哈工大流体力学章十三讲解

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本——哈工大版理论力学课件(全套)

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连,在图示位置圆柱作纯滚动,中心速度为vA,杆与水平线 的夹角=450,求该瞬时系统的动能。
解: T TA TAB
P
B
TA 3 Mv A 2 4
P为AB杆的瞬心 vA
PAw
C
vA
A
vA
wΑΒ lsin
JP 1 ml 2 3
TAB
2 JP wA2B
1 6si2n
mv 3
mvA2 AT
11 12
9M 4m 2 vA
z1 O
M
M2
mg z2
y
代入功的解析表达式得
z2
W 12 (mg)dz mg(z z z1
x
1 2)
质点系: W W imig(zi1 zi2) mg(zC1 zC2)
质点系重力的功,等于质点系的重量与其在始末位置重 心的高度差的乘积,而与各质点运动的路径无关。
h
4
理论力学
4
2、弹性力的功 弹簧原长l0,作用点的轨迹为图示曲线A1A2。在弹性极限内F k(r l0)r 0 k—弹簧的刚性系数,表示使弹簧发生单位变形时所需的力(N/m)。
F s
M1
s
2
单位:焦耳(J); 1J 1Nm
h
理论力学
F M2
2
2
2
二、变力的功 设质点M在变力F的作用下沿曲线运动,力F在微小弧
段上所作的功称为力的元功,记为dW,于是有
δW Fcos ds
ds M'
M2
力F在曲线路程M1M2中作功为
M
W
s
F cosds
0
自然法表示的 功的计算公式
dr F
等于零,但变形体内力功之和不为零。

哈工大工程流体力学部分习题详解

哈工大工程流体力学部分习题详解
[陈书3-13]设空间不可压缩流体的两个分速为:

其中 均为常数。试求第三个分速度 。已知当 时 。
解:
不可压缩流体的连续性方程为: ,
则:
(1)
将上式积分得:
利用条件 时 得到

(2)
将上式积分得:
利用条件 时 得到

[陈书3-30]如图所示水平放置水的分支管路,已知 , , , , , 。求 , , , , 。
[解]由平板等速下滑,知其受力平衡。
沿斜坡表面方向,平板下表面所受油液的粘滞力与重力沿斜面的分量平衡。
平板下表面承受的摩擦阻力为:
其中剪切应力:
因为间隙内的流速可近似看作线性分布,而且对粘性流体,外表面上应取流速为零的条件,故垂直于斜坡表面方向的流速梯度为:
所以:
而重力在平行于斜面方向的分量为:
因:
[解]取x坐标水平向右,y坐标垂直纸面向内,z坐标垂直向上,原点定在油罐的中轴线上。油液受到的体积力为:
由欧拉方程积分可得:
根据题意及所选的坐标系,当 时,
故:
所以:
因大气压的总体作用为零,故上式中可令
于是:
左侧盖形心的坐标:
故该处的压强:
左侧盖所受油液的作用力: (取 )
右侧盖形心的坐标:
故该处的压强:
其中转动角速度:
所以:
维持匀速转动时所消耗的功率为:
所以:
将:
代入上式,得:
当 时所消耗的功率为:
[陈书1-16]两无限大平板相距 平行(水平)放置,其间充满动力学粘性系数 的甘油,在两平板间以 的恒定速度水平拖动一面积为 的极薄平板。如果薄平板保持在中间位置需要用多大的力?如果置于距一板10mm的位置,需多大的力?

哈工大版理论力学课件(全套)课件

哈工大版理论力学课件(全套)课件
已知CE=EB=DE,角a =30o,CDB平面与水平面间的夹角∠EBF= 30o, 重物G=10kN。如不计起重杆的重量,试求起重杆所受的力和绳子的拉力。
解:1.取杆AB与重物为研究
对象,受力分析如图。
zD
E
F2
F 30o
B
C F1
z
E F1
F 30o
B
a
a
A FA
G
y
FA
A
G
y
x
侧视图
理论力学
10
4、空间任意力系简化为平衡的情形
当空间任意力系向一点简化时出现 主矢F'R=0, 主矩MO=0 ,这是空间任意力系平衡的情形。
理论力学
39
§3-5 空间任意力系的平衡
一、空间任意力系的平衡方程
F'R=0,MO=0
Fx 0, Fy 0, Fz 0 Mx(F) 0, M y(F) 0, Mz(F) 0
理论力学
16
理论力学
17
2、力对轴之矩的解析表达式
设力F在三个坐标轴上的投影分别为Fx,
z Fz
Fy,Fz,力作用点A的坐标为(x,y,z),则
F
B
M z(F) MO(Fxy)
A(x,y,z)
Fy
MO(Fx) MO(Fy) xFy yFx
同理可得其它两式。故有
M x(F) yFz zFy
Fx
O
先投影到坐标平面Oxy上,得到力Fxy,然后再把这个力投 影到x 、y轴上,这叫二次(间接)投影法。
z
Fx Fsing cosj
Fz
Fy Fsing sinj
gF
Fy y
Fz F cosg

