第三章流體流動的基本概念和方程一、本章的教學(xué)目的及基本要求二．本章各節(jié)的教學(xué)內(nèi)容及分鐘分配三、本章教學(xué)內(nèi)容的重點(diǎn)和難點(diǎn)四、本章教學(xué)內(nèi)容的深化和拓寬應(yīng)用，恒定總流動量方程在實(shí)際工程中的應(yīng)用，恒定平面勢流的實(shí)五、本章教學(xué)方式（手段）及教學(xué)過程中應(yīng)注意的問題六、本章的主要參考書目《工程流體力學(xué)》（管楚定北京電力?？茖W(xué)校）《工程流體力學(xué)》（上海電力學(xué)院成教院）七、本章的思考題和習(xí)題一、包含教材章節(jié)二、本單元教學(xué)內(nèi)容（具體到各知識點(diǎn)）三、本單元的教學(xué)方式（手段）四、本單元師生活動設(shè)計(jì)五、本單元的講課提綱、板書設(shè)計(jì)（電子教案）六、本單元的作業(yè)布置七、課后總結(jié)一、包含教材章節(jié)二、本單元教學(xué)內(nèi)容（具體到各知識點(diǎn)）三、本單元的教學(xué)方式（手段）四、本單元師生活動設(shè)計(jì)五、本單元的講課提綱、板書設(shè)計(jì)（電子教案）六、本單元的作業(yè)布置七、課后總結(jié)一、包含教材章節(jié)二、本單元教學(xué)內(nèi)容（具體到各知識點(diǎn)））：6）能量方程的推廣（有分流的能量方程與水泵例題分析（二）三、本單元的教學(xué)方式（手段）四、本單元師生活動設(shè)計(jì)五、本單元的講課提綱、板書設(shè)計(jì)（電子教案）六、本單元的作業(yè)布置七、課后總結(jié)授課序號：十一一、包含教材章節(jié)二、本單元教學(xué)內(nèi)容（具體到各知識點(diǎn)）三、本單元的教學(xué)方式（手段）四、本單元師生活動設(shè)計(jì)五、本單元的講課提綱、板書設(shè)計(jì)（電子教案）六、本單元的作業(yè)布置七、課后總結(jié)一、包含教材章節(jié)二、本單元教學(xué)內(nèi)容（具體到各知識點(diǎn)）三、本單元的教學(xué)方式（手段）四、本單元師生活動設(shè)計(jì)五、本單元的講課提綱、板書設(shè)計(jì)（電子教案）：六、本單元的作業(yè)布置七、課后總結(jié)第三章流體流動的基本概念和方程流體流動的特點(diǎn)學(xué)則研究流體在外力作用下的運(yùn)動規(guī)律，即流體的運(yùn)動參數(shù)與所受力之間的關(guān)系l3.1研究流體運(yùn)動的兩種方法坐標(biāo)和時(shí)間的連續(xù)函數(shù)流場（flowfield流體質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動的全部空間。這種研究方法，最基本的參數(shù)是流體質(zhì)點(diǎn)的位移，在某一時(shí)刻t，任一流體質(zhì)點(diǎn)的位3、速度表示：將式（3一1）對時(shí)間t求一階和二階導(dǎo)數(shù)，可得任意流體質(zhì)點(diǎn)的速度（3—4）3、流體質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動軌跡方程運(yùn)動軌的三個(gè)速度分量（3—7）流體質(zhì)點(diǎn)在某一時(shí)刻經(jīng)過某空間點(diǎn)時(shí)的三個(gè)加速度分量根據(jù)矢量分析的點(diǎn)積公式產(chǎn)生了遷移加速度；如果在某一段時(shí)間流體質(zhì)點(diǎn)和空間點(diǎn)是兩個(gè)截然不同的概念，…，3—10）三、歐拉法比拉格朗日法優(yōu)越的原因四、例題講解一、定常流動和非定常流動（steady動和非穩(wěn)定流動根據(jù)流體的流動參數(shù)是否隨時(shí)間而變?nèi)鐖D3一3所示裝置，將閥門A和B的開度調(diào)節(jié)到使水箱的水位保持不變，則水箱和點(diǎn)等）的流體質(zhì)點(diǎn)的強(qiáng)和速度都不隨因此，定常流動時(shí)流體加速度在各坐標(biāo)軸方向的分量可簡化成和給水管道中的流體流動也都是定常流動。可見研究流體的定常流動有很大的實(shí)際意義。如圖3一4所示的帶錐度的圓管內(nèi)粘性流體的l3.3流體動力學(xué)的幾個(gè)基本概念2、數(shù)學(xué)表達(dá)式跡線的研究是屬于拉格朗日法的內(nèi)容，跡線表示同一流體質(zhì)點(diǎn)在不同時(shí)刻所形成的曲2、研究意義表示在同一瞬時(shí)各水點(diǎn)的流動方向線就是流線。3、流線具有四個(gè)特性：(2）通過某一空間點(diǎn)在給定瞬間只能有一條流線，一般情況流線不能相交和分支。