化工原理-chap1_2-考研试题文档资料系列.ppt

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1、幻灯片2目录1.3 1.3 流体流动的基本方程流体流动的基本方程 1.3.1 1.3.1 基本概念基本概念 1.3.2 1.3.2 质量衡算方程质量衡算方程 1.3.3 1.3.3 运动方程运动方程一、作用在流体上的力一、作用在流体上的力二、运动方程二、运动方程三、三、N-SN-S方程方程四、欧拉方程四、欧拉方程五、不可压缩流体稳定层流时的五、不可压缩流体稳定层流时的N-SN-S 方程若干解方程若干解浙江大学本科生课程化工原理1第一章 流体力学基础1.3.1 1.3.1 基本概念基本概念1.3 1.3 流体流动的基本方程流体流动的基本方程一稳定流动与不稳定流动一稳定流动与不稳定流动 流流动动参

2、参数数都都不不随随时时间间而而变变化化，就就称称这这种种流流动动为为稳稳定定流流动动。否则就称为不稳定流动。否则就称为不稳定流动。浙江大学本科生课程化工原理2第一章 流体力学基础，单位，单位m/s点速度点速度 v，单位单位m/s1.3.1 1.3.1 基本概念基本概念二、流速和流量二、流速和流量浙江大学本科生课程化工原理3第一章 流体力学基础1.3.1 1.3.1 基本概念基本概念三、粘性三、粘性牛顿粘性定律牛顿粘性定律内内摩摩擦擦力力产产生生的的原原因因还还可可以以从从动动量量传传递角度加以理解递角度加以理解:浙江大学本科生课程化工原理4第一章 流体力学基础1.3.1 1.3.1 基本概念基

3、本概念非牛顿型流体非牛顿型流体浙江大学本科生课程化工原理5第一章 流体力学基础1.3.1 1.3.1 基本概念基本概念粘度粘度：物理意义：物理意义：衡量流体粘性大小的一个物理量衡量流体粘性大小的一个物理量单位：单位：获取方法：获取方法：属物性之一，属物性之一，由实验测定、查有关手册或资料、用经验公式计算。由实验测定、查有关手册或资料、用经验公式计算。影响因素：影响因素：浙江大学本科生课程化工原理6第一章 流体力学基础1.3.1 1.3.1 基本概念基本概念四流动类型和雷诺数四流动类型和雷诺数雷诺数雷诺数层流或滞流层流或滞流laminar flow浙江大学本科生课程化工原理7第一章 流体力学基础

4、1.3.1 1.3.1 基本概念基本概念直管内流动时，直管内流动时，Re 2000 层流层流 Re=2000 4000 过渡区过渡区 Re4000 湍流湍流浙江大学本科生课程化工原理8第一章 流体力学基础1.3.1 1.3.1 基本概念基本概念五、几种时间导数五、几种时间导数对流导数项浙江大学本科生课程化工原理9第一章 流体力学基础 1.3.2 1.3.2 质量衡算方程质量衡算方程一、管内流动的连续性方程一、管内流动的连续性方程浙江大学本科生课程化工原理10第一章 流体力学基础-管内流动的 连续性方程 1.3.2 1.3.2 质量衡算方程质量衡算方程对于管道内稳定流动，对于管道内稳定流动，/t

5、=0，上式变为：上式变为：浙江大学本科生课程化工原理11第一章 流体力学基础 1.3.2 1.3.2 质量衡算方程质量衡算方程思考：如果管道有分支，则稳定流动时的连续性方程又如何？浙江大学本科生课程化工原理12第一章 流体力学基础 1.3.2 1.3.2 质量衡算方程质量衡算方程 二、二、连续性方程的微分式：连续性方程的微分式：x方向上净输出的质量流量为：方向上净输出的质量流量为：同理得：同理得：y方向上净输出的质量流量为：方向上净输出的质量流量为：z方向上净输出的质量流量为：方向上净输出的质量流量为：浙江大学本科生课程化工原理13第一章 流体力学基础-连续性方程微分式若流体不可压缩，则D/D