流体力学完整讲义

流体力学完整讲义

流体力学一、流体静力学基础 包括内容三部分:01流体主要物理特性与牛顿内摩擦定律 02流体静压强 03流体总压力01流体主要物理特性与牛顿内摩擦定律 水银的密度13.6g/cm 3重度γ(也成为容重,N/m3),单位体积流体所具有的能量。

=g γρ流体的压缩系数:1=pa d dV V dp dpρρβ-=-(单位:) ,β值越大,流体的压缩性也越大。

压缩系数的倒数成为流体的弹性模量,用表示,21()dpdV V β=-k=单位:pa=N/m流体的体膨胀系数a :1=(:)d dVV a T dT dTρρ--=单位质量力:大小与流体的质量成正比(对于均质流体,质量与体积成正比,故又称为体积力)表面力:作用在流体表面的力,大小与面积成正比,它在隔离体表面呈连续分布,可分为垂直于作用面的压力和平行于作用面的切力。

流体的黏性:流体内部质点间或流层间因相对运动而产生内摩擦力以反抗相对运动的性质叫做黏性。

此内摩擦力成为黏制力。

du d T AA dy dtθμμ== 式中:T 流体的内摩擦力μ为流体的动力黏度,单位Pa s •。

A 为流体与管壁的接触面积dudy为速度梯度,表示速度沿垂直于速度y 轴方向的变化率 d dtθ为角变形速度 气体动力黏度随温度的升高而增加。

液体动力黏度随温度的升高而降低,例如:油。

运动黏度v (单位:2/m s )(相对黏性系数):v μρ=理想流体:假想的无黏性的流体,即理想流体流过任何管道均不会产生能量损失。

[推导过程]:tan()dudt d d dy θθ≈=,即:d dudt dyθ=。

02流体静压强流体净压强的特性:①流体静压强方向与作用面垂直;②各向等值性:静止或相对静止的流体中,任一点的静压强的大小与作用面方向无关,只于该点的位置有关。

帕斯卡定律:0P P gh ρ=+式中:P 为液体内某点的压强0P 为液面气体压强 h 为某点在液面下的深度等压面:流体中压强相等的点所组成的面成为等压面。

哈工大多相流体力学讲义

哈工大多相流体力学讲义

三、本课程的其他教学环节 无。
四、考核方式 成绩为百分制。考试内容基本覆盖全部授课内容。
第一章 绪 论
1.1 两相与多相的定义与分类
两相流就是指必须同时考虑物质两相共存且具有明显相界面的 混合物流动力学关系得特殊流动问题。
在不同的学科中,根据研究对象的不同特点,对相各有特定的说 明。比如物理学中,单相物质的流动称为单相流,两种混合均匀的气 体或液体的流动也属于单相流。同时存在两种及两种以上相态的物质 混合体的流动就是两相或多相流。在多相流动力学中,所谓的相不仅 按物质的状态,而且按化学组成、尺寸和形状等来区分,即不同的化 学组成、不同尺寸和不同形状的物质都可能归属不同的相。在两相流 研究中,把物质分为连续介质和离散介质。因为颗粒相可以是不同物 态、不同化学组成,不同尺寸或不同形状的颗粒,这样定义的两相流 不仅包含了多相流动力学中所研究的流动,而且把复杂的流动概括为 两相流动,使问题得到简化。此外还有动力学意义上的相及物理上的 相。
4
气力输送的流型 4 、稀相输送时颗粒群在直管中运动微分方程
6. 4 气力、水力输送能量损失估算
6.5 固体颗粒在流体中的沉降分离与旋流分离
第七章 两相流动的测量技术与实践
7.1 汽液两相流的测量
4
7.2 气固两相流的测量
7.3 多相流测量实践
4 针对课堂讲授内容的总结,问题讨论、教学效果探讨及答疑备考
气体和固体颗粒混合在一起共同流动称为气固两相流。 严格的说,固体颗粒没有流动性,不能作流体处理。但当流体中 存在大量固体小粒子流时,如果流体的流动速度足够大,这些固体粒 子的特性与普通流体相类似,即可以认为这些固体颗粒为拟流体,在 适当的条件下当作流体流动来处理。引入拟流体假设后,气固两相流 动就如同两种流体混合物的流动,可以用流体力学、热力学的方法来 处理问题,使两相流的研究大为简化。又由于其假定的前提,使用拟 流体假设时要特别注意适用条件。处理颗粒相运动时,某些方面把其 看作流体一样,但另一些方面则必须考虑颗粒相本身的特点。 3. 液固两相流 液体和固体颗粒混合在一起共同流动称为液固两相流。如工程大 量使用的水力输送等。 4. 液液两相流 两种互不相溶的液体混合在一起的流动称为液液两相流。油田开 采与地面集输、分离、排污中的油水两相流,化工过程中的乳浊液流 动、物质提纯和萃取过程中大量的液液混合物流动均是液液两相流的 工程实例。 5. 气液液、气液固和液液固多相流

