《流體力學(xué)丁祖榮》課件

《流體力學(xué)丁祖榮》ppt課件CATALOGUE目錄流體力學(xué)概述流體靜力學(xué)基礎(chǔ)流體動力學(xué)基礎(chǔ)流體流動的阻力和能量損失流體在管道中的流動流體流動的數(shù)值模擬方法流體力學(xué)概述01CATALOGUE總結(jié)詞流體的定義與特性詳細描述流體力學(xué)是研究流體（液體和氣體）的力學(xué)性質(zhì)和運動規(guī)律的科學(xué)。流體具有可流動性，能夠承受切向力，但不易承受法向力。流體的特性包括連續(xù)性、粘性和壓縮性等。流體的定義與特性流體力學(xué)的研究內(nèi)容與意義總結(jié)詞流體力學(xué)主要研究流體平衡和運動的基本規(guī)律，包括流體靜力學(xué)、流體動力學(xué)、流體阻力和流體波動等。流體力學(xué)在工程、環(huán)保、交通、能源等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用價值，對于解決實際問題、提高生產(chǎn)效率和保護環(huán)境等方面具有重要意義。詳細描述流體力學(xué)的研究內(nèi)容與意義流體的分類與流動狀態(tài)總結(jié)詞根據(jù)物理特性和應(yīng)用場景，流體可分為牛頓流體和非牛頓流體兩大類。牛頓流體遵循牛頓粘性定律，具有固定粘度；非牛頓流體不遵循牛頓粘性定律，粘度隨剪切速率或剪切力的變化而變化。根據(jù)流動特性，流體可分為層流和湍流兩種流動狀態(tài)。層流具有規(guī)則的流線，各點流速大小和方向較為一致；湍流則呈現(xiàn)出不規(guī)則的渦旋運動，流速大小和方向變化較大。詳細描述流體的分類與流動狀態(tài)流體靜力學(xué)基礎(chǔ)02CATALOGUE03流體靜壓強的量綱流體靜壓強的量綱為長度負二次冪，表示單位面積上的力的大小。01流體靜壓強的概念流體在靜止?fàn)顟B(tài)下所受的壓強。02流體靜壓強的特性流體靜壓強的大小與作用面的位置和方向有關(guān)，在同一位置上，對不同方向的作用面，流體靜壓強的值不同。流體靜壓強及其特性流體平衡的基本方程流體平衡時，作用在單位質(zhì)量流體上的外力之和為零，即流體平衡的基本方程。流體平衡方程的推導(dǎo)根據(jù)牛頓第二定律和流體的連續(xù)性方程，推導(dǎo)出流體平衡的基本方程。流體平衡方程的應(yīng)用在流體力學(xué)中，流體平衡方程是研究流體平衡和運動規(guī)律的基礎(chǔ)。流體平衡的基本方程流體平衡的分類根據(jù)流體的平衡條件，可以將流體的平衡分為穩(wěn)定平衡和不穩(wěn)定平衡兩類。重力場中流體的平衡實例液體在容器中的靜止、等溫氣體的穩(wěn)定平衡等。重力場中流體的平衡條件在重力場中，流體的平衡條件是重力與流體的壓強差相等，即流體受到的重力與作用在單位面積上的外力之和為零。重力場中流體的平衡0102流體靜壓強的應(yīng)用流體靜壓強的應(yīng)用實例：水塔、液柱計等。流體靜壓強的測量：通過測量流體靜壓強的大小，可以了解流體的狀態(tài)和性質(zhì)。流體動力學(xué)基礎(chǔ)03CATALOGUE拉格朗日法以流體質(zhì)點作為描述對象，追蹤每個質(zhì)點的運動軌跡。歐拉法以固定空間點作為描述對象，觀察流體質(zhì)點經(jīng)過該點的速度和壓強等參數(shù)。描述參數(shù)流速、壓強、密度、溫度等。流體運動的描述方法單位時間內(nèi)流體質(zhì)量的增加等于流入和流出該體積的凈質(zhì)量。質(zhì)量守恒方程單位時間內(nèi)流體的動量變化等于作用在該流體上的外力之和。動量守恒方程單位時間內(nèi)流體能量的變化等于作用在該流體上的外力所做的功與熱交換之和。能量守恒方程流體運動的基本方程123考慮了勢能、動能和內(nèi)能的能量守恒方程?？偰芰糠匠淘诓豢蓧嚎s、無粘性流體的總能量方程中，忽略重力勢能和內(nèi)能變化，得到伯努利方程。伯努利方程流線平行、不可壓縮、無粘性、無熱傳導(dǎo)。應(yīng)用條件流體運動的能量方程流體運動的動量方程動量方程根據(jù)牛頓第二定律推導(dǎo)出的動量守恒方程。應(yīng)用條件適用于不可壓縮、無粘性流體，且流線平行的情況。