流体力学课件-第一章

流体力学课件-第一章•引言目录•流体基础知识CONTENTS•流体动力学•流动现象与模型•流动的数值模拟01CHAPTER引言流体力学的定义流体力学是研究流体（液体和流体力学主要研究流体的流动流体力学的研究对象包括液体气体）运动规律以及流体与固状态、力学性质以及它们之间和气体，涉及的领域广泛，如体相互作用的一门科学的相互作用关系航空航天、船舶、水利、建筑、环境等流体力学的应用领域船舶建筑船舶设计、推进器建筑通风、建筑节性能优化等能等航空航天水利环境飞机和火箭的飞行水库设计、水力发大气污染扩散、水原理、气动性能优电、洪水防控等处理等化等流体力学的重要性流体力学是工程技术和科学研究的重要基础学科之一，对于许多领域的发展和应用具有重要意义流体力学的研究成果可以应用于实际工程中，提高工程的安全性、稳定性和效率随着科技的发展，流体力学在能源、环保、医疗等领域的应用越来越广泛，对于推动社会进步和经济发展具有重要作用02CHAPTER流体基础知识流体的定义与分类总结词流体的定义与分类详细描述流体是具有流动性的连续介质，可以根据其流动特性分为牛顿流体和非牛顿流体牛顿流体遵循牛顿第二定律，其应力与应变呈线性关系；非牛顿流体则不遵循此规律流体的物理性质总结词流体的物理性质详细描述流体的物理性质主要包括密度、粘度、压缩性和热传导性等密度是流体质量与体积的比值，是流体的基本物理属性；粘度是流体内部摩擦力的量度；压缩性表示流体在压力变化时体积变化的性质；热传导性表示流体传递热量的能力流体静力学基础总结词流体静力学基础详细描述流体静力学是研究流体处于静止状态时的力学性质的科学其主要研究内容包括流体静压力、流体平衡规律以及流体对固体壁面的作用力等在工程实际中，流体静力学广泛应用于液体容器、管道和储罐的设计与安全评估03CHAPTER流体动力学流体动力学的基本概念流体流线流体是气体和液体的总称，具流线是流场中的一种几何图形，有流动性和不可压缩性表示某一瞬时流场中各点的流速矢量流场流管流场是指流体所处的空间区域，流管是流场中的一种闭合曲线，流场中的每一点都有一定的流表示某一瞬时流场中各点的流体速度、压强、密度等物理量速矢量流体动力学方程牛顿第二定律质量守恒定律流体在运动过程中所受的力（外力）和其加速度（速度对流体在运动过程中，单位时间内流出的质量等于单位时间时间的一阶导数）成正比，即F=ma内流入的质量，即ρ*dV/dt=0动量守恒定律能量守恒定律流体在运动过程中，单位时间内流出的动量等于单位时间流体在运动过程中，单位时间内流出的能量等于单位时间内流入的动量，即ρ*dV*V/dt=0内流入的能量，即ρ*dV*V*V/dt+p*dV/dt=0流体动力学的应用交通运输流体动力学在交通运输领域中也有航空航天着广泛的应用，如汽车、船舶、高速列车等的设计和制造流体动力学在航空航天领域中有着广泛的应用，如飞机、火箭、卫星等的设计和制造能源工程流体动力学在能源工程领域中也有着广泛的应用，如风力发电、水力发电、核能发电等的设计和制造04CHAPTER流动现象与模型层流与湍流层流判别标准流体在流动过程中，流层之间相互不雷诺数（Re）当Re小于某一临界值混合，呈现规则的、平行的流线，且时，流动为层流；当Re大于该临界值流线之间不存在大的速度梯度时，流动变为湍流湍流流体在流动过程中，流层之间相互混合，流线呈现不规则的、弯曲的、甚至有回流的形态，且流线之间存在较大的速度梯度流体运动的分类010203一维流动二维流动三维流动流体在一个方向上流动，流体在两个方向上有流动，流体在三个方向上都有流其他两个方向上无流动第三个方向上无流动例动例如球体上的流体例如管道中的流体如平板上的流体流动模型的建立与选择理想模型实际模型选择原则忽略流体自身的粘性、压缩性和考虑流体自身的粘性、压缩性和根据实际问题的需求和条件，选热传导性等特性，如理想流体、热传导性等特性，如牛顿流体、择合适的流动模型对于复杂流不可压缩流体等可压缩流体等动问题，可能需要建立多个模型进行组合分析05CHAPTER流动的数值模拟数值模拟的基本原理离散化代数化计算机求解将连续的物理量（如速度、将物理方程（如Navier-通过编程语言（如Python、压力等）离散化为有限个Stokes方程）转化为代数Fortran等）和数值计算库离散点上的数值方程，以便于在计算机上（如NumPy、SciPy等），求解在计算机上求解代数方程数值模拟的方法与步骤网格生成代数方程求解将计算区域离散化为网格，以选择合适的数值计算方法，如便于在离散点上求解代数方程迭代法、有限元法等，求解代数方程建立数学模型离散化方法选择后处理根据实际问题建立相应的物理选择合适的离散化方法，如有对计算结果进行可视化、分析方程和边界条件限差分法、有限元法等和解释数值模拟的应用与限制应用领域数值模拟广泛应用于流体动力学、气象预报、环境工程等领域优势可以模拟复杂流动和边界条件，提供详细流场信息，便于优化设计限制数值模拟需要较高的计算资源和专业知识，对于大规模问题可能存在计算效率和精度问题THANKS谢谢。