工程流体力学孔珑第四版ppt课件
工程流体力学第四版
2 — 1 已知某种物质的密度32.94/g cm ρ=，试求它的相对密度d 。
2—2已知某厂1号炉水平烟道中烟气组成的百分数为213.5%co α=,20.3%so α= ,20.3%o α=,20.3%N α=20.3%H O α=，试求烟气的密度。
[31.341/kg cm ]2—4 当压强增量为5000Pa 时，某种液体的密度增长0.002%。
试求该液体的体积模量。
[52.510Pa ⨯] 2—6 充满石油的油槽内的压强为54.910Pa ⨯，今由槽中排出石油40Kg ，使槽内压强降到49.806710Pa ⨯，设石油的体积模量K=91.3210Pa ⨯。
试求油槽的体积。
2—9 动力黏度为42.910Pa S -⨯∙、密度为678Kg/3m 的油，其运动黏度等于多少？[724.2810/m s -⨯] 2—12 一平板距离另一固定平板0.5mm ，两板间充满流体，上板在每平方米有2N 的力作用下以0.25m/s 的速度移动，求该流体的黏度。
[0.004Pa S ∙] 2—13 已知动力滑动轴承的轴直径d=0.2m ，转速n=2830r/min ，轴承内径D=0.2016m ，宽度l=0.3m ，润滑油的动力黏度0.245Pa S μ=∙，试求克服摩擦阻力所消耗的功率。
[50.7W]3—1 如图所示，烟囱高H=20m ，烟气温度s t =300℃，压强s p ，试确定引起火炉中烟气自动流通的压强差。
烟气的密度可按下式计算：s p =（1.25-0.0027s t 3/kg cm ，空气的密度s p =1.293/kg cm 。
[1.667Pa]3—6 如图所示，两根盛有水银的U 形测压管与盛有水的密封容器连接。
若上面测压管的水银页面距自由液面的深度1h =60cm ，水银柱高2h =25cm ，下面测压管的水银柱高3h =30cm ，Hg =136003/kg cm ，试求下面测压管水银面距自由液面的深度4h 。
流体力学课件PPT孔珑主编
虽然生活在流体环境中，人们对一些 流体运动却缺乏认识，比如：
1. 高尔夫球 ：表面光滑还是粗糙？ 2. 汽车阻力： 来自前部还是后部？ 3. 机翼升力 ：来自下部还是上部？
高尔夫球运动起源于15世纪的苏格兰。
最早的高尔夫球（皮革已龟裂） 起初，人们认为表面光滑的球飞行阻力小，因此当时 用皮革制球。
大型水利枢纽工程，超高层建筑，大跨度 桥梁等的设计和建造离不开水力学和风工 程。
杨浦大桥
总之，没有流体力学的发展， 现代工业和高新技术的发展是不可 能的。
流体力学在推动社会发展方面做 出过很大贡献，今后仍将在科学与 技术各个领域发挥更大的作用。
第一章 绪论 一、流体力学研究的内容
流体力学是力学的一个独立分支，是一 门研究流体的平衡和流体机械运动规律及 其实际应用的技术科学。
观看录像
流体力学也是众多应用科学和工程技术的基础。由于 空气动力学的发展，人类研制出3倍声速的战斗机。
F-15
使重量超过3百吨，面积达半个足球场的大型民航客机， 靠空气的支托象鸟一样飞行成为可能，创造了人类技 术史上的奇迹。
利用超高速气体动力学，物理化学流体力学和稀薄气体力 学的研究成果，人类制造出航天飞机，建立太空站，实现 了人类登月的梦想。
90年代以后，科研人员研制开发了气动性能更优 良的未来型汽车，阻力系数仅为0.137。
90年代以后，科研人员研制开发了气动性能更优良 的未来型汽车，阻力系数仅为0.137。
