1、第 3章 流体运动学 要点: 描述流体运动的方法 、 迹线和流线、连续性方程、流体运动特点、势流和势函数、流函数和平面势流难点: 描述流体运动的方法的互换 、 连续性方程计算、流体运动分析、势函数计算、势函数和流函数的相互计算 。流体运动学是用几何的观点来研究流体的运动,而不涉及流体的动力学性质。 在流体力学中研究流体质点往往是用伯努利(Bernoulli)方程将压强和速度联系起来。从这方面来讲研究流体质点的速度更为重要。 流体力学分流体静力学和流体动力学。流体动力学是研究流体的运动特性及运动时的力学规律,也就是研究流体在运动中其流动参量之间的相互关系,以及引起运动的原因和流体对周围物体的影响
2、。流动参量除流体静力学中已熟习的压力、密度等外,还有速度、粘度、应力、作用力、力矩、能量等。流体动力学就是从理论上研究这些参量之间的相互关系 . 流体动力学又包括流体运动学和流体动力学。流体运动学只研究流体的运动,如运动的方式和速度、加速度、位移、转角等随着空间与时间的变化,而不研究分析引起质点运动的原因。而流体动力学则研究引起运动的原因和决定作用力、力矩、动量和能量的方法。 本章主要探讨流体运动学的问题,也就是探讨在某一瞬间流体中每点的速度和加速度。速度的大小确定以后,便可求出压力的分布,因而求出了流体中的作用力。 本章重点讨论是不可压缩流体的运动。3.1 描述流体运动的两种方法 3.1.1
3、 流体质点和空间点 流体质点是指在流场中取出一块极小体积的流体微团,由于其几何尺寸极小可以略去不计,作为一个点,但它却具有一定的物理量,例如速度、加速度、压强和密度等。有时也将流体质点称为流体微团。 在流场中,由于流体是一个连续介质,因此在任何时候每一个空间点都有一个相应的流体质点占据它的位置。 3.1.2 描述流体运动的两种方法 1.拉格朗日( Lagrange)法 拉格朗日法又称随体法。跟随一个选定的流体质点,观察它在空间运动过程中各个物理量的变化规律,当逐次由一个质点转移到另一个质点 便可了解整个或部分流体的运动全貌。用一组数( )来作为该流体质点的标记。以单个流体质点作为研究对象,研究其运动要素(位置、速度等)的变化过程,并通过综合各个流体质点的运动来获得一定空间内所有流体质点的运动规律,它着眼于流体质点 。 流体质点 的速度和加速度。 流体质点的位置坐标:速度 :流体质点的加速度 :用拉格朗日坐标描述流体质点群运动的数学 方程十分 复杂,以致无法求解。除了研究波浪运动,或者台风运动,一般都应用欧拉法来描述。