。由于奴隶制、神权和宗教观念的束缚， 直到15世纪文艺复兴时期，尚未形成系统的理论。16世纪 以后，在欧洲由于封建制度的崩溃，资本主义开始萌芽， 生产力有了发展。在城市建设、航海和机械工业发展需要 的推动下，逐步形成近代的自然科学，流体力学也随之得 到发展。意大利的达·芬奇(Vinci，L. da)是文艺复兴时期出 类拔萃的美术家、科学家兼工程师，他倡导用实验方法了 解水流性态，并通过实验描绘和讨论了许多水力现象，如 自由射流、旋涡形成原理等等。1612年伽利略（Galilei） 提出了潜体的沉浮原理；1643年托里拆利(Torricelli，E．) 给出了孔口泄流的公式；1650年帕斯卡(Pascal，B．)提
第一章 导论
§1–1 流体力学的任务及发展状况
§1–2 流体的特征和连续介质假设
4 作用在流体上的
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第一节 流体力学的任务及发展概况
流体力学是一门基础性很强和应用性很广的学科，是力 学的一个重要分支。它的研究对象随着生产的需要与科学 的发展在不断地更新、深化和扩大。60年代以前，它主要 围绕航空、航天、大气、海洋、航运、水利和各种管路系 统等方面，研究流体运动中的动量传递问题，即局限于研 究流体的运动规律，和它与固体、液体或大气界面之间的 相互作用力问题。60年代以后，能源、环境保护、化工和 石油等领域中的流体力学问题逐渐受到重视，这类问题的 特征是：尺寸小、速度低，并在流体运动过程中存在传热、 传质现象。这样，流体力学除了研究流体的运动规律以外， 还要研究它的传热、传质规律。同样，在固体、液
ＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧ ＦＬＵＩＤ ＭＥＣＨＡＮＩＣＳ ＳＥＣＯＮＤ ＥＤＩＴＩＯＮ
工程流体力学
（第一至三章）
周云龙 洪文鹏 合编
开始
内容简介
• 全书共分七章，内容包括导论、流体静力学、流体 动力学基础、不可压缩流体的有旋流动和二维无旋 流动、不可压缩流体二维边界层概述、黏性流体的 一维定常流动和气体一维高速流动．各章均附有一 定数量的例题、复习思考题、习题和英文习题．附 录中列出了流体力学词汇（部分）英汉对照．
• 东北电力学院流体力学教研室的张玲、李岩、孙斌 也审阅了书稿，提出了修改意见，在此一并表示感 谢！
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目 录
2021/3/11
第一章 导 论 第二章 流体静力学 第三章 流体动力学基础
第四章 不可压缩流体的有旋流动和二维无旋流动
第五章 不可压缩流体二维边界层概述 第六章 黏性流体的一维定常流动 第七章 气体一维高速流动
•
适用范围
• 本书为高等学校自动化专业以及相近专业的工程流 体力学课程的教材，也可做为热能与动力工程，建 筑环境与设备工程，土木工程，环境工程，轻化工 程等专业的少学时工程流体力学课程教材．同时可 作为高等函授热能与动力类专业的教材及工厂和设 计部门中有关工程技术人员的参考书．
前言
• 工程流体力学是一门重要的专业基础课程，该课程 的目的是为了学习专业课以及从事技术工作提供必 要的基础理论和实践技能．
2021/3/11
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间，何梦瑶在《算迪》一书中提出了流量为过水断面上平 均流速乘以过水断面面积的计算方法。我国在防止水患、 兴修水利方面也有着悠久的历史。相传4000多年前的大禹 治水，就表明我国古代进行过大规模的防洪工作。在公元 前256年至前210年间修建的都江堰、郑国渠和灵渠三大水 利工程，两千多年来效益卓著。以上都说明了我国劳动人 民的聪明智慧，当时对流体流动规律的认识已达到相当高 的水平。14世纪以前，我国的科学技术在世界上是处于领 先地位的。但是，近几百年来由于闭关锁国使我国的科学 得不到应有的发展，以致在流体力学方面由古代的领先
2021/3/11