目前在汽车外形设计中，流体力学性能研究已 占主导地位，合理的外形使汽车具有更好的动 力学性能和更低的耗油率。
机翼升力 人们的直观印象是空气从下面冲击着 鸟的翅膀，把鸟托在空中。
3 . 从19世纪末起，人们将理论分析方法和实验分析方法 相结合，以解决实际问题，同时古典流体力学和实验流体 力学的内容也不断更新变化，如提出了相似理论和量纲分 析，边界层理论和紊流理论等，在此基础上，最终形成了 理论与实践并重的研究实际流体模型的现代流体力学。在 20世纪60年代以后，由于计算机的发展与普及，流体力 学的应用更是日益广泛。
工程流体力学(04)
流体力学基础
第1章 导论 第2章 流体静力学 第3章 理想流体动力学基本方程
第二篇 一元流动
第4章 第5章 不可压缩流体的一元流动 可压缩流体的一元流动
第4章
不可压缩流体的一元流动
4-1 粘性流动的伯努利方程 4-2 流体的两种流态 4-3 圆管中的层流 4-4 明渠中的层流 4-5 层流向紊流的过渡 4-6 紊流的速度分布 4-7 圆管紊流的沿程损失系数λ 4-8 沿程损失系数的实验研究 4-9 局部水头损失 4-10 工程应用举例 4-11 管流中的水击
V2 hj 2g
总水头损失等于沿程水头损失与局部水头损失之和
§4-2
流体运动的两种流态
由沿程水头损失源于流体的粘性切应力。粘性 的存在和影响，使流动呈现出两种不同的流态，沿 程水头损失hf也与流态有关。 19世纪初，许多研究者发现圆管流动中的水头损 失与速度大小有一定的关系。当速度比较小的时候， 水头损失与速度一次方成正比，而速度比较大时， 水头损失与速度的二次方或者接近二次方成正比。 为了揭示问题的实质，1883年英国科学家雷诺 (0．Reynolds)用实验表明，水头损失与速度的关系 之所以不同，是因为流动存在两种不同的流态。
p1 p2 r L 2
L
在管壁上，r＝d／2，切应力最大
p d 0 L 4
由伯努利方程
p1 p2
p1 V z1 g 2 g p2 V z2 hf g 2 g
2 2
2 1
L
p1 p2 p hf g g
p d 0 L 4
1 u 2 ( ) dA 1.33 A A V
p r V L 8
2 0
结合达西公式
工程流体力学PPT课件
v x x y v v 0 y y x
v x v y
二.点源和点汇
点源：流体从某点向四周呈直线均匀径向流出的流动，这 个点称为源点。 点汇：流体从四周往某点呈直线均匀径向流入的流动，这 个点称为汇点。 设源点或汇点位于坐标原点， 从源点流出或向汇点流入的 流体速度只有径向速度 v ，而无切向速度 v ，通过半径为 r 的单位长度圆柱面流出或流入的流量为 2rrv r 1 q
§6-1 拉格朗日方程
一.拉格朗日方程的推导
dv f m p dt v 2 v f m p 2v 2 t 1 1
假设条件:无旋;定常;质量力只有重力
v2 2 1 p g 0 z z v2 1 dp gdz 0 2 v2 p z C 2g g
工程流体力学
第六章 有势流动
§6-1 §6-2 §6-3 §6-4 §6-5 拉格朗日方程 势流叠加原理 几种简单的平面势流 均匀流绕圆柱体的无环流流动 均匀流绕圆柱体的有环流流动和库塔— 儒可夫斯基定理
复习内容
1.矢量场有势的概念?
2.矢量场有势的条件?
3.速度场有势(有势流动,无旋流动)的条件;势函 数与速度之间的关系;速度势的特点?
