第三章.一元流体动力学基础ppt

第三章第三章一元流体动力学基础一元流体动力学基础流体运动学研究流体的运动规律，如速度、流体运动学研究流体的运动规律，如速度、加速度等运动参数的变化规律，而流体动力学加速度等运动参数的变化规律，而流体动力学则研究流体在外力作用下的运动规律则研究流体在外力作用下的运动规律,即流体的即流体的运动参数与所受力之间的关系。运动参数与所受力之间的关系。本章主要介绍本章主要介绍流体运动学和流体动力学的流体运动学和流体动力学的基本知识基本知识,推导出流体动力学中的几个重要的基推导出流体动力学中的几个重要的基本方程：本方程：连续性方程、动量方程和能量方程连续性方程、动量方程和能量方程,这些方程是分析流体流动问题的基础。些方程是分析流体流动问题的基础。本章导读本章导读一、流场的概念一、流场的概念流体是由无限多的连续分布的流体质点所组成，流流体是由无限多的连续分布的流体质点所组成，流体的运动一般都是在固体壁面所限制的空间内外进行的。体的运动一般都是在固体壁面所限制的空间内外进行的。例如，室内空气的流动、室外大气的绕流、管道中水、蒸例如，室内空气的流动、室外大气的绕流、管道中水、蒸气或煤气的流动等，都是在建筑物的墙壁、管道的管壁等气或煤气的流动等，都是在建筑物的墙壁、管道的管壁等固体壁面所限制的空间内外进行的。因此，流体在流动过固体壁面所限制的空间内外进行的。因此，流体在流动过程中将连续地占据这些空间。我们程中将连续地占据这些空间。我们把流体流动所占据的全把流体流动所占据的全部空间称为部空间称为流场流场。流体力学的主要任务就是研究流场中流流体力学的主要任务就是研究流场中流体的运动规律。体的运动规律。第一节第一节描述流体运动的两种方法描述流体运动的两种方法二、描述流体运动的两种方法二、描述流体运动的两种方法1.拉格朗日方法拉格朗日方法（lagrangianmethod）是以流场中是以流场中每一流体质点作为描述流体运动的方法，它以流体个每一流体质点作为描述流体运动的方法，它以流体个别质点随时间的运动为基础，通过综合足够多的质点别质点随时间的运动为基础，通过综合足够多的质点（即质点系）运动求得整个流动。（即质点系）运动求得整个流动。——质点系法质点系法研究对象：研究对象：流体质点流体质点空间坐标空间坐标tcbazztcbayytcbaxx,,,,,,,,,（a,b,c）为）为t=t0起始时刻质点所在的空间位置坐标，起始时刻质点所在的空间位置坐标，称为称为拉格朗日数拉格朗日数。所以，任何质点在空间的位置（所以，任何质点在空间的位置（x,y,z）都可看）都可看作是（作是（a,b,c）和时间）和时间t的函数。的函数。2、欧拉法、欧拉法欧拉法欧拉法（eulermethod）是以流体质点流经流场中）是以流体质点流经流场中各空间点的运动来研究流动的方法。各空间点的运动来研究流动的方法。——流场法流场法研究对象：研究对象：流场流场它不直接追究质点的运动过程，而是以充满运动它不直接追究质点的运动过程，而是以充满运动流体质点的空间流体质点的空间——流场为对象。研究各时刻质点在流场为对象。研究各时刻质点在流场中的变化规律。固守于流场各空间点流场中的变化规律。固守于流场各空间点,通过观察通过观察在流动空间中的每一个空间点上运动要素随时间的变在流动空间中的每一个空间点上运动要素随时间的变化，把足够多的空间点综合起来而得出的整个流体的化，把足够多的空间点综合起来而得出的整个流体的运动情况。运动情况。三、两种方法的比较三、两种方法的比较欧拉法欧拉法分别描述有限质点的轨迹分别描述有限质点的轨迹同时描述所有质点的瞬时参数同时描述所有质点的瞬时参数不能直接反映参数的空间分布不能直接反映参数的空间分布直接反映参数的空间分布直接反映参数的空间分布不适合描述流体微元的不适合描述流体微元的运动变形特性运动变形特性适合描述流体微元的适合描述流体微元的运动变形特性运动变形特性拉格朗日观点是重要的拉格朗日观点是重要的流体力学最常用的解析方法流体力学最常用的解析方法拉格朗日法拉格朗日法