哈工大流体力学课件

哈工大流体力学课件
Vρ κ = 1 dρ
ρ dp
可压缩流体:流体密度随
0.56 0.54
水的压缩系数/(*10-9/P
压强变化不能忽略的流体。 0.52 0.5
5at 10at
20at
不可压缩流体:流体密度 0.48 0.46
40at 80at
随压强变化很小,流体的 0.44
0.42
密度可视为常数的流体。
0
10
20
αv
=1 V
dV dT
=−
1
ρ

dT
水的热膨胀系数/(*10-4/oC
8 7 6 5 4 3 2 1 0
1
100
200
压强/a t
1-10oC 10-20oC 40-50oC 60-70oC 90-100oC
2)反复的风振引起结构物或结构构件发生疲劳损害; 3)超高层建筑、高耸结构、大跨度屋盖、膜结构建筑。。。
超高层建筑风工程问题
风阻尼器
4 流体的力学特征
固体:既能承受压力,也能承受拉力,抵抗拉伸变形。 可保持固定的形状和体积; 流体:只能承受压力,一般不能承受拉力,抵抗拉伸 变形。任何微小切力作用,都会使流体流动,直到切 力消失,流动才会停止。不能保持固定形状;
流体力学
第一章 绪 论
第一节 流体力学及其任务 第二节 作用在流体上的力 第三节 流体的主要物理性质
第一节 流体力学及其任务
1 定义
流体力学:研究液体(主要是水)和气体的平衡和机械运动
的规律及其应用的科学。→ 水力学
工程流体力学:包括流体力学(或水力学)的基本原理及其 在工程(水利、环境、土木、交通)上的应用。
运动黏度ν: ν = μ 单位:m2/s。

哈工大多相流体力学讲义

哈工大多相流体力学讲义

1.2 多相流体力学的发展史
4
1.3 多相流的研究和处理方法
1.4 国内多相流领域的最近研究课题
1.5 多相流中的专用术语及常见参数
第二章 多相流相场空间结构
2.1 概 述
2.2 相速度和相含率分布
1、 微分分析法 2、积分分析方法
4
2.3 流型及其转变特性
1、气液两相流流型及流型图
2、 流型转变界限积机理
自然界和工业过程中常见的两相及多相流主要有如下几种,其中 以两相流最为普通。 1. 气液两相流
气体和液体物质混合在一起共同流动称为气液两相流。它又可以 分单组分工质如水—水蒸气的汽液两相流和双组分工质如空气—水 气液两相流两类,前者汽、液两相都具有相同的化学成分,后者则是
两相各有不同的化学成分。单组分的汽液两相流在流动时根据压力和 温度的变化会发生相变,即部分液体能汽化为蒸汽或部分蒸汽凝结成 液体;双组分气液两相流则一般在流动中不会发生相变。 2. 气固两相流
通过本课程的学习,可使学生掌握两相共存时流体力学中基本理论、基本概 念,以及在土木工程领域的具体应用以及表现形式;了解国内外研究动态;在多 相流领域寻求科技创新点。
二、本课程的主要内容,各章节内容及学时如下表:
时数
教学 ( 授 课 或 讨 论 ) 内 容
第一章 绪 论
1.1 两相与多相的定义与分类
工程具有重要的理论和实用意义,并可取得重要经济效益。 林宗虎教授在热能、核电、石化等工程的重要理论-气液两相流与
传热学科领域取得多方面开创性成果。在气液两方面: 他创建的两 相流孔板流量计算式可通用于各种压力、不同组分、多种两相流体和 变压力工况,被国际上推荐为最佳式,称林氏公式,并被收入国内外 6 本著作,被引用数十次。他首先对U型管内两相流体压力降型脉动 机理进行系统研究,创建其 计算程序和脉动判别法并解决过电站锅炉 严重脉动问题。他创建了 3 种两相摩阻计算法和一种截面含汽率计算 式并被广泛应用。在沸腾传热方面:创立了国际上第一个脉动流动时 的沸腾传热计算式,可用于光管和多种强化传热管,开拓了传热研究 新方向。对过冷沸腾传热、稳定流动沸腾传热均有研究成果。在多相 流测量方面:在林氏公式基础上,他首先解决了用一个元件同时测定 两相流量和组分两个参数的国际难题并得到专利和应用,经济效益显 著。