vr 0 v 2 r
2 ln r 2
cos r2 sin r2
M cos M x 2 r 2 x 2 y 2 M sin M y 2 r 2 x 2 y 2
四.环流与点涡
(1)环流定义：无限长的直线涡束所形成的平面流动, 除涡束内的流体像刚体一样以等角速度绕自身轴旋转 外,涡束周围的流体将绕涡束轴作等角速度的圆周运 动,但并不绕自身轴转动,因此涡束周围的流动是有势 流动,又称为环流。 (2)点涡定义：无限长的涡束当其半径 r 0 时,便成 一条涡线,垂直于无限长涡线各平面中的流动，称为 点涡或自由涡。
工程流体力学_第四版_孔珑_作业问题详细讲解_详细讲解
第二章2-1.已知某种物质的密度ρ=2.94g/cm3，试求它的相对密度d。
解：d=ρ/ρw=2.94（g/cm3）/1（g/cm3）=2.942-2.已知某厂1号炉水平烟道中烟气组分的百分数为α（co2）=13.5%，a(SO2)=0.3%，a(O2)=5.2%，a(N2)=76%，a(H2O)=5%。
试求烟气的密度。
2-3.上题中烟气的实测温度t=170℃，实测静计压强Pe=1432Pa，当地大气压强Pa=10058Pa。
试求工作状态下烟气的密度和运动粘度。
2-4.当压强增量为50000Pa时，某种液体的密度增长0.02%，试求该液体的体积模量。
2-5.绝对压强为3.923×10^5Pa的空气的等温体积模量和等熵体积模量各等于多少？2-6. 充满石油的油槽的压强为4.9033×10^5Pa,今由槽中排出石油40kg，使槽压强降到9.8067×10^4Pa，设石油的体积模量K＝1.32×10^9 Pa。
试求油槽的体积。
2-7. 流量为50m3/h，温度为70℃的水流入热水锅炉，经加热后水温升到90℃，而水的体胀系数αV=0.000641/℃，问从锅炉中每小时流出多少立方米的水？2-8. 压缩机压缩空气，绝对压强从9.8067×104Pa升高到5.8840×105Pa，温度从20℃升高到78℃，问空气体积减少了多少？2-9. 动力粘度为2.9×10^-4Pa·S，密度为678kg/m3的油，其运动粘度等于多少？解：V=u/ρ=2.9×10^-4/678=4.28×10^-7m²/s2-10. 设空气在0℃时的运动粘度ν0=13.2×10-6m2/s,密度ρ0=1.29kg/m3。
试求在150℃时空气的动力粘度。
2-11. 借恩氏粘度计测得石油的粘度为8.5oE,如石油的密度为ρ=850kg/m3,试求石油的动力粘度。
流体动力学基础(工程流体力学).ppt课件
dV
II '
t t
dV
II '
t
dt t0
t
lim
dV
III
t t
dV
I
t
t 0
t
δt→0, II’ → II
x
nv
z
III
v II ' n
I
o y
20 20
dV
dV
II
tt II
t
lim t t0
t
dV
dV
lim III
t t
t0
t
v cosdA
质点、质点系和刚体 闭口系统或开口系统
均以确定不变的物质集协作为研讨对象！
7 7
定义：
系统(质量体)
在流膂力学中，系统是指由确定的流体质点所组成的流 体团。如下图。
系统以外的一切统称为外界。 系统和外界分开的真实或假象的外表称为系统的边境。
B C
A
D
Lagrange 方法！
系统
8
8
特点：
(1) 一定质量的流体质点的合集 (2) 系统的边境随流体一同运动，系统的体积、边境面的
31 31
固定的控制体
对固定的CV，积分方式的延续性方程可化为
CS
ρ(
vn
)dA
CV
t
dV
运动的控制体
将控制体随物体一同运动时，延续性方程方式不变，只
需将速度改成相对速度vr
t
dV
CV
CS (vr n)dA 0
32 32
延续方程的简化
★1、对于均质不可压流体： ρ=const
dV 0
令β＝1，由系统的质量不变可得延续性方程
流体力学 丁祖荣 孔珑PPT课件
x
y
z
直角坐标系中,它是
.
u(x, y, z,t0 ) v(x, y, z,t0 ) w(x, y, z,t0 )
流线:某一时刻的 迹线:某一质点的
第24页/共70页
习题：收缩喷管流动：迁移加速度
第25页/共70页
Helmholtz速度分解定理：
流场中一点邻域的相对运动分析
速度分解:流场中 M0(r) M0 (x, y, z) 的邻域 M (r r) M (x x, y y, z z,) 设M点速度为v, 由泰勒级数展开得：
流体的比重是该流体的重量与同体积水在4摄氏度时的重量之比。
流体的可压缩性和热膨胀性
在外力作用下，流体体积或密度可以改变的性质，称之为流体的可压缩性； 在温度改变时，流体体积或密度可以改变的性质，称之为流体的热膨胀性。
这部分在工程热力学和传热学中将详细介绍。
第13页/共70页
F U A h
流体的输运性质
实验流体力学：G.Hagen, J.Poiseuille, A. Chezy 19世纪：模型实验法则：W. Froude
量纲分析法：L.Reyleigh 两种流态：O.Reynolds 粘性流体的运动方程：C.Navier, C. stokes
现代流体力学：以普朗特（L. Prandtl）边界层理论为标志。
流体由非平衡态转向平衡态时物理量的传递性质，统称为流体的输运性质。
流体的输运，包括动量输运、能量输运和质量输运。
y
U
动量输运----------------〉粘滞现象
1687年，牛顿平行平板实验：
U A
h
x
或写成微分形式
yx
du dy
称为牛顿切应力公式。 μ的单位Pa.s或1N.s/m2, 亦即1kg/(m.s).
