本文格式為Word版，下載可任意編輯——流體力學綜合實驗測驗流體力學,陳應華cyh8118@華中科技大學土木學院力學系,,緒論第1章流體力學根基第2章測驗的根本理論第3章運動流體中的壓差測量第4章風洞和水槽試驗第5章熱線風速儀與湍流測量第6章激光多普勒測速技術第7章粒子圖像測速技術第8章滾動顯示方法,測驗流體力學,,參考教材[1]朱仁慶，揚松林，楊大明，測驗流體力學，國防工業出版社，北京，2022。

[2]戴昌暉，流體滾動測量，航空工業出版社，北京，1991。

[3]徐有恒，穆晟，根基流體測驗，復旦大學出版社，上海，1990。

[4]周光坰，流體力學上、下冊，高等教導出版社，北京，2022。,測驗流體力學,緒論,測驗流體力學是和理論流體力學、計算流體力學并列的流體力學三大分支之一，也是測驗力學的重要組成片面。,可以這樣說，一個國家的科學技術水平往往反映在測驗室中。因此，測驗流體力學的研究處境在確定意義上反映著整個流體力學學科的水平。,3.利用模擬技術解決工程實際問題及研究相應的滾動規律。,4.進展測驗儀器和測量方法。,2.研究各種滾動現象的本構關系。,1.不斷研究流體運動中的新現象和探索其規律。,一.測驗流體力學的主要任務：,⑴.完整地建立了流體靜力學理論。,⑵.提出了流體與物體運動之間的相對性原理。,主要成就：,1.第一時期——17世紀中葉以前。,二.測驗流體力學進展簡史：,⑶.定性地研究了管流與某些無壓滾動。,⑷.初步進展了各種流體機械，等等。,⑴.進展了根本測驗設備、儀器和顯示與測量技術。,2.其次時期——17世紀中葉至20世紀初葉。,⑵.察覺伯努利與達西等定律和湍流與空化等現象。,主要成就：,⑶.研究了在流體中運動的物體（包括圓球、平板、船舶、炮彈、翼型等）所受的力，更加是阻力。,⑷.細致和系統地研究了圓管層流滾動。,⑸.提出了流體的動力好像理論。,3.第三時期——20世紀初葉以后。,主要成就：,⑴.進一步進展了測驗設備、儀器和顯示與測量技術。,⑵.察覺更多的滾動新現象（譬如分開、湍斑、湍塞、相干布局、貝爾德現象等）。,⑶.提出邊界層概念并開展這方面研究。,⑷.研究典型物體（如圓球、圓柱、平板、流線型物體等）的繞流問題和圓管、渠道中的滾動。,⑸.圍繞航空、航天的需要研究翼型、機翼，廻轉體與組合體的空氣動力特性。,⑹.研究滾動過渡和湍流現象。,⑺.驗證理論（如N—S方程、邊界層概念、邊界層動量積分關系式等）。,⑻.在測驗中大量應用計算技術。,第1章流體力學根基,§1-1流體與流體力學§1-2流體的粘性§1-3描述流體運動的方法§1-4跡線和流線§1-5伯努利方程§1-6伯努利方程應用舉例§1-7湍流與繁雜滾動,流體力學根基,,,、等離子態和超固態,牛頓流體：

油、水、空氣等,§1-1流體與流體力學,一.研究對象,物質狀態：

固態、液態、氣態,1.測驗流體力學,?直接解決生產問題，檢驗和建立理論；

?察覺新現象；

?普適性較差，受到費用和環境限制。,三.研究方法,二.進展歷史,2.理論流體力學,?明確給出各物理量與滾動參數的函數關系；

,?建立簡化的數學模型時需要確定的假設，務必表明簡化模型的合理性；

,?由于數學上的困難，能獲得解析解的問題的數量有限。,3.計算流體力學,?計算機性能提高，計算方法提升，作用越來越大；

?數值計算是近似方法，需要用測驗和分析的結果驗證方法的穩當性；

?數值方法對繁雜而又缺乏完善數學模型的問題是無能為力的。,四.根本原理,質量守恒定律,能量守恒定律,牛頓運動定律,熱力學定律,流體在微小剪切力作用下不能保持外形，具有滾動性。,固體可以在靜止狀態承受切向力,固體摩擦力與流體粘性阻力的不同表現,流體以持續變形承受切向力,§1-2流體的粘性,?流體粘性形成理由：,（１）兩層液體之間的粘性力抉擇于分子內聚力,（２）兩層氣體之間的粘性力抉擇于分子動量交換,粘附在固壁上的流體質點與固壁一起運動,?壁面無滑移假定：,大量測驗表明了壁面無滑移假定,溫度對流體粘度的影響大，壓強對粘度的影響小,流體的分類,（1）牛頓流體和非牛頓流體（2）粘性流體和夢想流體（3）可壓縮流體和不成壓縮流體,(按流體的物理性質),§1-3描述流體運動的方法,一.流體質點的速度：,,第1章流體力學根基,歐拉法中的速度函數是定義在空間點上的，它們是空間點坐標（x,y,z）的函數。,,第1章流體力學根基,由速度分布求加速度：,上式中用粗體字母表示矢量。,設某個質點，t時刻位于（x,y,z），速度為：,t+Δt時刻位于(x+Δx,y+Δy,z+Δz)，速度為：,V0和V1的關系為：,加速度：,而：,留神到：,因此：,若用粗體字母表示矢量，那么：,加速度的投影值：,二.質點加速度和質點導數：,質點加速度——質點速度矢量對時間的變化率。,局部加速度,對流加速度,質點的加速度包括兩個片面：

