流体力学泵与风机.ppt
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1、流体力学泵与风机1现在学习的是第1页,共42页第一部分第一部分流体力学流体力学第一章第一章 绪论第二章第二章 流体静力学流体静力学第三章第三章 一元流体动力学基础一元流体动力学基础第四章第四章 流动阻力和能量损失流动阻力和能量损失第五章第五章 孔口管嘴管路流动孔口管嘴管路流动2现在学习的是第2页,共42页第一章 绪 论1.1 1.1 认识流体力学认识流体力学1.21.2作用在流体上的力作用在流体上的力1.31.3流体流体的主要的主要力学力学性质性质1.4 1.4 流体的力学模型流体的力学模型3现在学习的是第3页,共42页1.11.1 认识流体力学 自然界物质存在的主要形态:自然界物质存在的主要
2、形态:自然界物质存在的主要形态:自然界物质存在的主要形态:固态固态、液态和气态、液态和气态二、流体的定义:二、流体的定义:二、流体的定义:二、流体的定义:流体与固体的区别流体与固体的区别 具有具有流动性流动性的物体是流体(即能够流动的物体)的物体是流体(即能够流动的物体)。液体和气体是液体和气体是流体流体固体静止时固体静止时既能承受压力,也能承受拉力与剪切力既能承受压力,也能承受拉力与剪切力 ;流体只能承受压力,一般不能承受拉力,流体只能承受压力,一般不能承受拉力,任何一个任何一个 微小的剪切力都能使流体发生连续的变形微小的剪切力都能使流体发生连续的变形。一、流体力学的定义:一、流体力学的定义
3、:一、流体力学的定义:一、流体力学的定义:研研究究流流体体在在静静止止与与运运动动状状态态下下的的力力学学规规律律及及其其工工程程应应用用的的学学科科(研研究究对对象、内容及目的)象、内容及目的)4现在学习的是第4页,共42页 液体与气体的区别液体与气体的区别液体与气体的区别液体与气体的区别:液体的流动性小于气体;液体的流动性小于气体;气体易于压缩;而液体难于压缩气体易于压缩;而液体难于压缩 ;液体具有一定的体积,并取决于容器的形状,液体具有一定的体积,并取决于容器的形状,存在一个自由存在一个自由液面液面;气体充满任何容器,而无一定体积;气体充满任何容器,而无一定体积,不存在自由液,不存在自由
4、液面面。液体与气体的共同点:液体与气体的共同点:液体与气体的共同点:液体与气体的共同点:两者均具有易流动性,即在任何微小切应力作用下都会发两者均具有易流动性,即在任何微小切应力作用下都会发生连续变形或流动,故二者统称为流体。生连续变形或流动,故二者统称为流体。三、流体的特征三、流体的特征三、流体的特征三、流体的特征流动性流动性-在任意微小剪切力作用下会发生连续变形的在任意微小剪切力作用下会发生连续变形的 特性特性 流动性是区别流体和固体的基本力学特征,是便于用管道、流动性是区别流体和固体的基本力学特征,是便于用管道、渠道进行输送,适宜作供热、供冷等工作介质的主要原因。渠道进行输送,适宜作供热、
5、供冷等工作介质的主要原因。5现在学习的是第5页,共42页四、流体的分类四、流体的分类流体分为牛顿流体和非牛顿流体流体分为牛顿流体和非牛顿流体牛顿流体:指在受力后极易变形,且切应力与变形速率成正比的低牛顿流体:指在受力后极易变形,且切应力与变形速率成正比的低粘性流体。粘性流体。非牛顿流体:是指不满足牛顿黏性实验定律的流体,即其剪非牛顿流体:是指不满足牛顿黏性实验定律的流体,即其剪应力与剪切应变率之间不是线性关系的流体。应力与剪切应变率之间不是线性关系的流体。水、酒精等大多数纯液体、轻质油、低分子化合物溶液水、酒精等大多数纯液体、轻质油、低分子化合物溶液以及低速流动的气体等均为牛顿流体。非牛顿流体
6、广泛存在以及低速流动的气体等均为牛顿流体。非牛顿流体广泛存在于生活、生产和大自然之中。绝大多数生物流体都属于现在于生活、生产和大自然之中。绝大多数生物流体都属于现在所定义的非牛顿流体。人身上血液、淋巴液、囊液等多种体所定义的非牛顿流体。人身上血液、淋巴液、囊液等多种体液,以及像红细胞那样的液,以及像红细胞那样的“半流体半流体”都属于非牛顿流体。都属于非牛顿流体。本课程讲述的是牛顿流体本课程讲述的是牛顿流体6现在学习的是第6页,共42页五、生活中的流体力学五、生活中的流体力学 水往低处流水往低处流司马光砸缸;司马光砸缸;风平浪静,无风不起浪;微风吹拂,微波荡漾;大风风平浪静,无风不起浪;微风吹拂