哈尔滨工业大学精品课程流体力学-精选

哈尔滨工业大学精品课程流体力学-精选

第三章 流体动力学
§3-1 描述流体运动的两种方法 §3-2 流体运动中的一些基本概念 §3-3 连 续 方 程 式 §3-4 理想流体的运动微分方程 §3-5 伯 努 利 方 程 及 其 应 用 §3-6 动 量 方 程 及 其 应 用
第四章 相似和量纲分析
§4 – 1 相 似 原 理
§4 -2 定 理 和 量 纲 分 析 的 应 用
则 = 常数
或:

0
t x y z
三、液体的粘性
1、粘性的概念及牛顿内摩擦定律
y
流体分子间的内聚力
流体分子与固体壁面
间的附着力。
dy

内摩擦力 —— 相邻
y
流层间,平行于流层
v。
v0
F
v+dv
v

表面的相互作用力。
x
定义:流体在运动时,其内部相邻流层间要产
6
6
则:Fmx6dxdy dfx z

Fmy6d xd y dfy z
质量力在三个坐 标方向上的投影

Fmz6dxdydfzz
<3> x 方向上的力平衡方程式(Fx= 0)
^ px1/2dydz pn ·ABC·cos(n, x) + 1/6dxdydz fx
=0
证明:在平衡流体中取出一微小四面体ABOC, 考察其在外力作用下的平衡条件。
<1>表面力
1
Fx

px
dydz 2
Fy

py
1dxdz 2
Fz

pz
1dxdy 2
Fn pnABC
各个面上的静压力
ABC — 斜面面积
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Fr
4

2]
13-26
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通气超空泡的生成与控制
13-27
© 2014 HIT
通气超空泡的生成与控制
通气角度的影响:
13-28
© 2014 HIT
通气超空泡的生成与控制
重力的影响:
13-29
V = 8.9 m/s
© 2014 HIT
通气超空泡的生成与控制
通气超空泡的形态:
13-30
13-40
© 2014 HIT
带空泡航行体的稳定性技术
被动控制指的是依赖航行体设计阶段进 行的适当的流体动力布局及若干非人工控制 的稳定措施来保证运动稳定性的控制方法, 如空化器、模型弹身及尾翼等的形态及流体 动力的设计。
13-41
© 2014 HIT
超空泡技术试验研究进展
乌克兰/俄罗斯 美国 德国 国内
13-42
© 2014 HIT
超空泡技术试验研究进展
俄罗斯和乌克兰的超空泡研究工作实 为一体,多数超空泡试验都在乌克兰进行 。俄罗斯莫斯科大学数学力学系流体力学 教研室、莫斯科大学力学研究所以及中央 空气、水动力学研究院、乌克兰科学院流 体力学研究所等部门开展了超空泡问题的 试验研究。
13-43
© 2014 HIT
© 2014 HIT
空泡稳定性与控制技术
通气不稳定性 自由剪切层不稳定014 HIT
空泡稳定性与控制技术
通气不稳定性主要与通气率和自然空化数有 关,Parishev等应用线形稳定性理论对轴对 称空泡进行了研究,认为通气超空泡的主要 动力学特性取决于无量纲参数
© 2014 HIT
空化器设计
圆盘空化器
Dc cx0 (1 )
Dn