（1）局部加速度（時變加速度，當地加速度）——特定空間點上速度對時間的變化率；

（2）對流加速度（遷移加速度）——對應于質點空間位置變更所產生的速度變化。,質點導數——質點物理參數對時間的變化率。,物理參數的質點導數=局部導數+對流導數,對流加速度：,由于截面面積變化，流體質點的速度沿流程變化。,舉例,,局部加速度：,隨著流量變化，不同時間經過同一點的流體質點速度不同。,流量隨時間變化的變截面管滾動,,1.3描述流體運動的方法,三.滾動的分類：,①.恒定流（定常滾動）：,②.非恒定流（非定常滾動）：,流場中各點處的全體滾動參數均不隨時間而變化的滾動。,流場中各點的流體質點的全體滾動參數中只要有一個隨時間而變化，這樣的滾動就稱為非恒定流。,1.恒定流與非恒定流：,定常滾動和非定常滾動舉例：,空間點上的滾動參數是否隨時間變化？,,1.3描述流體運動的方法,2.平勻流、非平勻流、漸變流、急變流：,①.平勻流與非平勻流：,②.漸變流與急變流：,3.一元滾動、二元滾動、三元滾動：,若流體的滾動參數是空間三個坐標和時間的函數，這種滾動稱為三元滾動；

若滾動參數是兩個坐標和時間的函數，這種滾動稱為二元滾動；

若滾動參數是一個坐標和時間的函數，這種滾動稱為一元滾動。,在給定時刻，流場中各流線都是平行直線的滾動稱為平勻流；

否之，那么為非平勻流。,在非平勻流中，各流線是接近于平行直線的滾動稱為漸變流（或稱緩變流）；

否之，那么為急變流。,噴管內粘性流體滾動的速度分布,實際滾動u=u(x,y,z,t)三元滾動,滾動參數的變化與幾個空間坐標有關？,,1.3描述流體運動的方法,噴管內粘性流體滾動的速度分布,考慮軸對稱，u=u(r,x,t)二元滾動,滾動參數的變化與幾個空間坐標有關？,,1.3描述流體運動的方法,噴管內粘性流體滾動的速度分布,考慮平均流速V=V(x,t)一元滾動,滾動參數的變化與幾個空間坐標有關？,,1.3描述流體運動的方法,繞無限翼展的二元滾動,,1.3描述流體運動的方法,繞有限翼展的三元滾動,,1.3描述流體運動的方法,§1-4跡線和流線,第1章流體力學根基,1.跡線、流線與脈線的定義：,跡線：給定流體質點在一段連續時間內的運動軌跡。,流線：某瞬時,假設流場中的某一條曲線上每一點的切線都與該點的流體質點的速度方向一致,那么稱此曲線為該瞬時的一條流線。,流線和跡線的識別：,流線和跡線的識別：,跡線流體質點的運動軌跡線。,流線四處與質點速度矢量相切的空間曲線。,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,2.流線的特征：,1）.流線上任一點的流體質點的運動方向與該點流線相切。

2）.流線一般為光滑曲線。

3）.流線與流線一般不相交。

4）.恒定流時流線、跡線與脈線重合。,3.流線微分方程：,設流線微段為：,脈線（或稱染色線）：相繼通過流場同一空間點的流體質點所連成的曲線。,該點的流體速度為：,由于V//ds，因此,兩矢量的分量對應成比例：,曲率半徑,微團速度,§1-5伯努利方程,一.夢想流體沿流線的伯努利方程,第1章流體力學根基,沿流線單位重量流體的機械能守恒,應用條件,夢想、,沿流線適用,重力流體、,不成壓縮、,定常、,（無旋滾動，伯努利方程在全流場適用）,二.伯努利方程的物理意義,第1章流體力學根基,一.皮托管測量流速,§1-6伯努利方程應用舉例,PB靜壓,,V,PA總壓,,,第1章流體力學根基,皮托管測速原理,（1）用伯努利方程求速度與壓強的關系,pA總壓,pB靜壓,,第1章流體力學根基,———z=0,速度修正系數,（2）測量靜壓強差,,,等壓面上兩點的靜壓強,代入測速公式,第1章流體力學根基,二.皮托管設