《中國(guó)礦業(yè)大學(xué)流體力學(xué)流體的渦旋流動(dòng)資料課件》由會(huì)員分享，可在線(xiàn)閱讀，更多相關(guān)《中國(guó)礦業(yè)大學(xué)流體力學(xué)流體的渦旋流動(dòng)資料課件（34頁(yè)珍藏版）》請(qǐng)?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。

1、,單擊此處編輯母版標(biāo)題樣式,單擊此處編輯母版文本樣式,第二級(jí),第三級(jí),第四級(jí),第五級(jí),第五章 流動(dòng)阻力與水頭損失,*,單擊此處編輯母版標(biāo)題樣式,單擊此處編輯母版文本樣式,第二級(jí),第三級(jí),第四級(jí),第五級(jí),*,單擊此處編輯母版標(biāo)題樣式,單擊此處編輯母版文本樣式,第二級(jí),第三級(jí),第四級(jí),第五級(jí),第五章 流動(dòng)阻力與水頭損失,*,單擊此處編輯母版標(biāo)題樣式,單擊此處編輯母版文本樣式,第二級(jí),第三級(jí),第四級(jí),第五級(jí),*,1,第六章流體的渦旋流動(dòng),2,第六章流體的渦旋流動(dòng),6.1,微分形式的連續(xù)方程,6.2,流體微團(tuán)運(yùn)動(dòng)的分解 有旋流動(dòng)和無(wú)旋流動(dòng),6.3,渦線(xiàn) 渦管 渦束 渦通量,6.4,速度環(huán)量 斯托克斯定

2、理,6.5,卡門(mén)渦街,3,6.1,微分形式的連續(xù)方程,控制體的選取,:,邊長(zhǎng)為,dx,，,dy,，,dz,的微元平行六面體。,形心坐標(biāo)：,x,y,z,三方向速度：,v,x,v,y,v,z,密度：,一、微分形式的連續(xù)方程,根據(jù)質(zhì)量守恒定律，在,d,t,時(shí)間內(nèi)，控制體內(nèi),減少的質(zhì)量,一定與同一時(shí)間內(nèi)從從控制體中,流出的質(zhì)量,相等。,4,6.1,微分形式的連續(xù)方程,x,軸方向流體質(zhì)量的流進(jìn)和流出,左面微元面積流入的流體質(zhì)量：,右面微元面積流出的流體質(zhì)量：,x,軸方向流體的凈流出量：,5,6.1,微分形式的連續(xù)方程,y,軸方向流體的凈流出量：,同理,y,、,z,軸方向流體質(zhì)量的流進(jìn)和流出,z,軸方向流

3、體的凈流出量：,x,軸方向流體的凈流出量：,6,6.1,微分形式的連續(xù)方程,每秒流出微元六面體的凈流體質(zhì)量,微元六面體內(nèi)密度變化引起,的每秒的流體質(zhì)量的變化,微分形式的連續(xù)方程,7,6.1,微分形式的連續(xù)方程,二、其它形式的連續(xù)方程,矢量形式：,可壓縮流體的定常流動(dòng)：,不可壓縮流體的定常或非定常流動(dòng)：,8,6.1,微分形式的連續(xù)方程,二、其它形式的連續(xù)方程（續(xù)）,二維可壓縮流體的定常流動(dòng)：,二維不可壓縮流體的定?；蚍嵌ǔＡ鲃?dòng)：,9,6.2,流體微團(tuán)運(yùn)動(dòng)的分析,剛體運(yùn)動(dòng),:,移動(dòng)、轉(zhuǎn)動(dòng),流體運(yùn)動(dòng),:,移動(dòng)、轉(zhuǎn)動(dòng)、,變形,控制體的選取,:,邊長(zhǎng)為,dx,，,dy,，,dz,的微元平行六面體。,E,

