第4章流体力学.ppt

《第4章流体力学.ppt》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、第四章流体力学§1流体静力学§2液体的表面现象§3理想流体的稳定流动§4黏性流体的流动§1流体静力学二.静止流体内的压强1.应力：一.流体及其种类流体：能流动的连续介质。特点：无固定形状。气体—无确定的体积（可充满任意空间）液体—有确定的体积。（法应力、切应力）2.压强:法应力的大小。（标量）3.静止流体内的应力特点（1）静止流体内只存在法应力,无切应力；（2）静止流体内过同一点的不同方位的面元上的应力大小（压强）都相等。4.静止流体内的压强差（1）同一高度处的各点：（2）不同高度处的各点：例题1：一水坝（如图）宽为L，水深为H，求水作用在坝上的力以及力对O轴的力矩。§2液体的表

2、面现象一．表面张力1.表面张力：在两种不相溶的液体或液体与气体之间的分界面上，存在着收缩液体表面的力，叫表面张力。其方向：与液面相切且与边界垂直。其大小：2.表面张力系数的另两种定义（1）描述外力作功（2）描述表面能（表面层内分子间的相互作用势能）作业P129例1液体的表面张力系数表物质温度℃αN/m物质温度℃αN/m水1074.2液体空气－19012水1873.0苯1822.9水3071.2醚1829水5067.9铅335473水银20540铂20001819酒精2022水－苯2033.6甘油2065水－醚2012.22025.7汞－水204723.表面张力系数的性质：（1）

3、与物质的成份有关（2）与温度有关（3）与临界物有关（4）且与杂质含量有关从微观的角度看，表面张力是由分子力引起的。所以分子力是因，表面张力是果。4.表面张力的微观解释表面层：液面下厚度为分子的引力有效作用距离的一层。二．球形凸液面（液滴）内外的压强差讨论：空气中的液泡，有两个表面，则由此可见：讨论：（1）吹肥皂泡实验（2）肺泡三．毛细现象（液体与固体接触处的表面现象）1．润湿与不润湿现象玻璃与水银玻璃与水石蜡与水铜（锌）板与水银不附着附着不附着附着不润湿润湿不润湿润湿90°<θ<180°0°<θ<90°90°<θ<180°0°<θ<90°（1）接触角在液体与固体的接触处，液

4、体表面的切线与固体表面的切线通过液体内部所形成的角，称为接触角，记作θ。当为锐角时，称润湿；当时，称完全润湿；当为钝角时，称不润湿；当时，称完全不润湿.附着层：在液、固接触处，厚度为液、液分子间的引力有效距离和液、固分子间的引力有效距离中的大者的一层。内聚力：液、液分子间的引力。附着力：液、固分子间的引力。（2）润湿与不润湿现象产生的原因2．毛细现象将细管插入液体中，润湿管壁的液体在细管中上升；不润湿管壁的液体在细管中下降的现象，称作毛细现象。能够发生毛细现象的管子，称作毛细管。液体上升的高度：（润湿时）（不润湿时）由此可见：例题1.植物毛细管例题2.在半径为r的毛细管中注水，一

5、部分水在管的下端形成半径为R的球帽状水滴，求水柱高h=？（设接触角为θ）ABh例3.将一充满水银的气压计管的开口端浸在一容器中。管子的内直径为d=0.4cm，管内外的水银面的高度差h＝758mm，试求大气压强。已知水银的密度为，表面张力系数。讨论：1.土壤中的毛细现象（1）为何清晨地表比白天湿些？（2）为何旱天播种后，常把地面压紧，而冬天却要把地翻松？2.气体栓塞现象当液体在毛细管中流动时，若管中出现了气泡，液体的流动将受到阻碍的现象。§3理想流体的稳定流动一．理想流体理想流体是绝对不可压缩，完全没有黏滞性的流体。二．稳定流动（定常流动）流体元所经历的空间中，各点的速度不随时间变

6、化的流动，称为稳定流动。1．流线2.流管稳定流动时，流线的形状不随时间变化，流线不相交。稳定流动时，不同流管中的流体不相混合。三．连续性方程(不可压缩的流体作稳定流动时）流量：单位时间内通过任意截面的流体体积。在同一细流管中，各截面处的流量都相同。理想流体稳定流动时的连续性方程四．伯努利方程(理想流体作稳定流动时)同一流线上的任意点，同一流线上的任意两点，应用原则：①这个方程只适用于理想流体的稳定流动。②这个方程只适用于微流束，即它给出了同一流线上的各点p、v、h的关系。dS很小，p、v、h才是同一常数。③只有与大气相通处，p=p0=1atm=Pa④伯努利方程和连续性方程连用可以

7、解出两个未知数。五.应用举例2.托里拆里定律(敞口大容器的小开口问题)求一个装满水的敞口的大容器底部小孔处的流速。1.静止流体内A、B两点的压强差设容器中装满了理想流体，且保持静止，求A、B两点的压强差。BAhH3.皮托管（流速计)若已知h，求4.文特里管（流速计或流量计）已知求h212hρ25.如图，管中有水流动，其密度为ρ1，粗管的截面积为S1，且均匀收缩，收缩部分的截面积为S2，流量为Q。求：①S1、S2处的流速。②两部分的压强差。③若U形管中装有水银，其密度为ρ2，此时