武汉理工大学《流体力学》课件1 绪论(共68张PPT)
1.3.3 连续介质假设 • 连续介质假设：假设流体是由连续分布的流体质点组成的介质。
(1)可用连续性函数B(x,y,z,t)描述流体质点物理量的空间分布和 时间变化；
(2)由物理学根本定律建立流体运动微分或积分方程，并用连续函
数理论求解方程。
• 连续介质假设模型是对物质分子结构的宏观数学抽象，就象几何学 是自然图形的抽象一样。
• 除了稀薄气体与激波之外的绝大多数工程问题，均可用连续介质模型作理 论分析。
由于空气动力学的开展，人类研制出3倍声速的战斗机。
幻影2000
EXIT
使重量超过3百吨，面积达半个足球场的大型民航客
机，靠空气的支托象鸟一样飞行成为可能，创造了 人类技术史上的奇迹。
EXIT
利用超高速气体动力学，物理化学流体力学和稀 薄气体力学的研究成果，人类制造出航天飞机， 建立太空站，实现了人类登月的梦想。
社，1994.11 5 Fluid Mechanics with Engineering Application
(Tenth Edition). E. John Finnemore. 清华大学出版社，
2003
本课程的有关说明：
1、课程的重要性
2、对上课的要求
3、对作业的要求
4、对考试的要求
1、本专业的后续课程会用到。 2、考研。 3、考注册设备工程师。 1、不迟到。 2、不讲话。 3、有事请假。 1、保质保量，独立完成。 2、已知、求、解（Given、Find、Solution）。 3、图形必须用直尺绘制。 4、必须对结果作分析以及单位验算。
1.1 流体力学的研究对象与特点
物质 Substance
工程流体力学第4章流体在圆管中的流动.ppt
4.1.2 流动状态的判定
1.临界速度
流体流动速度不断加大，由层流状态开始变成紊流状
态的速度称为上临界数（Vk´）。·
流体流动速度不断减小，由紊流状态开始变成层流状
态的速度称为下临界数（Vk）。 实验测得Vk´> Vk 1.层流是一种不稳定的流动状态。
能否用速度界定流体的流动状态？？？
雷诺实验 用同一种流体在不同直径的管道中进行实验， 所测得的临界速度 Vk和也Vk不相同。
hf 2 k2vm (m 1.75 ~ 2)
紊流的损失规律
雷诺实验贡献
1、揭示了流体流动存在两种状态——层流、紊流（湍流）；
2、找出了判定层流、紊流（湍流）的方法----雷诺数Re；
Re
Vd
Vd
Vl
3、给出了层流、紊流（湍流）的不同损失规律。
层流：h1 K1V 紊流：h2 K2V m
m=1.75~2
4.1.3 沿程损失与速度的关系
1 沿程损失
沿流程的摩擦阻力，叫作沿程阻力， 由此产生的能量损失称为沿程损失。
2 沿程损失与速度的关系
层流：h1 K1V 紊流：h2 K2V m
m=1.75~2
1
2
1
2
在试验管的两侧安装测压管
列1、2两断面的伯努利方程：z1
p1
g
v12 2g
z2
p2
g
v22 2g
•提出湍流的统计理论以来，已经有一个多世纪了，经过几代科
•学家的努力，湍流研究取得了很大的进展。
•湍流是流体的不规则运动，由此发展的经典湍流统
计理论，在上个世纪三四十年代曾取得辉煌的成绩。
• Prandtl (1925) 提出的混合长理论； • von Karman (1930) 建立的相似模型； •输 周培源先生（1940）首先建立了雷诺应力满足的
工程流体力学(孔珑版)第四章_题解(教学专题)
第四章 流体运动学和流体动力学基础【4-2】 已知平面流动的速度分布规律为j y x xi y x y v 222222+++-=πΓπΓ式中Γ为常数。
求流线方程并画出若干条流线。
【解】 由题设，()222,y x y y x v x +-=πΓ，()222,yx xy x v y +=πΓ 代入流线的微分方程()()t z y x v yt z y x v x y x ,,,d ,,,d =得22222d 2d y x x y y x yx+=+-πΓπΓxy y x d d -=yy x x d d -=⎰⎰-=y y x x d dC y x +-=222121'22C y x =+【4-4】 已知流场的速度分布为k xy j y i xy v +-=3231（1）问属于几维流动？（2）求（x , y , z ）=（1, 2, 3）点的加速度。
【解】 （1）由于速度分布可以写为()()()k y x v j y x v i y x v v z y x,,,++= (1) 流动参量是两个坐标的函数，因此属于二维流动。