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在流体动力学部分主要研究流体的质量守恒、动量守恒和 能量守恒及转换等基本规律。
流体力学在工程技术中有着广泛的应用。在能源、化工、 环保、机械、建筑（给排水、暖通）等工程技术领域的设 计、施工和运行等方面都涉及到流体力学问题。不同
工程技术领域的流体力学问题有各自不同的特点，概括起 来主要有三种不同流动形式：一是有压管流，如流体在管 道中的流动；二是绕流，如流体在流体机械中绕过翼型的 流动；三是射流，如流体从孔口或管嘴喷出的流动。流体 力学就是要具体地研究流体流动形式中的速度分布、压力 分布、能量损失，以及流体同固体之间的相互作用，同时 也要研究流体平衡的条件。
前，古代劳动人民就利用孔口出流的原理发明了刻漏、
铜壶滴漏（西汉时期的计时工具）。同时又发明了水磨、 水碾等。在唐代以前，我国就出现了水轮翻车，宋元时代 出现的水轮大纺车比英国早四五百年(英国在1796年发明)。 北宋时期，在运河上修建的真州复闸，与14世纪末在荷兰 出现的同类船闸相比约早300多年。清朝雍正年
2021/3/11
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液体或气体界面处，不仅研究相互之间的作用力，而且还 需要研究它们之间的传热、传质规律。
工程流体力学是研究流体（液体、气体）处于平衡状态 和流动状态时的运动规律及其在工程技术领域中的应用。
流体力学的基础理论由三部分组成。一是流体处于平衡 状态时，各种作用在流体上的力之间关系的理论，称为流 体静力学；二是流体处于流动状态时，作用在流体上的力 和流动之间关系的理论，称为流体动力学；三是气体处于 高速流动状态时，气体的运动规律的理论，称为气体动力 学。工程流体力学的研究范畴是将流体流动作为宏观机械 运动进行研究，而不是研究流体的微观分子运动，因而
2021/3/11
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流体力学作为一门独立的学科，同其他自然科学一样是 人类为了满足自身生活和生产的需要，在认识与改造自然 的斗争中，随着实践经验的不断积累，技术与知识水平的 不断提高才形成和发展起来的，有着漫长的发展历程。其 发展既依赖于科学实验和生产实践，又受到许多社会因素 的影响。我国是世界上三大文明古国之一，有着悠久的历 史和灿烂的文化，由于生产发展的需要，远在两三千年以
• 本教材由东北电力学院博士生导师周云龙教授和洪 文鹏副教授合编．导论，第一、四、六章和第七章 中的第一、二、三节以及流体力学词汇英汉对照由 周云龙编写．
前言
• 第二、三、五章和第七章中的第四、五节由洪文鹏 编写．全书最后由周云龙教授统稿．华北电力大学 博士生导师王松岭教授任主审．王松 岭教授对书 稿逐字逐句进行了认真的审阅，提出了许多宝贵的 意见和建议，使本教材的质量得以提高，在此表示 衷心感谢！
地位而落在后面。
有明确记载的最早的流体力学原理是在公元前250年， 希腊数学家及力学家阿基米德（Archimedes）发表
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了一篇“论浮体”的论文，提出了浮体定律，这是流体力 学的第一部著作。由于奴隶制、神权和宗教观念的束缚， 直到15世纪文艺复兴时期，尚未形成系统的理论。16世纪 以后，在欧洲由于封建制度的崩溃，资本主义开始萌芽， 生产力有了发展。在城市建设、航海和机械工业发展需要 的推动下，逐步形成近代的自然科学，流体力学也随之得 到发展。意大利的达·芬奇(Vinci，L. da)是文艺复兴时期出 类拔萃的美术家、科学家兼工程师，他倡导用实验方法了 解水流性态，并通过实验描绘和讨论了许多水力现象，如 自由射流、旋涡形成原理等等。1612年伽利略（Galilei） 提出了潜体的沉浮原理；1643年托里拆利(Torricelli，E．) 给出了孔口泄流的公式；1650年帕斯卡(Pascal，B．)提