【正文】 第 1章 流體及其主要物理性質(zhì) 第 2章 流體靜力學(xué) 第 3章 流體動力學(xué)基礎(chǔ) 第 4章 流動阻力和水頭損失 第 5章 孔口、管嘴出流及有壓管流 第 6章 明渠均勻流 第 7章 明渠水流的兩種流態(tài)及其轉(zhuǎn)換 第三章 流體動力學(xué)基礎(chǔ) 第一節(jié) 描述流體運(yùn)動的兩種方法 第二節(jié) 流體運(yùn)動的基本概念 第三節(jié) 恒定流動的連續(xù)性方程 第四節(jié) 恒定元流的能量方程 第五節(jié) 恒定總流的能量方程 第六節(jié) 恒定總流的動量方程 ?教學(xué)目的和任務(wù) 教學(xué)目的 ：掌握研究流體運(yùn)動的方法，了解流體流動的基本概念。 通過分析得到理想流體運(yùn)動的基本規(guī)律，為后續(xù)流動阻力計(jì)算、管路計(jì)算打下牢固的基礎(chǔ)。 基本內(nèi)容 （ 1）正確使用流體流動的連續(xù)性方程式； （ 2）弄清流體流動的基本規(guī)律 —— 伯努利方程，得出比較符合客觀實(shí)際的計(jì)算公式；掌握伯努利方程的物理意義、幾何意義、使用條件及其應(yīng)用。 （ 3）動量方程的應(yīng)用 重、難點(diǎn) 、伯努利方程和動量方程。 。 ? 靜止流體（不論理想或?qū)嶋H流體） ? 運(yùn)動理想流體 p P= pn p P= pn p ： 動壓強(qiáng) p ： 靜壓強(qiáng) )(31 zzyyxx pppp ????定義 流體的動壓強(qiáng) 第一節(jié) 描述流體運(yùn)動的兩種方法 流場 —— 充滿運(yùn)動流體的空間稱為流場 描述流體運(yùn)動的方法 拉格朗日法： 跟蹤 著眼于流體質(zhì)點(diǎn) ， 跟蹤質(zhì)點(diǎn)并描述其運(yùn)動歷程 歐拉法： 布哨 著眼于空間點(diǎn) ， 研究質(zhì)點(diǎn)流經(jīng)空間各固定點(diǎn)的運(yùn)動特性 一、拉格朗日法 ： 研究對象為流場中的各 流體質(zhì)點(diǎn) ，也即研究流場中每個流體質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動參數(shù)隨時間 t 的變化規(guī)律。 zxyo( a , b , c , t0)( x , y , z , t )初始時刻 t0 某質(zhì)點(diǎn)（ a,b,c,to） 新的時刻 t 質(zhì)點(diǎn) (x,y,z,t ) a,b,c,t — 拉格朗日變量 流場中全部質(zhì)點(diǎn)都包含 在（ a,b,c）的變數(shù)中 ????????),(),(),(321tcbafztcbafytcbafx???????????????????????????tftzutftyutftxuzyx321???????????????????????????232222212tftuatftuatftuazzyyxx)( a , b , c , tuu ? 該法概念清晰，易懂；但數(shù)學(xué)計(jì)算繁瑣，表達(dá)式不易簡化。 使用不廣泛 。 其它運(yùn)動要素和物理量的時間歷程也可用拉格朗日法描述，如速度、密度等 . ),( tcba?? ?二、歐拉法： 研究對象為流場中的各 空間點(diǎn) ，也即研究流體質(zhì)點(diǎn)在某一 時刻 t 經(jīng)過某一空間點(diǎn)時的運(yùn)動參數(shù)的變化規(guī)律。 xyzo( x , y , z , t )不同時刻不同的流體質(zhì)點(diǎn)通過空間某一點(diǎn) ,即 分析流動空間某固定位置處，流體運(yùn)動要素（速度、加速度）隨時間變化規(guī)律 同一流體質(zhì)點(diǎn)在不同時刻經(jīng)過空間不同點(diǎn) ， 即 分析某一空間位置轉(zhuǎn)移到另一位置 ， 運(yùn)動要素隨位置變化的規(guī)律 ????????),(),(),(321tzyxFutzyxFutzyxFuzyx???????????????dtdFdtduadtdFdtduadtdFdtduazzyyxx321x,y,z,t — 歐拉變量 zzuyyuxxuttuu xxxxx ddddd ????????????