第三章流体力学基础ppt课件.ppt

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1、第三章沉积学相关的流体力学基本原理第三章沉积学相关的流体力学基本原理一、概述二、流体的粘滞性和内摩擦定律三、急流、缓流和福劳德数四、层流、紊流与雷诺数五、悬浮载荷和旋涡紊动作用六、空气的几个流体力学问题一、概述沉积学中沉积机理的研究与流体力学的关系极为密切。流动的物质为流体。从力学的性质讲，流体是一种受任何微剪切力都能连续变形的物质。流体具有容易变形(流动)的特征，这就是流体的流动性。与沉积作用有关的流体：水、空气。流体力学：研究流体在静止和运动时的力学规律，研究流体与其它物体(在沉积学中主要是碎屑沉积物)之间的相互作

2、用。研究内容包括两个方面：1、流体的类型与性质2、流体所受的力一、概述流体所受的力有：惯性力、万有引力、重力、粘滞力、弹性力、表面张力等。流体力学亦是以牛顿运动三定律为基础的。即流体的运动主要是受机械运动的定律所制约。机械运动的矛盾是作用力和反作用力的相互作用。在流体运动中重力、粘滞力、弹性力和表面张力都是可以改变流体原有状态的作用力，唯有惯性力是维持流体原有运动状态的反作用力。因此，简单地说，流体运动就是惯性力(反作用力)与其它作用力(重力、粘滞力、弹性力、表面张力)的相互作用的结果。作用力和反作用力相等时使流体保持平

3、衡。第三章沉积学相关的流体力学基本原理一、概述二、流体的粘滞性和内摩擦定律三、急流、缓流和福劳德数四、层流、紊流与雷诺数五、悬浮载荷和旋涡紊动作用六、空气的几个流体力学问题二、流体的粘滞性和内摩擦定律（一）粘滞性的概念动板实验：设有两块平行的平板，其间充满静止流体。当下板固定不动，上板以匀速平行下板运动时，两板之间的流体便处于不同速度的运动状态，即：附着在动板下面的流体层的运动速度与动板的速度相等，愈往下速度愈小，直到附着在定板上的流体层的速度为零(线性速度分布规律如右图)。实验说明：每一运动速度较慢的流体层，都是在运动

4、速度较快的流体层带动下才发生运动的。同时，运动较快的流体层(快层)也受到运动较慢的流体层(慢层)的阻滞，而不能运动得更快。二、流体的粘滞性和内摩擦定律（一）粘滞性的概念动板实验说明，每一运动速度较慢的流体层，都是在运动速度较快的流体层带动下才发生运动的。同时，运动较快的流体层(快层)也受到运动较慢的流体层(慢层)的阻滞，而不能运动得更快。根据作用力与反作用力的原理，相邻流体产生相对运动时，快层对慢层产生一个拖曳力(作用力)，使慢层加速；相反，慢层对快层产生一个方向相反的阻滞力(反作用力)，使快层减速。拖曳力和阻滞力是大小

5、相等方向相反的一对力，它们分别作用在两个流层的接触面上，又因为这一对力是在流体的内部产生的；所以把这一对力叫做内摩擦力(或称为粘滞力)。流体在静止时不能承受切力抵抗剪切变形；但在运动状态下，流体具有抵抗剪切变形的能力，称为粘滞性。二、流体的粘滞性和内摩擦定律（一）粘滞性的概念根据作用力与反作用力的原理：相邻流体产生相对运动时，快层对慢层产生一个拖曳力(作用力)，使慢层加速；相反，慢层对快层产生一个方向相反的阻滞力(反作用力)，使快层减速。拖曳力（剪切应力）：把加快流体运动的力。阻滞力：阻止流体运动的力。内摩擦力(粘滞力)

6、：一对大小相等、方向相反的拖曳力和阻滞力称为内摩擦力(粘滞力)。流体在静止时不能承受切力抵抗剪切变形；但在运动状态下（在切力作用下），流体具有抵抗剪切变形的能力，称为粘滞性。二、流体的粘滞性和内摩擦定律（一）粘滞性的概念在河道中的流水，因受固体边界影响，使得由河底往上流速逐渐增大，由于各水层的流速不同，各水层之间就要产生相对运动，从而产生成对的切力。即快层对慢层产生一种拖曳力，其方向与流向一致；反之，慢层对快层要产生一种阻滞力，其方向与流向相反。二、流体的粘滞性和内摩擦定律（二）牛顿内摩擦定律根据内摩擦力(T)的性质，它

7、与接触面积(A)和相对速度差(du)成正比，而与垂直距离(dy)成反比，这一结论称为牛顿内摩擦定律(或粘滞定律)，可表示为：T=μA（du/dy）式中T：内摩擦力(牛)；du/dy：流速梯度(秒-1)(沿垂直水流方向单位距离的流速变化值也称剪切变形率)。A：接触面积(m2)μ：与流体种类、温度有关的系数，称为动力粘滞性系数(帕·秒，即Pa·S)。粘滞系数μ粘滞系数：作用在1cm2上的粘滞力规定为流体的粘滞系数(单位：泊)。表示流体粘滞性的大小。粘滞系数随温度而变，当温区升高时，液体的粘滞系数减小，而气体则增加。下表为几种

8、流体的粘滞系数:水甘油空气20oC0.018.31.810-430oC0.0086.31.910-4二、流体的粘滞性和内摩擦定律（二）牛顿内摩擦定律上述内摩擦定律不是所有的流体都能适用。凡是服从内摩擦定律的流体称作牛顿流体，即在温度不变的条件下，随着流速梯度(du/dy)和剪切应力(τ)的变化，μ值保持一常数(右