大学物理 流体力学 教学课件.ppt

《大学物理 流体力学 教学课件.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、大学物理B张义办公室电话：2886186。办公室：11教3楼物理教研室（320）大学物理成绩：作业（10%）实验（30%）课堂考核（10%）理论（50%）第一节:理想流体与稳定流动流体:能够流动的连续介质,是气体和液体的总称。基本特征:流动性。一.理想流体:不可压缩的，没有粘性的流体。二.稳定流动:1.稳定流动流体流经的空间称为流体空间或流场。流体的流动状态不随时间变化的流动称为稳定流动。说明：①流体在空间各点的速度分布不变。②流体质量元在不同地点的速度可以各不相同。③“稳定流动”并不仅限于“理想流体”。流线：分布在流场中的许多假想曲线，曲线上每一点

2、的切线方向和流体质量元流经该点时的速度方向一致。①流场中流线是连续分布的；②空间每一点只有一个确定的流速方向，所以流线不可相交；③流线密处，表示流速大，流线稀处，表示流速小。说明：2.流线3.流管由一组流线围成的管状区域称为流管。①流管内流体的质量是守恒的。②通常所取的“流管”都是“细流管”。细流管的截面积时，流管就成为流线。说明：问题：流体质元能否穿越流管侧壁？流体密度分别为和。取一细流管，任取两个截面和，两截面处的流速分别为和，则在时间内，流入细流管的流体质量同理，流出的质量流体作稳定流动时，流管内流体质量守恒，即或（常量）上式称为连续性原理，它

3、是流体作稳定流动时的质量守恒方程，其中称为质量流量。S1S2v1v2Δt三、连续性原理描述稳定流动的流体任一流管中流体元在不同截面处的流速与截面积的关系。1原理的推导对于不可压缩流体，为常量，故有上式称为不可压缩流体的连续性原理或体积连续性方程，其中称为体积流量。是对细流管而言的。物理上的“细”，不是指管径小。只要同一截面上各处速度一样，不论管径多大，均可看成“细流管”。对同一流管而言，C一定。截面积S小处则速度大，截面积S大处则速度小。例求解一根粗细不均的长水管，其粗细处的截面积之比为4∶1，已知水管粗处水的流速为2m·s-1。水管狭细处水的流速v

4、1v2S1S2由连续性原理知得说明：①②2.讨论:(1)举几个应用连续性方程的例子(2)流量：单位时间内流过某截面的流体体积和流体质量分别称为流体的体积流量和质量流量:（3）对于分支管道，连续性方程变为：应用：天然气管，石油管等水雕吹沙用水冲地只适用于“细流管”例：流体在半径为R的管内作稳定流动，截面上的流速按分布，r为截面上某点到轴线的距离。设R=5cm，求体积流量。解：如图，取一半径为r，宽度为dr的圆环面元ds，则通过该面元的体积流量元为：第二节理想流体的伯努利方程理想流体在重力场中作稳定流动。取图示细流管，设△t内，流体从初位置ac移动到末位

5、置bd。则在△t内流过两截面S1和S2的流体体积分别为由连续性原理得流体由ac移动到bd的过程中，bc段流管中流体的动能和重力势能保持不变，故△t时间内，流体动能变化量为：S1aS2cbdΔtΔtv1v2由于流体的流动状态保持不变，因此，在△t时间重力做的功为：在△t时间内外力对该段流体做功：由动能定理：或即S1S2ΔtΔtP1P2h2h1伯努利方程注意：伯努利方程的意义（1）伯努利方程是理想流体做定常流动时满足的能量守恒关系。表示单位体积流体流过细流管时外压力所作的功；表示单位体积流体流过细流管时重力所作的功；表示单位体积流体流过细流管后动能的变化

6、量；（2）伯努利方程应用于流体静力学即为连通器原理;（3）注意统一单位（国际单位），适用于理想流体的定常流动;（4）P、h、v均为可测量，它们是对同一流管而言的;（5）它是流体力学中的基本关系式，反映各截面处，P、h、v之间的关系。对于水平管有：（6）在工程和医学上，伯努利方程常用下式等式左边分别称为压力头、速度头和水头。水管里的水在压强P=4.0×105Pa作用下流入室内，水管的内直径为2.0cm，引入5.0m高处二层楼浴室的水管，内直径为1.0cm。当浴室水龙头完全打开时，浴室水管内水的流速为4.0m·s-1。当水龙头关闭时，，由伯努利方程即=3

7、.5×105PaS1v1s2v2h2例求解浴室水龙头关闭以及完全打开时浴室水管内的压强。当水龙头完全打开后，=2.3×105Pa有由伯努利方程：打开水龙头，管口处的压强减小，这是水的流动导致的结果。h1二、伯努利方程的应用1.喷雾器对于水平流管，伯努利方程变为：可见：大则小，小则大。可见：大则小，小则大。应用：喷雾器，水流抽气机，家俱的喷漆机。球类运动2.文丘里管将连续性方程、伯努利方程应用于汾丘里管的粗细两处，有：问题：若要测定气体流量，应对仪器作何改进？由以上两式可得所以，体积流量为3.皮托管流速计考虑A和B两点，A与B两点可近似地看成在同一水平

8、面上。由水平管的伯努利方程可得：故测得高度差h，即可求得流速。应用：测飞机在空中相对空气的速度。4.压强与高