2021-2022学年高二物理竞赛课件：流体力学的实验描述.pptx

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1、流体力学的实验描述图 8-1 绕流示例流动分类 根据工程的实际情况，流动可分为：内流和外流。内流内流：如右上图。外流：外流：如右下图。图 8-2 流动分类示意图本章的主要内容 本章主要讨论绕流问题，即外流问题。首先将介绍粘性流体的运动微分方程，然后将给出边界层的概念及其控制方程，最后针对绕流流动现象的一些具体问题进行了讨论。第一节 无旋流动无旋流动无旋流动：流动场中各点旋转角度等于零的运动，称为无旋流动。在无旋流动中：因此，无旋流动的前提条件是：根据全微分理论，上列三式是某空间位置函数存在的充分必要条件。它和速度分量的关系可以表示为：函数 称为速度势函数。存在势函数的流动，称为有势流动，简称势

2、流。无旋流动必然是势流动。第二节 平面无旋流动在流场中，某一方向流速为零，而另两方向的流速与上述轴向坐标无关的流动，称为平面流动。在不可压流体平面流动中，连续性方程简化为：如果是无旋流动，则平面无旋流动的速度势函数为：定义一个函数满足上式的函数，称为流函数流函数。一切不可压缩流体的平面流动，无论是有旋流动或是无旋流动都存在流函数，但只有无旋动才存在势函数。所以，对于平面流动问题，流函数具有更加普遍的性质，它是研究平面流动的一个重要工具。流函数和势函数共同以流速相互联系，它们互为共轭调和函数。流网（）流线与等势线线相交。（）相邻两流线的流函数值之差，是此两流线间的单宽流量。（）流网中每一网格的相

3、邻边长维持一定的比例。流场中的流网，可以利用流线和等势线相互正交，形成网线正方网格的特性，直接在流场中徒手绘出。一个流动存在势函数的条件是仅仅是流动无旋，只要无旋，那么，不管是可压缩流体，还是不可压缩流体，也不管是恒定流，还是非恒定流，都存在势函数。对于不可压缩流体，无旋流动，势函数满足拉普拉斯方程。第三节第三节 几种简单的平面势流几种简单的平面势流 一、均匀直线流动一、均匀直线流动二、源流和汇流二、源流和汇流 三、环流三、环流 四、直角内的流动四、直角内的流动一一 均匀等速流均匀等速流 流速的大小和方向沿流线不变的流动为流速的大小和方向沿流线不变的流动为均匀流均匀流；若流线平行且流速相等，则

4、称若流线平行且流速相等，则称均匀等速流均匀等速流。（7-43c）（7-43d）图图7-17-13 3 均匀等速流均匀等速流 由于流场中各点的速度相同，流动无旋，故处处有 常数，即在流场中各点的总势能保持不变。若是水平面上的均匀等势流，或者不计重力的影响（例如大气），则p=常数，即压强在流场中压强在流场中处处相等处处相等。二二 点点源和点汇源和点汇 无限大平面上，流体从一点沿径向直线均匀地向外流出的无限大平面上，流体从一点沿径向直线均匀地向外流出的流动，称为流动，称为点源点源，这个点称为，这个点称为源点源点；如果流体沿径向均匀的流向；如果流体沿径向均匀的流向一点，称为一点，称为点汇点汇，这个点称为，这个点称为汇点汇点。不论是点源还是点汇，流场不论是点源还是点汇，流场中只有径向速度中只有径向速度，即，即图图7-17-14 4 源流源流和汇流和汇流 (a)(a)(a)(a)(b)(b)(b)(b)