6、t=0浙江大学本科生课程化工原理14第一章 流体力学基础柱坐标系：球坐标系：浙江大学本科生课程化工原理15第一章 流体力学基础1.3.3 1.3.3 运动方程运动方程动量定理：动量定理：物体的动量随时间的变化率等于作用在该物体上所有外力之和。物体的动量随时间的变化率等于作用在该物体上所有外力之和。浙江大学本科生课程化工原理16第一章 流体力学基础-(A)1.3.3 1.3.3 运动方程运动方程直角坐标系下：浙江大学本科生课程化工原理17第一章 流体力学基础-(B)一、作用在流体上的力一、作用在流体上的力1.3.3 1.3.3 运动方程运动方程其中：其中：-(C)浙江大学本科生课程化工原理18第

7、一章 流体力学基础表示应力作用面的法线方向表示应力的方向1.3.3 1.3.3 运动方程运动方程记为记为 ij浙江大学本科生课程化工原理19第一章 流体力学基础1.3.3 1.3.3 运动方程运动方程浙江大学本科生课程化工原理20第一章 流体力学基础浙江大学本科生课程化工原理21第一章 流体力学基础1.3.3 1.3.3 运动方程运动方程类似地：类似地：于是：于是：-(D)浙江大学本科生课程化工原理22第一章 流体力学基础将式将式(C)、(D)代入式代入式(B)得：得：-(E)1.3.3 1.3.3 运动方程运动方程将式将式(E)代入式代入式(A)得：得：浙江大学本科生课程化工原理23第一章

8、流体力学基础-运运动动方方程程1.3.3 1.3.3 运动方程运动方程浙江大学本科生课程化工原理24第一章 流体力学基础1.3.3 1.3.3 运动方程运动方程应力与形变速率之间的关系应力与形变速率之间的关系本构方程本构方程回忆：一维层流时回忆：一维层流时浙江大学本科生课程化工原理25第一章 流体力学基础将本构方程代入运动方程得：将本构方程代入运动方程得：三维层流时：三维层流时：本本构构方方程程浙江大学本科生课程化工原理26第一章 流体力学基础-N-S方方程程三、奈维三、奈维-斯托克斯方程（斯托克斯方程（N-S方程）方程）浙江大学本科生课程化工原理27第一章 流体力学基础将连续性方程代入将连续

9、性方程代入N-S方程中得：方程中得：-不不可可压压缩缩流流体体的的 N-S方程方程浙江大学本科生课程化工原理28第一章 流体力学基础四欧拉方程四欧拉方程-理想流体的理想流体的N-S方程方程-欧 拉（Euler）方程五五不可压缩不可压缩流体流体稳定层流稳定层流流动时的流动时的N-S方方程若干解程若干解粘度为零的流体粘度为零的流体浙江大学本科生课程化工原理29第一章 流体力学基础1圆管内的稳定层流圆管内的稳定层流浙江大学本科生课程化工原理30第一章 流体力学基础表明表明vz只是只是r的函数；的函数；只是只是z的函数的函数1圆管内的稳定层流圆管内的稳定层流浙江大学本科生课程化工原理31第一章 流体力

10、学基础边界条件：边界条件：边界条件：边界条件：1圆管内的稳定层流圆管内的稳定层流浙江大学本科生课程化工原理32第一章 流体力学基础当当r0时，有最大值，即时，有最大值，即1圆管内的稳定层流圆管内的稳定层流浙江大学本科生课程化工原理33第一章 流体力学基础1圆管内的稳定层流圆管内的稳定层流浙江大学本科生课程化工原理34第一章 流体力学基础引入：阻力系数（又称范宁因子）引入：摩擦因数1圆管内的稳定层流圆管内的稳定层流浙江大学本科生课程化工原理35第一章 流体力学基础2试试证证明明不不可可压压缩缩流流体体管管内内稳稳定定流流动动时时，管管截截面面上上的的流流体体满满足足静静力力学学方程。即方程。即 证明：不可压缩流体有不可压缩流体有 浙江大学本科生课程化工原理36第一章 流体力学基础压压力力p是是x、z的的函函数数，而而与与y无无关关。因因此此，等等高高面面即为等压面。即为等压面。在点在点1、2间积分得：间积分得：浙江大学本科生课程化工原理37第一章 流体力学基础