流體流動的阻力和能量損失04CATALOGUE摩擦阻力流體流動的阻力由于流體內(nèi)部摩擦而產(chǎn)生的阻力，與流體的粘性和流速有關(guān)。局部阻力由于流體流經(jīng)管件、閥門等局部障礙物時產(chǎn)生的阻力，與障礙物的形狀、尺寸和流體流速有關(guān)。由于流體兩側(cè)壓力差而產(chǎn)生的阻力，與流體流速和流體性質(zhì)有關(guān)。壓差阻力沿程損失流體流經(jīng)局部障礙物時，由于局部阻力而損失的能量。局部損失附加壓力損失由于流體流速增加或減小而引起的壓力損失。流體在管道中流動時，由于摩擦阻力而損失的能量。流體流動的能量損失減小阻力與能量損失的措施優(yōu)化管道設(shè)計采用流線型設(shè)計，減少不必要的彎頭、閥門等局部障礙物，以降低局部阻力和能量損失。選擇合適的管材和內(nèi)壁光滑的管道使用內(nèi)壁光滑的管道可以減少摩擦阻力，降低沿程損失。合理配置泵、風(fēng)機等設(shè)備根據(jù)實際需求選擇合適的泵、風(fēng)機型號和數(shù)量，避免不必要的能量浪費。加強設(shè)備維護保養(yǎng)定期對管道、閥門等設(shè)備進行清洗和維護，保持其良好的工作狀態(tài)，以減少阻力和能量損失。流體在管道中的流動05CATALOGUE由金屬材料制成，如鋼管、銅管等，具有較高的耐壓和耐腐蝕性能，廣泛應(yīng)用于液體和氣體的輸送。金屬管道由非金屬材料制成，如塑料管、玻璃管等，具有重量輕、耐腐蝕、安裝方便等特點，常用于給水、排水等工程。非金屬管道由兩種或兩種以上材料組成，如襯膠管道、襯塑管道等，結(jié)合了金屬和非金屬管道的特點，具有更高的耐壓和耐腐蝕性能。復(fù)合管道管道的類型與特點局部阻力由于管道中的閥門、彎頭等局部構(gòu)件對流體的阻礙而產(chǎn)生的阻力，與局部構(gòu)件的形式、數(shù)量和位置等因素有關(guān)。壓差阻力由于流體在管道中流動時前后壓力差而產(chǎn)生的阻力，與流體在管道中的流速和流量等因素有關(guān)。摩擦阻力由于流體在管道內(nèi)壁的摩擦而產(chǎn)生的阻力，與流體的流速、管道的長度、直徑和粗糙度等因素有關(guān)。管道中的流動阻力計算010203流量計算根據(jù)管道的截面積和流速計算流體的流量，公式為Q=AV，其中Q為流量，A為管道截面積，V為流速。壓力損失計算根據(jù)流體在管道中流動時的壓力損失計算公式，計算管道的壓力損失，公式為ΔP=λ*l/d*V^2/2g，其中ΔP為壓力損失，λ為摩擦阻力系數(shù)，l為管道長度，d為管道直徑，V為流速，g為重力加速度。水頭損失計算根據(jù)流體在管道中流動時的水頭損失計算公式，計算管道的水頭損失，公式為ΔH=∑Δhi=∑λ*V^2/2g，其中ΔH為水頭損失，Δhi為各段管道的水頭損失，λ為摩擦阻力系數(shù)，V為流速，g為重力加速度。管道的水力計算流體流動的數(shù)值模擬方法06CATALOGUE01它能夠解決復(fù)雜的流體動力學(xué)問題，提供定量的預(yù)測和模擬結(jié)果。數(shù)值模擬方法廣泛應(yīng)用于流體動力學(xué)、氣象學(xué)、環(huán)境科學(xué)等領(lǐng)域。數(shù)值模擬方法具有靈活性、高效性和可重復(fù)性等優(yōu)點，但也存在計算量大、對計算機性能要求高等挑戰(zhàn)。數(shù)值模擬方法是一種通過數(shù)學(xué)模型和數(shù)值計算來模擬流體流動的方法。020304數(shù)值模擬方法的概述有限差分法01有限差分法是一種基于差分原理的數(shù)值模擬方法。02它通過將連續(xù)的物理量離散化為有限個離散點上的數(shù)值，并建立差分方程來描述物理量的變化規(guī)律。03有限差分法適用于求解一維和二維流體流動問題，具有簡單、直觀和計算效率高等優(yōu)點。04但對于復(fù)雜的三維問題，有限差分法可能會遇到數(shù)值不穩(wěn)定和計算精度低等問題。有限元法是一種基于變分原理的數(shù)值模擬方法。有限元法適用于求解復(fù)雜的三維流體流動問題，具有高精度和靈活性等優(yōu)點。但有限元法的計算量較大，對計算機性能要求較高，且對于某些特殊問題可能需要特殊的處理技巧。它通過將連續(xù)的物理量離散化為有限個單元，并利用變分原理建立能量方程來描述物理量的變化規(guī)律。有限元法01有限體積法是一