Lc 1
Dn
c
x
0
(1


)
ln
1

13-25
© 2014 HIT
通气超空泡的生成与控制
通气的作用:形成空泡、维持空泡 通气系统的组成 通气规律的研究
Q

Q V Dn2
Q


g
0.27
[
3 g
流体动力学理论基础
超空泡减阻技术
哈尔滨工业大学航天学院 2014年4月
库尔斯克号沉没
俄罗斯核潜艇 1994年5月下水,造价10亿美元 长150米,宽18.2米,高13.1米 独特的双壳艇身和9个防水隔舱 2000年8月沉没 118人遇难
13-2
© 2014 HIT
伊朗试射超级鱼雷
超空泡技术试验研究进展
莫斯科大学的主要试验设备是大型高 速水洞。乌克兰科学院流体力学研究所具 有多个大型超空泡试验设备,其中一个多 功能的水利试验台,主要进行小模型的约 束 模 弹 射 或 自 推 力 飞 行 试 验 ; 在 1986 年 建 成的高速开路型水洞,最大水流速度32m/s ,是其最主要的试验装置。
© 2014 HIT
带空泡航行体的稳定性技术
超空泡射弹入水过程
13-38
© 2014 HIT
带空泡航行体的稳定性技术
超空泡射弹结构破坏状态
13-39
© 2014 HIT
带空泡航行体的稳定性技术
主动控制是首先对航行体的姿态进行实 时监控,再利用主动调控设施(调整喷气量 和喷射方向,调整空化器攻角等等)产生反 馈的闭环控制系统。
13-16
© 2014 HIT
研究意义
美国AHSUM水下超空泡射弹
13-17
© 2014 HIT
研究意义
美国AHSUM水下超空泡射弹试验方案
13-18
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研究意义
美国AHSUM水下超空泡射弹试验照片
13-19
© 2014 HIT
研究意义
德国“棱鱼” 超空泡导弹
13-20
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带空泡航行体的稳定性技术
浮力缺失 升力集中于空化器和尾舵 尾部滑行力或尾拍力的存在
13-35
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带空泡航行体的稳定性技术
13-36
© 2014 HIT
带空泡航行体的稳定性技术
超空泡内弹体处于平衡位置
超空泡内弹体尾部上摆
13-37
超空泡内弹体尾部下摆
13-33
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空泡稳定性与控制技术
气泡振荡不稳定性是由于环境压力的波动而 引起的。Parishev运用Logvinovich独立性原 理将空泡界面描述为一系列独立的界面。得 到迟滞量与欧拉数、空泡数和空泡内气体的 绝热指数之间的函数表达式
0
12 Eu 1

13-34
0 0 2
13-7
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研究意义
“暴风”超空泡鱼雷
13-8
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研究意义
13-9
© 2014 HIT
研究意义
美国正在研制的超空泡鱼雷原理图
13-10
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研究意义
美国正在研制的超空泡鱼雷原理图
13-11
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超空泡鱼雷结构
1 空化器 2 通气口 3 导引系统 4 推进及通气系统 5 尾翼
13-12
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研究意义
美国RAMICS机载超空泡射弹
13-13
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研究意义
13-14
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研究意义
美国RAMICS机载超空泡射弹
13-15
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研究意义
利于稳定飞行的尾翼 标准 GAU-8 弹药筒 接口兼容 Mk44/Bushmaster II 30mm链炮 弹丸质量:0.55 lb (250 g) 弹丸长度:7.5 inches (190.5 mm)
研究意义
德国“棱鱼” 超空泡导弹
13-21
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研究意义
德国“棱鱼” 超空泡导弹
13-22
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研究意义
超空泡武器的未来发展 超空泡导弹 超空泡水雷 超空泡运输艇 超空泡潜艇 潜射超空泡武器 ……
13-23
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空化器设计
13-24
v g
1 2.645
13-32
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空泡稳定性与控制技术
自由剪切层的不稳定性在两种互不渗透液体 通过一个界面进行接触时发生,当两种介质 在界面处的相对速度较大时更为明显。应用 线性稳定性理论得到自由剪切层稳定性要求 如下
uwater u gas 6.6m / s
2006年4月,伊朗大规模军演 超级鱼雷“鲸” 水下运动速度约193.9节 击中靶艇
13-3
© 2014 HIT
研究意义
F ma
Fd
Cd
1 2
V2
A
13-4
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研究意义
13-5
© 2014 HIT
超空泡减阻机理
13-6
© 2014 HIT
研究意义
“暴风”超空泡鱼雷
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