由 zuuyuuxuutuzuuyuuxuutuzuuyuuxuutuzzzyzxzyzyyyxyxzxyxxx???????????????????????????????????? 該法概念抽象，不易懂；但數(shù)學(xué)表達(dá)式簡潔易算。 使用廣泛 。 tddut??u uu )( ??= + 質(zhì) 點(diǎn) 加 速 度 位變 加速度 由流速不均勻性引起 時變加速度 由流速 不恒定 性引起 第二節(jié) 流體運(yùn)動的基本概念 一、恒定流： 非恒定流： 一切和流體力學(xué)有關(guān)的物理量 均與時間 t 無關(guān) 的流動。即 0???t?和流體力學(xué)有關(guān)的物理量只要有任何一個 隨時間 t 變化 的流動。 H u 若水位 H 保持不變 (穩(wěn)定水頭的出流 )，稱為 恒定出流 。 若水位 H 持續(xù)下降（變水頭的出流），稱為 非恒定出流 。 流動是否恒定與所選取的參考坐標(biāo)系有關(guān) ,因此是 相對 的概念 。 二、跡線與流線 質(zhì)點(diǎn)由 t1 運(yùn)動至 t2 時所經(jīng)過的 軌跡線 。 ?跡線： z y x t1 o t2dl tludd?????? ??? kzjyixl dddd???? ??? kujuiuuzyxtu zu yu xzyxdddd ???—— 跡線微分方程 對 不同 的質(zhì)點(diǎn)，跡線的形狀可能 不同 ； 對一 確定 的質(zhì)點(diǎn)，其軌跡線的形狀 不隨時間變化。 ? 流線： 是流場中的 瞬時光滑曲線 ，曲線上各點(diǎn)的 切線方向與經(jīng)過該點(diǎn)的流體質(zhì)點(diǎn)的瞬時 速度方向 一致。 兩矢量方向一致，則其叉積為零。 0dddd ????????zyx uuuzyxkjiul??? ?????? kyuxujxuzuizuyuxyzxyz )dd()dd()dd(zyx uzuyux ddd ??—— 流線微分方程 ozyxu1u2dl 流線是同一時刻流場中連續(xù)各點(diǎn)的速度方向線。 ? 流線的特性： ? 對于 恒定流 ，流線的形狀、位置不隨時間變化，且 流線與跡線重合 。 ? 實(shí)際流場中，除 駐點(diǎn) 、 滯點(diǎn) 和 奇點(diǎn) 外，流線 不能相交 ， 不能折轉(zhuǎn) 。 12u1 u2 駐點(diǎn) u=0 源點(diǎn) 匯點(diǎn) 流線可以用來表現(xiàn)流場； 通過作流線可使流場中的流動情形更為明白； 對于不可壓縮流體，流線還能定性地反映出速度的大小。 ? 流線的應(yīng)用 跡線 流線 x y o M(1,1) ?t = 0 時過 M(1,1)點(diǎn)的流線和跡線示意圖 三、流管，元流，總流 注： 流體質(zhì)點(diǎn) 不能穿越 流面兩側(cè)或流管面內(nèi)外流動。 流面 流管 充滿于流管中的流體稱為 流束 。 若流管的橫截面積為無窮小，所得流束為 元流（微元流束） 。 由無窮多元流組成的總的流束稱為 總流 ，即封閉曲線取在流場邊界上。 在某時刻，流場中作一條非流線的曲線，對該曲線上每一點(diǎn)畫流線，由這些流線所形成的空間面稱為流面 。 若所作非流線的曲線是封閉的，則由流線所形成的管狀曲面稱為 流管 。 ? 總流 有壓流 邊界全部是固體 ,流動主要依靠壓力推動；如供水管道；液壓管路 無壓 流 邊界部分是固體，部分是液體，流體的流動是靠重力實(shí)現(xiàn)的；如河流、明渠 射流 邊界不與固體接觸，靠消耗自身動能來實(shí)現(xiàn)流動；如水槍 四、過流斷面，流量， 斷面平均流速 與流束中所有流線垂直的橫截面稱為 過流斷面（過水?dāng)嗝妫? 元流的過流斷面面積為 dA，總流的為 A。 單位時間內(nèi)通過元流或總流過流斷面的流體量稱為 流量 。 若流體量以 體積 來度量：體積流量 QV 若流體量以 質(zhì)量 來度量：質(zhì)量流量 Qm m3/s ， L/s kg/s Vm ??平面 曲面 若元流中任一流體質(zhì)點(diǎn)的速度為 u（ 點(diǎn)速 ）， 則 ??? A d Au V 對整個過流斷面取 平均速度 v（ 均速 ） ，則 AvQ ??即 AudAAQv A???注： 斷面平均流速 v 為假想流速，用于求解其它量時會產(chǎn)生誤差，應(yīng)進(jìn)行 修正 。 ? 流速 v u 五、流動的分類 ? 按影響流動的空間自變量分： （點(diǎn)的運(yùn)動）： φ = f (x)