高等流体力学课件-高等流体力学(10).ppt

工程流体力学课件4流动阻力和水头损失.ppt

Engineering Fluid Mechanics,工程流体力学,2021722,1,Engineering Fluid Mechanics工程流,第1章 流体及其主要物理性质,第2章 流体静力学,第3章 流体动力学基础,第4章 流动阻,

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1、1,粘性流体力学课件,鹿院卫2008.11,1粘性流体力学课件鹿院卫,中科院王德华研究员,学生优秀，真是学生自己的事情。学生自己的心态与追求，成就他（她）的学术进步。作为导师，只要把该说的的说了，该做的做了，学生的造化就是自己的事情。任何强求，任何过分要求，都会让自己处于被动甚至尴尬地步。学生，各有追求，各有个性，一切还是随缘。,2,中科院王德华研究员学生优秀，真是学生自己的事情。学生自己的心,3,粘性流体力学发展,人类在上古时代使用的武器从石块和棍棒发展到流线型的矛和带有羽毛的箭,说明人类对粘性流体的阻力已经早有认识并在实践中加以应用。,但对流体粘性理性认识则可以说是从1687年牛顿(Isa

2、c Newton,1642年一1727年)著名的粘性流动试验开始。牛顿发现了几乎所有的普通流体,像水与空气等,其阻力与流速梯度成线性关系。为了纪念牛顿,这样的流体称为牛顿流体。,3粘性流体力学发展人类在上古时代使用的武器从石块和棍棒发展到,4,理论流体力学由于1755年欧拉(Leonhard Euler,1707年一1783年)方程的提出,对于不考虑粘性的理想流体流动巳逐渐达到完美的程度。遗憾的是理想流动的解往往与试验结果和真实流动相差甚远,以至相反。1752年达朗贝尔发表了他著名的达朗贝尔佯谬,指出在一个无界、理想不可压缩流体中,物体作匀速直线运动时的阻力为零。,历史上,流体力学一直沿着理论

3、的和实验的两个不同的途径发展。,4理论流体力学由于1755年欧拉(Leonhard Eule,5,像达朗贝尔佯谬的结论对从事实际工程的工程师来说是无法接受的,为了解决生产和技术发展中提出的流体运动问题而发展了高度经验性的一门流体力学的分支水力学,理论流体力学进一步的发展是自1821年开始,纳维等人开始考虑将分子间的作用力加入到欧拉方程中去。1845年斯托克斯将这个分子间的作用力用粘性系数表示,并正式完成了纳维斯托克斯（N-S)方程,最终建立了粘性流体力学的基本方程,奠定了近代粘性流体力学的基础。,但是,由于方程式的非线性,解此方程,在数学上碰到了很大的困难。因此,一直到19世纪末,理论的和实验

4、的流体力学仍然各自独立地发展。,5像达朗贝尔佯谬的结论对从事实际工程的工程师来说是无法接受的,6,20世纪初,德国工程师普朗特由于提出边界层理论，而对流体力学,特别是粘性流体力学的发展做出了卓越的贡献,普朗特提出在雷诺数很大的情况下,粘性的作用主要局限在绕流物体或其他流动边界的固体壁面附近很薄的一层流动中,这个薄层称为边界层。边界层外部流动则可按理想流动处理。,这一设想克服了粘性流动求解中数学上的巨大困难。根本上解决了流动阻力和能量损失这样重大的粘性流动问题。边界层理论的提出使理论和实验完美地统一起来,从而使流体力学的两个分支理想流体力学和水力学逐渐结合和统一,使流体力学得到划时代的发展。,6

5、20世纪初,德国工程师普朗特由于提出边界层理论，而对流体力,7,在诸多工程领域中,航空工程是首先应用边界层理论并在技术上取得重大突破的领域。随后造船、化工、机械等工程领域也都得益于边界层理论。近年来边界层理论也开始应用于解决水利、水电、环境及土木工程中的流动问题。,大型电子计算机的飞速发展,使计算流体力学得到快速发展,已成为解决粘性流动问题的重要手段。高新技术的发展也使在流体力学研究中的实验技术和量测仪器日新月异。激光、超声、电子技术、图像采集与处理技术均已逐渐得到广泛应用。这些都为人类进一步深入观测和探索流动现象,特别是精细的、机理性的研究提供了强有力的手段。理论、计算和实验方法的结合正在孕

6、育着流体力学新的突破。,目前，全球性的水资源短缺、环境保护、防灾减灾、海洋开发等无不与流体力学有着密切的关系。相信在解决这些重大问题的过程中,粘性流体力学也会得到迅速的新发展。,7在诸多工程领域中,航空工程是首先应用边界层理论并在技术上取,8,粘性流动与理想流动的不同,8粘性流动与理想流动的不同,9,圆柱绕流（流线）,理想流体,粘性流体,1,圆柱表面速度滑移,在靠近尾部某区域边界层分离，在下游有涡旋形成尾流区圆柱表面有粘附，存在边界层,cylinder.wmv,9圆柱绕流（流线）理想流体粘性流体1圆柱表面速度滑移 在靠近,10,圆柱绕流尾流,3,wojie.wmv,10圆柱绕流尾流3wojie.wmv,11,压力分布比较,2,背面压强小于迎面压强，压力分布不对称使圆柱面受到流体给它的阻力（方向指向下游），即压强阻力(形状阻力)和摩擦阻力，存在切应力,压力分布对称，无阻力，达朗贝尔详谬无切应力，无摩阻,Cp0,11压力分布比较2背面压强小于迎面压强，压力分布不对称使圆柱,12,4,1.Re0.5时，阻力主要由壁面粘性应力组成，为摩擦阻力，为蠕动；2.随Re增大，形成边界层，Re5时，边界