第一章 流体力学的基础知识ppt课件.ppt

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1、第一章流体力学的基础知识目　录流体主要的力学性质1流体静力学基本概念2流动阻力与能量损失4流体动力学基础33Back流体力学的基础知识流体力学是研究流体运动和平衡规律及其应用的科学。流体主要是指具有流动特性的物体如：液体、气体等。流体的流动性是流体的最基本的特性，流动性是指流体不能承受切向力，如果有切向力存在，即使切向力很微小，流体也会发生变形。流体的流动性主要是由其力学性质决定的，流体的主要力学性质有：1.质量密度和重力密度；2.流体的黏滞性3.流体的压缩性和热胀性1.1流体主要的力学性质从微观上讲，流体是由大量的彼此之间有一定间隙的单

2、个分子所组成，而且分子总是处于随机运动状态。从宏观上讲，流体视为由无数流体质点（或微团）组成的连续介质。所谓质点，是指由大量分子构成的微团，其尺寸远小于设备尺寸，但却远大于分子自由程。这些质点在流体内部紧紧相连，彼此间没有间隙，即流体充满所占空间，称为连续介质。1.1.1连续介质假设1.易流动性流体这种在静止时不能承受切应力和抵抗剪切变形的性质称为易流动性2.质量密度单位体积流体的质量称为流体的密度，即ρ=m/V3.重量密度流体单位体积内所具有的重量称为重度或容重，以γ表示。γ=G/V1.1流体主要的力学性质1.1.2流体的主要力学性质质

3、量密度与重量密度的关系为：γ=G/V=mg/V=ρg4.粘性表明流体流动时产生内摩擦力阻碍流体质点或流层间相对运动的特性称为粘性，内摩擦力称为粘滞力。粘性是流动性的反面，流体的粘性越大，其流动性越小。平板间液体速度变化如图1.1所示。实际流体在管内的速度分布如图1.2所示。1.1流体主要的力学性质实验证明，对于一定的流体，内摩擦力F与两流体层的速度差du成正比，与两层之间的垂直距离dy成反比，与两层间的接触面积A成正比，即F=μAdu/dy（1-4）通常情况下，单位面积上的内摩擦力称为剪应力，以τ表示，单位为Pa，则式（1-4）变为τ=μ

4、du/dy（1-5）式（1-4）、式（1-5）称为牛顿粘性定律，表明流体层间的内摩擦力或剪应力与法向速度梯度成正比。1.1流体主要的力学性质5.压缩性和膨胀性流体体积随着压力的增大而缩小的性质，称为流体的压缩性。流体体积随着温度的增大而增大的性质，称为流体的膨胀性。液体与气体的压缩性和膨胀性的区别：（1）液体是不可压缩流体，液体具有膨胀性；（2）气体具有显著的压缩性和膨胀性。1.1流体主要的力学性质Back图1.1平板间液体速度变化1.1流体主要的力学性质Back图1.2实际流体在管内的速度分布1.1流体主要的力学性质1.2流体静力学基本

5、概念处于相对静止状态下的流体，由于本身的重力或其他外力的作用，在流体内部及流体与容器壁面之间存在着垂直于接触面的作用力，这种作用力称为静压力。单体面积上流体的静压力称为流体的静压强。若流体的密度为ρ，则液柱高度h与压力p的关系为：p=ρgh以绝对真空为基准测得的压力称为绝对压力，它是流体的真实压力；以大气压为基准测得的压力称为表压或真空度、相对压力，它是在把大气压强视为零压强的基础上得出来的。绝对压强是以绝对真空状态下的压强（绝对零压强）为基准计量的压强;表压强简称表压，是指以当时当地大气压为起点计算的压强。两者的关系为：绝对压=大气压+

6、表压1.2.1绝对压强、表压强和大气压强1.2流体静力学基本概念1.2流体静力学基本概念图1.3绝对压力、表压与真空度的关系假如一容器内装有密度为ρ的液体，液体可认为是不可压缩流体，其密度不随压力变化。在静止的液体中取一段液柱，其截面积为A，以容器底面为基准水平面，液柱的上、下端面与基准水平面的垂直距离分别为z1和z2，那么作用在上、下两端面的压力分别为p1和p2。1.2.2流体静力学平衡方程1.2流体静力学基本概念1.2.2.1静力学基本方程重力场中在垂直方向上对液柱进行受力分析：(1)上端面所受总压力P1=p1A，方向向下；(2)下端

7、面所受总压力P2=p2A，方向向上；(3)液柱的重力G=ρgA(z1-z2),方向向下。液柱处于静止时，上述三项力的合力应为零，即p2A-p1A-ρgA(z1-z2)=0整理并消去A，得p2=p1+ρg(z1-z2)(压力形式)（1-8）1.2流体静力学基本概念变形得p1/ρ+z1g=p2/ρ+z2g(能量形式)（1-9）若将液柱的上端面取在容器内的液面上，设液面上方的压力为pa，液柱高度为h，则式（1-8）可改写为p2=pa+ρgh（1-10）式（1-8）、式（1-9）及式（1-10）均称为静力学基本方程，其物理意义在于：在静止流体中任

8、何一点的单位位能与单位压能之和(即单位势能)为常数。1.2流体静力学基本概念静压强的方向性流体具有各个方向上的静压强。流体内部任意一点的静压强的大小与其作用的方向无关。流体的静压强仅与其高度或