流體動(dòng)力學(xué)-基本概念

流體動(dòng)力學(xué)-基本概念主講人：任好玲華僑大學(xué)機(jī)電及自動(dòng)化學(xué)院2026年8月10日第三章流體力學(xué)基礎(chǔ)2內(nèi)容提要系統(tǒng)與控制體穩(wěn)定流動(dòng)和非穩(wěn)定流動(dòng)理想液體與實(shí)際液體一維流動(dòng)、多維流動(dòng)流線、流管和流束通流截面、流量和平均流量功、功率壓力12345678液體動(dòng)力學(xué)研究液體在外力作用下運(yùn)動(dòng)規(guī)律，即研究作用在液體上的力與液體運(yùn)動(dòng)之間的關(guān)系，及流體流動(dòng)時(shí)的能量轉(zhuǎn)換和流體對(duì)固體壁面的作用力。由于液體具有粘性，流動(dòng)時(shí)要產(chǎn)生摩擦力，因此研究液體流動(dòng)問題時(shí)必須考慮粘性的影響。物理學(xué)中的質(zhì)量守恒定律、動(dòng)量定理、能量守恒定律等，都是針對(duì)固定的系統(tǒng)而言的。由于流體所具有的流動(dòng)性，流體系統(tǒng)的位置和形狀都不固定，所以數(shù)學(xué)上描述起來困難。控制體就是為了解決這一問題提出的流體力學(xué)中的流動(dòng)方程建立，就是把各種適用于固定系統(tǒng)的物理定律改寫成適用于控制體的數(shù)學(xué)表達(dá)式。在任何與周圍隔絕的物質(zhì)系統(tǒng)（孤立系統(tǒng)）中，不論發(fā)生何種變化或過程，其總質(zhì)量保持不變物體動(dòng)量的增量等于它所受合外力的沖量即Ft=Δvm，或所有外力的沖量的矢量和如果一個(gè)系統(tǒng)不受外力或所受外力的矢量和為零，那么這個(gè)系統(tǒng)的總動(dòng)量保持不變，這個(gè)結(jié)論叫做動(dòng)量守恒定律。能量守恒定律指出能量既不會(huì)憑空產(chǎn)生，也不會(huì)憑空消失，它只能從一種形式轉(zhuǎn)化為另一種形式，或者從一個(gè)物體轉(zhuǎn)移到另一個(gè)物體，在轉(zhuǎn)移或轉(zhuǎn)化過程中其總量保持不變1.系統(tǒng)與控制體所謂系統(tǒng)，就是確定物質(zhì)的集合。系統(tǒng)以外的物質(zhì)稱為環(huán)境。系統(tǒng)與環(huán)境的分界面稱為邊界。系統(tǒng)具有如下的特點(diǎn)：系統(tǒng)始終包含著相同的流體質(zhì)點(diǎn)；系統(tǒng)的形狀和位置可以隨時(shí)間變化；邊界上可有力的作用和能量的交換，但不能有質(zhì)量的交換。1.系統(tǒng)與控制體所謂控制體，是指根據(jù)需要所選擇的具有確定位置和體積形狀的流場(chǎng)空間。控制體的表面稱為控制面。控制體具有以下的特點(diǎn)：控制體內(nèi)的流體質(zhì)點(diǎn)是不固定的；控制體的位置和形狀不會(huì)隨時(shí)間變化；控制面上不僅可以有力的作用和能量交換，而且還可以有質(zhì)量交換。系統(tǒng)控制體內(nèi)部質(zhì)點(diǎn)固定不固定位置和形狀變化固定與外界的交換只有力和能量，無質(zhì)量力、能量、質(zhì)量都有2、穩(wěn)定流動(dòng)和非穩(wěn)定流動(dòng)液體流動(dòng)時(shí)，若液體中任何一點(diǎn)的壓力，流速和密度都不隨時(shí)間變化，這種流動(dòng)稱為穩(wěn)定流動(dòng)（或恒定流動(dòng)）。反之，壓力，流速隨時(shí)間而變化的流動(dòng)稱為非穩(wěn)定流動(dòng)。如圖所示，從水箱中放水，若水箱上方有一補(bǔ)充水源使水位H保持不變，則出水口流出的液體中各點(diǎn)的壓力和速度均不隨時(shí)間變化，故為穩(wěn)定流動(dòng)。反之為非穩(wěn)定流動(dòng)。圖3-7穩(wěn)定流動(dòng)和非穩(wěn)定流動(dòng)3、理想液體與實(shí)際液體實(shí)際液體:既有粘性又可壓縮。在研究液體流動(dòng)時(shí)必須考慮液體粘性和可壓縮性的影響；理想液體:既無粘性又不可壓縮的假想液體。這樣的假想液體一般是為了便于導(dǎo)出基本方程。一維流動(dòng)：當(dāng)液體整個(gè)作線形流動(dòng)時(shí)，稱為一維流動(dòng)；二維或三維流動(dòng)：當(dāng)作平面或空間流動(dòng)時(shí)，稱為二維或三維流動(dòng)。4、一維流動(dòng)、多維流動(dòng)在非恒定流動(dòng)時(shí)，由于液流通過空間點(diǎn)的速度隨時(shí)間變化，因此流線形狀也隨時(shí)間變化；在恒定流動(dòng)時(shí)，流線的形狀不隨時(shí)間變化。5、流線、流管和流束流線:是流場(chǎng)中的一條一條的曲線，它表示同一瞬時(shí)流場(chǎng)中各質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。流線上每一質(zhì)點(diǎn)的速度矢量與這條曲線相切，因此，流線代表了在某一瞬時(shí)的許多流體質(zhì)點(diǎn)的流動(dòng)方向。流線之間不能相交，流線也不能突然轉(zhuǎn)折？？5、流線、流管和流束流管：在流場(chǎng)中給出一條不屬于流線的任意封閉曲線，沿該封閉曲線上的每一點(diǎn)作流線，由這些流線組成的表面稱為流管；流束：流管內(nèi)的流線群稱為流束。流管內(nèi)外的流線均不會(huì)穿越流管？流線彼此平行的流動(dòng)稱為平行流動(dòng)；流線間夾角很小，或流線曲率半徑很大的流動(dòng)稱為緩變流動(dòng)。平行流動(dòng)和緩變流動(dòng)都可認(rèn)為是一維流動(dòng)。6、通流截面、流量和平均流量垂直于液體流動(dòng)方向的截面稱為通流截面，也叫過流斷面。單位時(shí)間t內(nèi)流過某通流截面的液體體積V稱為流量Q，即：

1L/min=1/60000m3/s流量也可以同單位時(shí)間內(nèi)通過某通流界面的液體質(zhì)量來表示可看出，平均流速為流量與通流面積之比。實(shí)際上由于液體具有粘性，通流截面上中心處流速最大；越靠近管壁流速越小；管壁處的流速為零。以后所指流速均為平均流速6、通流截面、流量和平均流量功:W=F*S

7、功、功率功率靜止流體內(nèi)的壓力在各個(gè)方向上都相等；那么流動(dòng)液體呢？慣性力粘性力當(dāng)慣性力很小，且可以把流體認(rèn)為