（2）由题设，()2,xy y x v x = (2)()331,y y x v y -= (3)()xy y x v z =, (4)()()()()4322223222310231031d d xy xy y y xy xy zxy xy y y xy x xy xy t z vv y v v x v v t v t v a x z x y x x x x x =+⋅-+=∂∂+∂∂-∂∂+∂∂=∂∂+∂∂+∂∂+∂∂==(5)()52333332331031003131313131d d y y y y z xy y y y y x xy y t zv v yv v xv v tv tv a y zy yy xy y y =+-⋅-+=⎪⎭⎫ ⎝⎛-∂∂+⎪⎭⎫ ⎝⎛-∂∂-⎪⎭⎫ ⎝⎛-∂∂+⎪⎭⎫ ⎝⎛-∂∂=∂∂+∂∂+∂∂+∂∂== (6)()()()()3323232031031d d xy x y y xy xy zxy xy y y xy x xy xy t z vv y v v x v v t v t v a z z z y z x z z z =+⋅-⋅+=∂∂+∂∂-∂∂+∂∂=∂∂+∂∂+∂∂+∂∂==(7)将x =1，y=2，z =3代入式(5)(6)(7)，得31621313144=⨯⨯==xy a x 3322313155=⨯==y a y 31621323233=⨯⨯==xy a z【4-15】 图4-28所示为一文丘里管和压强计，试推导体积流量和压强计读数之间的关系式。
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专业基础课
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2021/4/11
《工程流体力学》——第一章 绪论
五、课程的内容目录
第一章 第二章 第三章 第四章 第五章 第六章 第七章 第八章 第九章 第十章
专业基础课
绪论 流体及物理性质 流体静力学 流体运动学、动力学 相似理论及量纲分析 管道流动、水力计算 气体一维流动 理想流体的有旋/无旋流动
《工程流体力学》——第一章 绪论——课程的工程地位 石油化工
专业基础课
11
2021/4/11
《工程流体力学》——第一章 绪论——课程的工程地位 机械冶金
专业基础课
12
2021/4/11
《工程流体力学》——第一章 绪论——课程的工程地位 环境
专业基础课
13
2021/4/11
《工程流体力学》——第一章 绪论——课程的工程地位 气象
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 力随着介质密度的增大和速度的 提高而增大。
24
2021/4/11
《工程流体力学》——第一章 绪论——流体力学发展简史
B. PASCAL (1623-1662)
提出了密闭流体能传 递压强的原理——帕斯卡 原理。
专业基础课
25
2021/4/11
2021/4/11
《工程流体力学》——第一章 绪论——流体力学发展简史
欧美诸国历史上有记载的最早从事流体力学现象研究的是古希腊学者阿基 米德。
ARCHIME DES (285-212 BC)
发现了物体在流体中所受 浮力的基本原理——阿基米德 原理。
专业基础课
22
2021/4/11
《工程流体力学》——第一章 绪论——流体力学发展简史
兵器
专业基础课
7
2021/4/11
《工程流体力学》——第一章 绪论——课程的工程地位
水利
专业基础课
8
2021/4/11
《工程流体力学》——第一章 绪论——课程的工程地位
采矿通风
专业基础课
9
2——课程的工程地位 交通土建
专业基础课
10
2021/4/11
建立了流体位势能、压强使能 和动能之间的能量转换关系—— 伯努利方程。
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2021/4/11
《工程流体力学》——第一章 绪论——流体力学发展简史
从18世纪中叶工业革命开始，流体力学的研究逐渐沿着理论流体力学和应 用流体力学两个方向发展。
L. EULER (1707-1783)
经典流体力学的奠基人，涡轮机 理论的奠基人。 ➢提出连续介质模型 ➢建立连续性微分方程 ➢建立理想流体的运动微分方程 ➢提出研究流体运动的两种方法 ➢提出速度势概念
粘性流体绕过物体流动 气体的二维流动
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2021/4/11
《工程流体力学》——第一章 绪论
六、课程的基本要求
1、熟悉和掌握流体平衡、运动的基本 规律、基本方程及工程典型应用。