4、o,點(diǎn)處速度：,v,x,v,y,v,z,E,點(diǎn)處速度：,一、流體微團(tuán)速度分解公式,o,10,各角點(diǎn)處,x,方向速度：,6.2,流體微團(tuán)運(yùn)動(dòng)的分析,一、流體微團(tuán)速度分解公式,6.2,流體微團(tuán)運(yùn)動(dòng)的分析,一、流體微團(tuán)速度分解公式,令,:,12,第一項(xiàng)：,平移運(yùn)動(dòng),第二項(xiàng)：,線(xiàn)變形運(yùn)動(dòng),第三、四項(xiàng)：,角變形運(yùn)動(dòng),第五、六項(xiàng)：,旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng),6.2,流體微團(tuán)運(yùn)動(dòng)的分析,一、流體微團(tuán)速度分解公式,角速度又可寫(xiě)成：,13,以平面運(yùn)動(dòng)為例,6.2,流體微團(tuán)運(yùn)動(dòng)的分析,二、亥姆霍茲速度分解定理的物理意義公式,14,1.,移動(dòng),各角點(diǎn)的速度分量中都包含,v,x,v,y,x,方向移動(dòng)速度：,v,x,y,方向移動(dòng)速度：

5、,v,y,6.2,流體微團(tuán)運(yùn)動(dòng)的分析,二、亥姆霍茲速度分解定理的物理意義公式,15,2.,線(xiàn)變形運(yùn)動(dòng),A,和,D,、,B,和,C,間的,x,向,速度分量差,:,x,方向線(xiàn)應(yīng)變速度：,y,方向,線(xiàn)應(yīng)變,速度：,A,和,B,、,C,和,D,間的,y,向,速度分量差,:,6.2,流體微團(tuán)運(yùn)動(dòng)的分析,二、亥姆霍茲速度分解定理的物理意義公式,16,角速度,6.2,流體微團(tuán)運(yùn)動(dòng)的分析,二、亥姆霍茲速度分解定理的物理意義公式,4.,角變形,3.,旋轉(zhuǎn),角變形速率,17,5.,角變形運(yùn)動(dòng)和旋轉(zhuǎn),6.2,流體微團(tuán)運(yùn)動(dòng)的分析,二、亥姆霍茲速度分解定理的物理意義公式,旋轉(zhuǎn),角變形,規(guī)定逆時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)為正，式中負(fù)號(hào)代

6、表旋轉(zhuǎn)為順時(shí)針?lè)较?18,6.2,流體微團(tuán)運(yùn)動(dòng)的分解 有旋流動(dòng)和無(wú)旋流動(dòng),三、有旋流動(dòng) 無(wú)旋流動(dòng),流體微團(tuán)的旋轉(zhuǎn)角速度不等于零的流動(dòng),流體微團(tuán)的旋轉(zhuǎn)角速度等于零的流動(dòng),有旋流動(dòng),:,無(wú)旋流動(dòng),:,無(wú)旋流動(dòng),有旋流動(dòng),19,6.3,渦線(xiàn) 渦管 渦束 渦通量,一、渦線(xiàn),一條曲線(xiàn)，在給定瞬時(shí)，這條曲線(xiàn)上每一點(diǎn)的切線(xiàn)與位于該點(diǎn)的流體微團(tuán)的角速度的方向相重合。,渦線(xiàn)的微分方程,20,6.3,渦線(xiàn) 渦管 渦束 渦通量,二、渦管,在給定瞬時(shí)，在渦量場(chǎng)中任取一不是渦線(xiàn)的封閉曲線(xiàn)，通過(guò)封閉曲線(xiàn)上每一點(diǎn)作渦線(xiàn)，這些渦線(xiàn)形成一個(gè)管狀表面。,三、渦束,渦管中充滿(mǎn)著作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的流體,四、渦通量,旋轉(zhuǎn)角速度的值與垂直于角

7、速度方向的微元渦管橫截面積的乘積的兩倍。,定義渦量：,21,6.4,速度環(huán)量,斯托克斯定理,一、速度環(huán)量,速度在某一封閉周線(xiàn)的線(xiàn)積分。,速度環(huán)量是標(biāo)量，其正負(fù)號(hào)不僅與速度的方向有關(guān)，而且與線(xiàn)積分的繞行方向有關(guān),規(guī)定沿封閉周線(xiàn)繞行的,正方向?yàn)槟鏁r(shí)針?lè)较?。,22,6.4,速度環(huán)量,斯托克斯定理,二、斯托克斯定理,1.,微元封閉周線(xiàn)的斯托克斯定理,沿微元封閉周線(xiàn)的速度環(huán)量等于通過(guò)該周線(xiàn)所包圍面積的渦通量。,證明,:,23,6.4,速度環(huán)量,斯托克斯定理,二、斯托克斯定理,(,續(xù),),2.,平面上有限單連通區(qū)的斯托克斯定理,沿包圍平面上有限單連通區(qū)域的封閉周線(xiàn)的速度環(huán)量等于通過(guò)該周線(xiàn)所包圍的面積的渦