7、,微波荡漾;大风大浪;狂风大作,波浪滔天大浪;狂风大作,波浪滔天 ;高尔夫球的粗糙表面;高尔夫球的粗糙表面;足球的弧圈球,乒乓球的旋球技术足球的弧圈球,乒乓球的旋球技术 ;飞机之所以能起飞;飞机之所以能起飞;两张纸相吸的实验两张纸相吸的实验 ;风案、船案风案、船案-“流体力学流体力学”断案。断案。认识的形象化、具体化认识的形象化、具体化学以致用,善于利用,趋利避害。学以致用,善于利用,趋利避害。汽车的形状进化汽车的形状进化 ;7现在学习的是第7页,共42页五、流体力学的研究方法五、流体力学的研究方法1.1.理论方法理论方法 理论分析的一般过程是:建立力学模型,用物理学基本理论分析的一般过程是:
8、建立力学模型,用物理学基本定律推导流体力学数学方程,用数学方法求解方程,检验和定律推导流体力学数学方程,用数学方法求解方程,检验和解释求解结果。解释求解结果。理论分析结果能揭示流动的内在规律,具有普遍适用性,但理论分析结果能揭示流动的内在规律,具有普遍适用性,但分析范围有限。分析范围有限。理论基础:理论基础:1、质量守恒原理质量守恒原理 2、能量守恒原理、能量守恒原理 3、动量定理、动量定理4、牛顿三大定律、牛顿三大定律18现在学习的是第18页,共42页2.2.实验方法实验方法 实验研究的一般过程是:在相似理论的指导下建立模拟实验实验研究的一般过程是:在相似理论的指导下建立模拟实验系统,用流体
9、测量技术测量流动参数,处理和分析实验数据。系统,用流体测量技术测量流动参数,处理和分析实验数据。典型的流体力学实验有:典型的流体力学实验有:风洞实验、水洞实验、水池实验风洞实验、水洞实验、水池实验等。等。测量技术有:测量技术有:热线、激光测速;粒子图像、迹线测速;高速摄影;全息热线、激光测速;粒子图像、迹线测速;高速摄影;全息照相;压力、密度测量照相;压力、密度测量等。等。现代测量技术在计算机、光学和图像技术配合下,在提高空间分辨率和现代测量技术在计算机、光学和图像技术配合下,在提高空间分辨率和实时测量方面已取得长足进步。实时测量方面已取得长足进步。实验结果能反映工程中的实际流动规律,发现新现
10、象,检验理论结果等,实验结果能反映工程中的实际流动规律,发现新现象,检验理论结果等,但结果的普适性较差。但结果的普适性较差。19现在学习的是第19页,共42页 数值研究的一般过程是:对流体力学数学方程作简化和数值离散化,数值研究的一般过程是:对流体力学数学方程作简化和数值离散化,编制程序作数值计算,将计算结果与实验结果比较。编制程序作数值计算,将计算结果与实验结果比较。常用的方法有:常用的方法有:有限差分法、有限元法、有限体积法、边界元法、谱有限差分法、有限元法、有限体积法、边界元法、谱分析法分析法等。等。计算的内容包括:飞机、汽车、河道、桥梁、涡轮机等流场计算;计算的内容包括:飞机、汽车、河
11、道、桥梁、涡轮机等流场计算;湍流、流动稳定性、非线性流动等数值模拟。大型工程计算软件已成为湍流、流动稳定性、非线性流动等数值模拟。大型工程计算软件已成为研究工程流动问题的有力武器。研究工程流动问题的有力武器。数值方法的优点是能计算理论分析方法无法求解的数学方程,比实数值方法的优点是能计算理论分析方法无法求解的数学方程,比实验方法省时省钱,但毕竟是一种近似解方法,适用范围受数学模型的正验方法省时省钱,但毕竟是一种近似解方法,适用范围受数学模型的正确性和计算机的性能所限制。确性和计算机的性能所限制。l l 三种方法各有优缺点,应取长补短,互为补充。三种方法各有优缺点,应取长补短,互为补充。3.数值
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- 流体力学 风机
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