2、学习方法 浏览预习：把握内容、疑难点 听课理解：疑难点 课后作业：理解、思考、应用 课外拓展：文献、资料、网站、论坛
专业基础课
工程流体力学
专业基础课
1
2021/4/11
《工程流体力学》课程教学
第一章 绪论(前言/序言/概述)
课程的研究内容 课程的研究方法 课程的科技地位 课程的专业地位 课程的内容目录 课程的基本要求
专业基础课
2
2021/4/11
《工程流体力学》——第一章 绪论
一、课程的研究内容
四大力学的重要分支 《理论力学》、《流体力学》、《弹性力学》、《材料力学》
例验证
普适性好
数学难度大， 分析解有限
实验研究 数值计算
建立实验模型并选取实验介 质→测定有关物理量→拟合 实验数据找出准则方程式
建立理论模型→建立方程组 与定解条件→编制计算程序 →计算并分析答案
发现新现象、新 原理，验证其它 方法得到的结论
应用面广泛，结 果直观——数值 实验
普适性差
近似性、不 稳定性
专业基础课
14
2021/4/11
《工程流体力学》——第一章 绪论——课程的工程地位 生物
专业基础课
15
2021/4/11
《工程流体力学》——第一章 绪论——课程的工程地位 电子设备
专业基础课
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2021/4/11
《工程流体力学》——第一章 绪论
四、课程的专业地位
➢ 过程设备（塔器、反应器、换热器、储罐等）。 ➢ 过程流体机械 （压缩机、泵、分离机）。 ➢ 配套与附件（管道、阀门、控制仪表）。 ➢ 是后续《热力学》、《传热学》、过程设备、过
《工程流体力学》——第一章 绪论——流体力学发展简史
专业基础课
I. Newton (1642-1727)
建立了牛顿内摩擦定律，为粘 性流体力学初步奠定了理论基础， 并讨论了波浪运动等问题。
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2021/4/11
《工程流体力学》——第一章 绪论——流体力学发展简史
专业基础课
D. Bernoulli (1700-1782)
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2021/4/11
《工程流体力学》——第一章 绪论——流体力学发展简史
人类对流体力学的认识最早从治水、灌溉、航行等方面开始。
中国古代提水灌 溉所用风车
专业基础课
大禹治水
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2021/4/11
《工程流体力学》——第一章 绪论——流体力学发展简史
李冰 （302-235 BC）
专业基础课
都江堰
21
《流体力学》是研究流体的平衡、
运动规律的科学。
包括：
静力学——“静止”流体的平衡条件、
压力分布；
运动学——流体运动的特征、规律；
动力学——在外力作用下流体的运动
规律及固体壁面的作用力、阻力；
专业基础课
3
2021/4/11
《工程流体力学》——第一章 绪论
二、课程的研究方法
研究方法
进行步骤
优点
缺点
建立理论模型→建立方程组 理论分析 与定解条件→求解析解→算
专业基础课
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2021/4/11
《工程流体力学》——第一章 绪论
三、课程的科技、工程地位
流体力学
航
交 石机
空水采通 油械环气生
航利矿土 化冶境象物
天
建 工金
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专业基础课
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《工程流体力学》——第一章 绪论——课程的工程地位
航空航天
专业基础课
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《工程流体力学》——第一章 绪论——课程的工程地位
文艺复兴时期（14世纪到16世纪）之后，流体力学得到长足发展。
Leonardo da Vinci (1452-1519)
系统地研究了物体的沉浮、孔口出流、 物体的运动阻力以及管道、明渠中水流 等问题。
专业基础课
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2021/4/11
《工程流体力学》——第一章 绪论——流体力学发展简史
专业基础课
Galileo (1564-1642)