《B基础篇》PPT课件

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1、基础篇B1.流体及物理性质B2.流动分析基础B3.微分形式的基本方程B4.积分形式的基本方程B5.量纲分析与相似原理1本篇的首要目的是从力学的角度建立对流体的认识:第二个目的是从物理学基本定律出发建立流体运动和力（能量）的定量关系，这些物理定律包括：输运特性（如粘性等）运动学特性（如平移、旋转和变形规律等）热力学特性（如密度、可压缩性、状态方程等)其他特性（如流态等）质量守恒定律动量守恒定律能量守恒定律等2流体、运动和力（能量）是构成流体力学的三个基本要素，本篇将围绕这三个要素从定性和定量两个方面介绍流体力学的基本概念、基本定理和基

2、本方法。分析运动与力(能量)的定量关系的方法：理论分析法实验方法数值方法（不是本教程的重点）3B1.1.1流体的微观和宏观特性•流体分子微观运动自身热运动•流体团宏观运动外力引起统计平均值流体团分子速度的统计平均值曲线4B1.1.2流体质点概念为了符合数学分析的需要，引入流体质点模型B1.流体及其物理性质•描述流体微团的旋转和变形引入流体质元（流体元）模型：(2)将周围临界体积范围内的分子平均特性赋于质点。(1)流体元由大量流体质点构成的微小单元（δx，δy，δz）；(2)由流体质点相对运动形成流体元的旋转和变形运动。(1)流体质点

3、无线尺度，无热运动，只在外力作用下作宏观平移运动;5连续介质模型把流体视为由无数个流体微团（或流体质点）所组成，这些流体微团紧密接触，彼此没有间隙，其物理性质和运动要素都是连续分布的。连续介质假说L1L2L3密度密度局部值分子运动尺度L1微团尺度L2宏团尺度L3流体微团（或流体质点）宏观上足够小，以致于可以将其看成一个几何上没有维度的点；同时微观上足够大，里面包含着许许多多分子，其行为已经表现出大量分子的统计学性质。L1<<

4、观数学抽象，就象几何学是自然图形的抽象一样。(1)可用连续性函数B(x,y,z,t)描述流体质点物理量的空间分布和时间变化；(2)由物理学基本定律建立流体运动微分或积分方程，并用连续函数理论求解方程。•除了稀薄气体与激波的绝大多数工程问题，均可用连续介质模型作理论分析。连续介质假设：假设流体是由连续分布的流体质点组成的介质。7流体的易变形性表现在：B1.2流体的易变形性流体的力学定义：流体不能抵抗任何剪切力作用下的剪切变形趋势。▲在剪切力持续作用下，流体能产生任意大的变形；▲在剪切力停止作用时，流体不作任何恢复变形；▲任意搅拌的均质

5、流体，不影响其宏观物理性质；▲在流体内部压强可向任何方向传递；▲粘性流体在固体壁面满足不滑移条件；8B1.3流体的粘性B1.3.1流体粘性的表现1.流体内摩擦概念牛顿在《自然哲学的数学原理》(1687)中指出：相邻两层流体作相对运动时存在内摩擦作用,称为粘性力。•库仑实验(1784)库仑用液体内悬吊圆盘摆动实验证实流体存在内摩擦。9流体的粘性流体内部质点间或流层间因相对运动而产生内摩擦力以反抗相对运动的性质。粘性是流体阻止发生剪切变形和角变形的一种特性。当流体处于静止或各部分之间相对速度为零时，流体的粘性就表现不出来，其内摩擦力也就

6、等于零。10•流体粘性形成原因:(1)两层液体之间的粘性力主要由分子内聚力形成(2)两层气体之间的粘性力主要由分子动量交换形成液体气体112.壁面不滑移假设由于流体的易变形性，流体与固壁可实现分子量级的粘附作用。通过分子内聚力使粘附在固壁上的流体质点与固壁一起运动。B1.3.1流体的粘性•壁面不滑移假设已获得大量实验证实，被称为壁面不滑移条件。12现象：a.速度分布不均匀；b.变形-有相对运动；c.作用力。B1.3.2牛顿粘性定律/牛顿内摩擦定律13实验证明内摩擦力T的大小：④与压力大小无关。①与流层的接触面积A成正比；②与速度梯度

7、成正比；③与流体的种类有关；即14表示速度沿垂直于速度方向（y）的变化率，单位为s-1。速度梯度即角变形速度（剪切变形速度）速度梯度15B1.3.2牛顿流体粘性定律/线形本构关系⑴粘性切应力与速度梯度成正比；⑵粘性切应力与角变形速率成正比；⑶比例系数称动力粘度，简称粘度。与固体的虎克定律作对比：其中u是速度其中u是位移本构关系描述应力和应变之间的函数关系16例B1.3.2圆管过流断面上的流速分布公式抛物线方程线性分布R17B1.3.3粘度1.动力粘度/动力粘滞系数/动力粘性系数粘度的单位是Pa•s(帕秒）或kg/m•s水：空气：常温

8、常压下，水和空气的粘度系数分别为表征单位速度梯度作用力下的切应力，反映了粘滞性的动力性质。温度对流体粘度的影响很大粘度的单位泊是0.1Pa•s(帕秒）或1Pa•s=10P18B1.3.3粘度2.运动粘度/运动粘性系数常温常压下，水和空