流体力学流体属性和流体静力学ppt课件.ppt

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1、流体属性绪论流体定义及连续介质假设流体属性作用在流体上的力一研究对象:流体(fluid),包括液体和气体。主要是水和空气绪论流体力学与工程技术二流体力学的研究方法实验数值计算风洞循环水槽理论分析-质量、动量、能量守恒，牛顿定律流动(flow)性流体遵循牛顿的力学定律、质量守恒定律和能量守恒定律等。一、流体宏观特性流体：没有形状，静止时不能承受切应力；切应力会使流体产生任意大的变形，而且无法恢复固体：有形状，静止时可承受法应力和切应力；θF固体θ1Fθ2t2t1流体流体定义及连续介质模型1.连续介质模型引入：流体分子之间不连续、有间隙。2.流体质点(或称流体微团):忽略尺寸效应但包含无数分

2、子的流体最小单元。3.连续介质模型（欧拉）：流体由流体质点组成，流体质点连续的、无间隙的分布于整个流场中。LeonhardEuler公元1707-1783年二、连续介质模型一、流体的密度和重度1.密度（density）均质流体，密度为常数2.重度(gravity)水的重度为密度和重度之间的关系为：，流体属性三、粘性1.牛顿平板试验u=Uu=0h剪切力（粘性力、内摩擦力）ydyu+duuF1剪切应力（粘性应力、内摩擦应力）：u=Uu=0y2.牛顿内摩擦定律u+dudyu粘性切应力与速度梯度成正比比例系数称动力粘性系数，简称粘度。讨论:切应力分布？ydyu+duuu=Uu=0yu=Uu=03

3、流体的粘性系数（1）动力粘性系数μ—Dynamicviscosity物理常数［μ］＝N·S／m２＝Ｐa·s［ν］＝ｍ２／ｓ（2）运动粘性系数Kinematicviscosity常温：水=1.13910-6(m2/s)空气=1.46110-5(m2/s)粘性产生的原因(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气体：温度上升,μ升高液体:温度上升，μ下降(3)μ与温度的关系三、真实流体和理想流体真实流体在固体表面上其流速与固体的速度相同相互接触的流体层之间有剪切应力作用理想流体在固体表面上发生相对滑移（壁面不滑移条件）四、牛顿型流体

4、与非牛顿型流体1.=0+µdu/dybinghan流体，泥浆、血浆、牙膏等2.=µ（du/dy）0.5伪塑性流体，尼龙、橡胶、油漆等3.=µdu/dy牛顿流体，水、空气、汽油、酒精等4.=µ(du/dy)2胀塑性流体，生面团、浓淀粉糊等5.＝0，µ＝0，理想流体，无粘流体。1234一压缩性与固体类似E(N/m2)越大越难压缩体积模数E流体的其它属性二膨胀性温度膨胀系数讨论：气体：低速气流可近似为不可压缩流体高速气流：可压缩流体液体：一般可以看成是不可压缩流体一、表面力压力（法向力）：垂直于作用面切力：shearforce平行于作用面某点的压强（压应力）某点的切应力作用于流体上

5、的力二、质量力（体积力）bodyforce重力场中分量形式为单位质量的质量力的定义为例1-2一滑块底面积为1010cm2，其质量为30kg，从一斜面滑下，其间油膜层厚度为0.01cm。当滑块的速度恒为1m/s时，确定油膜中的油的粘性系数30oyxGF30o解：思考题：1液体和气体的粘性系数随温度的变化规律有何不同，为什么？2静止流体能承受切向力吗？为什么？第一章流体静力学静压特性静止流体作用在平壁上的力静止流体作用在曲壁上的力第一节：流体静压特性绝对静止a相对静止静止(平衡）包括绝对静止和相对静止静水压强的特性1．垂直性静水压强垂直指向受压面2．各向等值性作用于同一点上各方向的静水压强的

6、大小相等任一点的静水压强仅是空间坐标的函数，压强p是一个标量，即p=p(x,y,z)pFABPCPC’证明（微元体积法）1取脱离体GθβdL2受力分析（轴线方向）表面力：压力质量力：3列方程求解静止流体中任一点处压力是与方向无关的标量。高阶小量§２-１欧拉平衡微分方程式一、欧拉平衡微分方程式在平衡的情况下，压力梯度必须和质量力取得平衡1.形式一2.综合形式表面力理想流体，切应力=0质量力ρXdxdydz以ｘ方向为例：p(x,y,z)p(x+dx,y,z)§２-２流体静力学基本方程式Ｘ＝Ｙ＝０，Ｚ＝－ｇ流体静力学基本方程式欧拉平衡微分方程式重力场p0压强由两部分组成：静压的基本公式液面上压

7、强p0单位面积上高度为h的水柱重ρghhh1h2p2p1hp一静压基本方程式自由表面下深度为h的压强第二节：流体静压分布规律1讨论：等压面由压强相等的点连成的面，称为等压面。等压面可以是平面，也可以是曲面。只受重力作用的连通的同一种液体内，等压面为水平面；反之，水平面为等压面。2帕斯卡定理无论容器的形状如何，处于静止状态的流体内，如任一点的压力有所增减，必将等值的传递到流体中的其他各点。3压力分布规律p0p0γhpp0p0γhpp0