動方向的問題。速度為零的點(diǎn)稱駐點(diǎn)，速度為無窮大的點(diǎn)稱為奇點(diǎn)。4、流線微分方程現(xiàn)由矢量分析法導(dǎo)出流線微分方程。設(shè)在某一空間點(diǎn)上流體質(zhì)點(diǎn)的速度矢量V=ui+vj+wk，通過該點(diǎn)流線上的微元線段dL=dxi+dyj+dzk。由流線的定義知，空間點(diǎn)上流體質(zhì)點(diǎn)的速度與流線相切。根據(jù)矢量分析，這兩個(gè)矢量的矢量積應(yīng)等于零，即1、流管定義：在流場中任取一條不是流線的封閉曲線，通過曲線上各點(diǎn)組成一個(gè)管狀表面，稱之為流管。2、流管特性：一束流線簇，稱為流束。不隨時(shí)間而改變；在非定常流動中，流束將隨時(shí)間而改變它的形狀和位置。四、有效截面有效截面上，各點(diǎn)的速度可認(rèn)為是相同的五、流量和平均流速由于微元流束有效截面上各點(diǎn)的流速v是相等的，所以通過微元流束有效截面積為時(shí)通過該有效截面上的體積流量仍與各點(diǎn)以真實(shí)流速V流動時(shí)所得到的體積流量相 ……（3—20）（3—21）l3.4流體流動的連續(xù)性方程連續(xù)性方程（equationofcontinuity）是質(zhì)量守恒定律（lawofmassconservation）在一、直角坐標(biāo)系下連續(xù)性微分方程式得在dt時(shí)間內(nèi)，沿X軸方向從左邊微元面積dydz流人的流體(3—22)上述兩者之差為在dt時(shí)間內(nèi)沿X軸方向流體質(zhì)量的變化，即(3—23)因此，在dt時(shí)間內(nèi)經(jīng)過微元六面體的流體質(zhì)量總（3—24）和由于流體密度的變化而產(chǎn)生的六面體內(nèi)的流體質(zhì)量變化相等。設(shè)開始瞬時(shí)流體的密度為則可求出在dt時(shí)間內(nèi)，六面體內(nèi)因密度的變化而引起的質(zhì)量變化為（3—25）5、可壓縮流體非定常流動的連續(xù)性方程（3—26）6、可壓縮流體定常流動的連續(xù)性方程（3—27）7、不可壓縮流體的連續(xù)性方程（3—28）一時(shí)間內(nèi)流人的體積流量與流出的體積流量相（3—29）此在單位時(shí)間內(nèi)通過微元流管的任一有效截面的流體質(zhì)量都應(yīng)相等，即（3—30）22（3—31）成（3—32）式中ρ1和ρ2分別代表截面Al和A2上的平均密度。式（3一32）表示當(dāng)流動為對不可壓縮流體ρ=常數(shù)，則式（3一32）成為VA-w（3—33）截面面積小的地方平均流速就大。三、例題講解l3.5理想流體的運(yùn)動微分方程于X軸的左右兩個(gè)平面中心點(diǎn)上的壓強(qiáng)各等于位質(zhì)量的質(zhì)量力分量為fz、fy和大，則作用在微X軸方向的分量為又流體微團(tuán)的加速度在X軸上的投影為，則根據(jù)牛頓第二定律得X軸將上式各項(xiàng)除以流體微團(tuán)的流體質(zhì)量岡xdydz，化簡后得：果把加速度寫成展開式，可將歐拉運(yùn)動方程寫成如下形式論上提供了求解這四個(gè)未知數(shù)的可能性。l3.6理想流體微元流束的伯努里方程一、理想流體微元流束的伯努里方程假定流體是定常流動，則有（3—40）（3—42）第二項(xiàng)p/(ρg）表示單位重量流體的壓強(qiáng)勢能（pressureenergy)；第三項(xiàng)V2/(2g單位重量流體具有的動能（kineticenergy）程是能量守恒定律在流體力學(xué)中的一種特殊表現(xiàn)形式。第二項(xiàng)p/(Pg）表示單位重量流體的壓強(qiáng)水頭(pressurehead)，無阻力的情況下，單位重量流體所能垂直上升的最大高度，稱之為速度水頭（velocityl3.7伯努里方程的應(yīng)用一、皮托管在液體管道的某一截面處裝有一個(gè)測測速管中上升的液柱比測壓管內(nèi)的液柱高計(jì)算出的要小，因此，實(shí)際流速為（3—44）考慮到實(shí)際情況，（3—45）346（3—48）（3—49）…（3—50）考慮到實(shí)際情況三、伯努里方程應(yīng)用時(shí)特別注意的幾個(gè)問題截面上A點(diǎn)的壓強(qiáng)，又取同一有效截面上另一四、例題講解l3.8定常流動的動量方程一、動量定理作用實(shí)際流體，可壓縮流體還是不可壓縮流體，動量定理都能適用。二、動量方程推導(dǎo)流體系統(tǒng)動量的時(shí)間變化率等于作用在系統(tǒng)上的外力矢量和。之間的流段作為研究對象，兩截面上的平均流速分別Vl和V2，流段在質(zhì)量力、兩截面上的壓強(qiáng)和