实验流体力学1分析解析

• 壁面无滑移假定：
粘附在固壁上的流体质点与固壁一起运动
大量实验证实了壁面无滑移假定
流体的分类 (按流体的物理性质)
（1）牛顿流体和非牛顿流体
（2）粘性流体和理想流体 （3）可压缩流体和不可压缩流体
第1章 流体力学基础
§1-3 描述流体运动的方法
一. 流体质点的速度：
欧拉法中的速度函数是定义在空间点上的，它们 是空间点坐标（x, y, z）的函数。
⑸.围绕航空、航天的需要研究翼型 、机翼，廻转体与组合体的空气动力特 性。
⑹.研究流动过渡和湍流现象。 ⑺.验证理论（如N—S方程、边界层 概念、边界层动量积分关系式等）。 ⑻.在实验中大量应用计算技术。
流体力学基础
第1章 流体力学基础
§1-1 §1-2 流体与流体力学 流体的粘性
§1-3
§1-4 §1-5
的问题是无能为力的。
四.基本原理
质量守恒定律
能量守恒定律 牛顿运动定律 热力学定律
§1-2 流体的粘性
固体摩擦力与流体粘性阻力的不同表现
固体可以在静止
状态承受切向力
流体以持续变
形承受切向力
流体在微小剪切力作用下不能保持形状，具有流动性。
• 流体粘性形成原因：
（１）两层液体之间的粘性力决定于分子内聚力 （２）两层气体之间的粘性力决定于分子动量交换 温度对流体粘度的影响大，压强对粘度的影响小
实验流体力学
陈应华
cyh8118@163.com
华中科技大学 土木学院力学系
实验流体力学
绪 论 第1章 流体力学基础
第2章 实验的基本理论
第3章 运动流体中的压差测量 第4章 风洞和水槽试验 第5章 热线风速仪与湍流测量 第6章 激光多普勒测速技术
第7章 粒子图像测速技术
第8章 流动显示方法
实验流体力学 参考教材 朱仁庆，扬松林，杨大明，实验流体力学， 国防工业出版社，北京，2005。 戴昌晖，流体流动测量，航空工业出版社， 北京，1991。 徐有恒，穆晟，基础流体实验，复旦大学出 版社，上海，1990。 周光坰，流体力学上、下册，高等教育出版 社，北京，2003。
2. 理论流体力学
• 明确给出各物理量与流动参数的函数关系； • 建立简化的数学模型时需要一定的假设， 必须证实简化模型的合理性； • 由于数学上的困难，能获得解析解的问题 的数量有限。
3. 计算流体力学
• 计算机性能提高，计算方法改进，作用 越来越大； • 数值计算是近似方法，需要用实验和分 析的结果验证方法的可靠性； • 数值方法对复杂而又缺乏完善数学模型
描述流体运动的方法
迹线和流线 伯努利方程
§1-6
§1-7
伯努利方程应用举例
湍流与复杂流动
§1-1 流体与流体力学
一.研究对象 物质状态： 固态、液态、气态 、等离子态和超固态 牛顿流体： 油、水、空气等
二.发展历史 三.研究方法
1. 实验流体力学
• 直接解决生产问题，检验和建立理论；
• 发现新现象； • 普适性较差，受到费用和环境限制。
u u ( x, y, z, t ) v v ( x, y, z, t ) w w ( x, y, z, t )
V ui v j wk
p p ( x, y , z , t ) ( x, y , z , t )
第1章 流体力学基础
由速度分布求加速度：
v1 v 0 a lim ( t o ) t
V0和V1的关系为：
V V V V V1 V0 t x y z t x y z
若用粗体字母表示矢量，则： 加速度：
v1 v 0 a lim ( t o ) t
V V V V V1 V0 t x y z t x y z
4. 发展实验仪器和测量方法。
பைடு நூலகம்
二.实验流体力学发展简史：
1. 第一时期——17世纪中叶以前。 主要成就： ⑴. 完整地建立了流体静力学理论。 ⑵. 提出了流体与物体运动之间的 相对性原理。 ⑶. 定性地研究了管流与某些无压 流动。
⑷. 初步发展了各种流体机械，等等。
2. 第二时期——17世纪中叶至20世纪 初叶。 主要成就： ⑴. 发展了基本实验设备、仪器和 显示与测量技术。 ⑵. 发现伯努利与达西等定律和湍 流与空化等现象。
[1]
[2]
[3] [4]
绪
论
实验流体力学是和理论流体力学、 计算流体力学并列的流体力学三大分支 之一，也是实验力学的重要组成部分。
可以这样说，一个国家的科学技术 水平常常反映在实验室中。因此，实验 流体力学的研究情况在一定意义上反映 着整个流体力学学科的水平。
一.实验流体力学的主要任务：
1. 不断研究流体运动中的新现象和探 索其规律。 2. 研究各种流动现象的本构关系。 3. 利用模拟技术解决工程实际问题及 研究相应的流动规律。
⑶. 研究了在流体中运动的物体（包 括圆球、平板、船舶、炮弹、翼型等） 所受的力，特别是阻力。
⑷. 详细和系统地研究了圆管层流 流动。 ⑸. 提出了流体的动力相似理论。 3. 第三时期——20世纪初叶以后。 主要成就：
⑴. 进一步发展了实验设备、仪器 和显示与测量技术。
⑵. 发现更多的流动新现象（比如 分离、湍斑、湍塞、相干结构、贝尔德 现象等）。 ⑶. 提出边界层概念并开展这方面 研究。 ⑷. 研究典型物体（如圆球、圆柱、 平板、流线型物体等）的绕流问题和圆 管、渠道中的流动。
上式中用粗体字母表示矢量。 V ui v j wk
设某个质点，t 时刻位于（x, y, z），速度为：
V0 ( x, y, z, t )
t+Δt 时刻位于(x+Δx, y+Δy, z+Δz)，速度为：
V1 ( x x, y y, z z, t t )
而：
注意到： 因此：
x lim u, t 0 t
y lim v, t 0 t
z lim w t 0 t
V V V V a u v w t x y z
V V V V dV a u v w t x y z dt
加速度的投影值：