大学物理 流体力学课件.ppt

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1、第二章流体力学流体力学流体质量元微观上看为无穷大，不必深入研究流体分子的无规则热运动；宏观上看为无穷小的一点，有确定的位置、速度、密度和压强等；流体动力学（用P、V、h、等物理量描述）流体静力学（用P、F浮、等物理量描述）流体力学的研究内容3§2-1.理想流体§2-2.伯努利方程§2-3.伯肃叶公式和斯托克斯公式§2-4.液体的表面现象4§2-1.理想流体一流体液体和气体统称为流体，最鲜明的特征是形状不定，具有流动性。液体：气体：易压缩不易压缩二压强面积元两侧流体相互作用的弹性力方向为面元内法线方向单位面积上的压力称为压强在静止流体中任何一

2、点的压强与过该点面元取向无关.5三粘性与粘度粘性——流体流动时，在内部产生的切应力。流体流动时，各层流体的流速不同。快层必然带动慢层，慢层必然阻滞快层。层与层之间的相对滑动，产生内摩擦力。zFv0ffvv+dv6四理想流体的概念理想流体——没有粘性并且不可压缩的流体。五流速场定常流动拉格朗日的追踪法——流元、流块欧拉的速度场法——流场(流速场)流体力学理论的主流方法。流速场定常流动流速与时间无关7流线流管流线：流速场中的一系列假想的曲线。在每一瞬时，曲线上每一点的切线方向与该处流体质元的速度方向一致。流管：通过流体内闭合曲线上各点的流线所围

3、成的细管。由于每一点都有唯一确定的流速，因此流线不会相交，流管内外的流体都不会穿越管壁。六流线与流管8七连续性方程——体积流量守恒（连续性方程）流量：流管入口端的流量等于出口端的流量，流管周壁的流量为零。△S1△S2v1v2Δt——质量流量守恒对于理想流体（或不可压缩流体）例已知一个水龙头流出的水柱，高度相距为h的两处横截面积分别为S1和S2，求水龙头的体积流量。10伯努利方程——能量守恒定律在流体力学中的表现§2-2.伯努利方程丹尼尔第一·伯努利瑞士数学家、力学家11——伯努利方程伯努利方程实质上是能量守恒定律在理想流体定常流动中的表

4、现，它是流体动力学的基本规律。严格上说伯努利方程是理想流体定常流动在一根流线上的动力学方程。表明压强、动能体密度、势能体密度三项之和在流线上各点处处相等，保持为一恒量。注意：12伯努利方程的应用1.流速与压强的关系由于水平放置，流体的平均高度相同，故连续性方程的结果代入上式就得到简单易记的话：流速大，压强小；流速小，压强大。如果即则13142.出口的流速水面压强为p2，水槽横截面积为A2，液面处水的流速为v2。水槽底部与一水管相连。水管横截面积为A1，阀门与水槽水面相距h。由于开启阀门时,水塔水面下降缓慢,所以，根据伯努利方程，有开启阀门

5、时水的流速等于多少呢？15如果水塔顶部与大气相连通，开阀后出口处也是一个大气压，即那么这时出口处水流速度与自由落体速度相等。（测量管道中液体体积流量）如左图所示。当理想流体在管道中作定常流动时，由伯努利方程文丘里流量计由连续性原理又管道中的流速hSASB由伯努利方程从U形管中左右两边液面高度差可知为U形管中液体密度，为流体密度。比多管由上两式得较适合于测定气体的流速。常用如图示形式的比多管测液体的流速hhABAB183.飞机机翼周围的空气是如何流动的假设在机翼右方的空气是水平方向以速度v1向左运动的，如图。这一分析与伯努利原理是一致的。机翼

6、上方空气流速较下方流速大，因而机翼上方的压强小，下方的压强大，结果产生一个向上的力，即升力。由于机翼倾斜，流经机翼的流线向下偏移，如图中的v2。这两个矢量之差v2-v1正是指向机翼对空气的作用力的方向。根据牛顿第三定律，空气对机翼施加大小相等、方向相反的反作用，如图中的F。这个力的垂直分量正是飞机的升力(lift)。旋转的球带动空气形成环流，一侧气流加速，另一侧减速，形成压差力，使足球拐弯，称为马格努斯效应。例某水手想用木板抵住船舱上一个漏水的洞，但力气不足，木板总是被水冲开。后来在另一个水手的帮助下，将木板紧压住漏水的孔以后，他就可以一个

7、人抵住木板了。试解释其原因。21层流与湍流层流：流体运动规则，各层流动互不掺混，质点运动轨线是光滑，而且流场稳定。湍流：流体运动极不规则，各部分激烈掺混，质点运动轨线杂乱无章，而且流场极不稳定。§2-3.伯肃叶公式和斯托克斯公式22牛顿内摩擦定律流体流动时，各层流体的流速不同。快层必然带动慢层，慢层必然阻滞快层。层与层之间的相对滑动，产生内摩擦力。zFv0ffvv+dv——粘度系数或粘度单位：牛·秒/米2，N·s/m2或Pa·s23一哈根—伯肃叶公式水平管道定常流动l——哈根—伯肃叶公式24二粘性阻力——斯托克斯公式当物体速度不大时，粘滞

8、阻力与速度成正比k取决于粘滞系数和物体几何形状对于半径为r的小球，如图小球所受粘滞阻力——斯托克斯公式一个质量为m带电量为q的油滴处在二块平行板之间，在平行板未加电压时，油滴受