8、通量。,證明,:,24,6.4,速度環(huán)量,斯托克斯定理,二、斯托克斯定理,(,續(xù),),3.,空間表面上的斯托克斯定理,沿空間任一封閉周線(xiàn)的速度環(huán)量等于通過(guò)該周線(xiàn)上的空間表面的渦通量。,25,4.,多連通區(qū)域的斯托克斯定理,：,通過(guò)多連通區(qū)域的渦通量等于沿這個(gè)區(qū)域的外周線(xiàn)的速度環(huán)量與沿所有內(nèi)周線(xiàn)的速度環(huán)量總和之差。,6.4,速度環(huán)量,斯托克斯定理,二、斯托克斯定理,(,續(xù),),26,湯姆孫定理,正壓性的,理想流體,在,有勢(shì)的質(zhì)量力作用下,沿任何由流體質(zhì)點(diǎn)組成的,封閉周線(xiàn),的速度環(huán)量不隨時(shí)間而變化。,湯姆遜定理和斯托克斯定理說(shuō)明：對(duì)于,非粘性,的不可壓縮流體和可壓縮的正壓流體，在勢(shì)的質(zhì)量力作用下，

9、,速度環(huán)量和旋渦都是不能自行產(chǎn)生，也是不能自行消滅的：,這是由于理想流體沒(méi)有粘性，不存在切應(yīng)力，不能傳遞旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，既不能使不旋轉(zhuǎn)的流體微團(tuán)產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)，也不能使無(wú)旋轉(zhuǎn)的流體微團(tuán)停止旋轉(zhuǎn)。,27,亥姆霍茲旋渦定理,亥姆霍茲第一定理,在同一瞬間渦管各截面上的渦通量都相同。,亥姆霍茲第二定理,正壓性的理想流體在有勢(shì)的質(zhì)量力作用下，渦管永遠(yuǎn)保持為由相同流體質(zhì)點(diǎn)組成的渦管。,亥姆霍茲第三定理,在有勢(shì)的質(zhì)量力作用下，正壓性的理想流體中任何渦管的強(qiáng)度不隨時(shí)間而變化，永遠(yuǎn)保持定值。,28,6.5,卡門(mén)渦街,19,世紀(jì)末期，美國(guó)有一座大橋，其橋墩為圓柱形，一日發(fā)大水，河水高速流過(guò)橋墩，瞬間橋墩被折斷，大橋坍塌,;,工廠(chǎng)中近百米高的鋼質(zhì)煙筒，在,5-6,級(jí)單向陣風(fēng)作用下，產(chǎn)生大幅度的擺動(dòng)，瞬間便折斷,;,發(fā)電廠(chǎng)中冷熱交換器的管排，當(dāng)送冷風(fēng)速達(dá)到一定時(shí)速時(shí)，排管發(fā)生具有轟鳴聲的振動(dòng)，傾刻間排管便斷裂,;,飛機(jī)的機(jī)翼的顫振,;,早期野外的傳輸電線(xiàn)，在陣風(fēng)作用下，產(chǎn)生大幅度的擺動(dòng)而被振斷,;,排球中的飄球等。,6.5,繞過(guò)圓柱體的流動(dòng) 卡門(mén)渦街,卡門(mén)渦街是粘性流體繞過(guò)圓柱體流動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的,死水區(qū)逐漸拉長(zhǎng)（自成封閉環(huán)路，不向下游流去）,不斷增長(zhǎng)與擺動(dòng),旋渦分裂，形成等間隔規(guī)則排列的渦列,30,6.5,卡門(mén)渦街,脫落頻率：,斯特勞哈爾數(shù),卡門(mén)渦街,31,32,33,34,單方柱繞流,