第一章-工程流体力学ppt课件.ppt

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1、第一章流体的物理性质及流体静力学流体力学流体力学是力学的一个独立分支，是一门研究流体的平衡和流体机械运动规律及其实际应用的技术科学。流体力学所研究的基本规律，有两大组成部分一是关于流体平衡的规律，它研究流体处于静止（或相对平衡）状态时，作用于流体上的各种力之间的关系，这一部分称为流体静力学；二是关于流体运动的规律，它研究流体在运动状态时，作用于流体上的力与运动要素之间的关系，以及流体的运动特征与能量转换等，这一部分称为流体动力学。1.1流体连续介质模型微观：流体是由大量做无规则运动的分子组成的，分子之间存在空隙，但在标准状

2、况下，1cm3液体中含有3.3×1022个左右的分子，相邻分子间的距离约为3.1×10-8cm。观看录像》宏观：考虑宏观特性，在流动空间和时间上所采用的一切特征尺度和特征时间都比分子距离和分子碰撞时间大得多。连续介质模型将流体作为由无穷多稠密、没有间隙的流体质点构成的连续介质，这就是1755年欧拉提出的“连续介质模型”。流体质点：包含有足够多流体分子的微团，在宏观上流体微团的尺度和流动所涉及的物体的特征长度相比充分的小，小到在数学上可以作为一个点来处理。而在微观上，微团的尺度和分子的平均自由行程相比又要足够大。优点排除了分子

3、运动的复杂性。在连续性假设之下，表征流体状态的宏观物理量如速度、压强、密度、温度等在空间和时间上都是连续分布的，都可以作为空间和时间的连续函数。失效情况:稀薄气体激波(厚度与气体分子平均自由程同量级)流体和固体的区别从力学分析的意义上看，在于它们对外力抵抗的能力固体：既能承受压力，也能承受拉力与抵抗拉伸变形。流体：只能承受压力，一般不能承受拉力与抵抗拉伸变形。1.2流体的密度和粘性■流体的密度——单位体积里流体的质量。均质流体非均质流体粘性——流体运动时，流体内部具有抵抗变形、阻滞流体流动的特性。观看录像一>>viscous

4、1观看录像二>>viscous2分类动力粘性系数μ：又称绝对粘度，是反映流体粘滞性大小的系数，单位：N•s/m2。运动粘性系数ν：又称相对粘度。单位(m2/s)影响流体粘性的主要因素流体粘度μ的数值随流体种类不同而不同，并随压强、温度变化而变化。1）流体种类。一般地，相同条件下，液体的粘度大于气体的粘度。2）压强。对常见的流体，如水、气体等，μ值随压强的变化不大，一般可忽略不计。3）温度。是影响粘度的主要因素。当温度升高时，液体的粘度减小，气体的粘度增加。温度的影响a.液体：内聚力是产生粘度的主要因素，当温度升高，分子间距离

5、增大，吸引力减小，因而使剪切变形速度所产生的切应力减小，所以μ值减小。b.气体：气体分子间距离大，内聚力很小，所以粘度主要是由气体分子运动动量交换的结果所引起的。温度升高，分子运动加快，动量交换频繁，所以μ值增加。粘性系数或动力粘性系数牛顿内摩擦定律牛顿在《自然哲学的数学原理》中假设：“流体两部分由于缺乏润滑而引起的阻力与速度梯度成正比”。运动粘性系数判断牛顿流体与非牛顿流体理想流体粘性流体牛顿内摩擦实验图1.2.1牛顿内摩擦实验例1.2.1一块可动平板与另一块不动平板之间为某种液体，两块板相互平行，它们之间的距离。若可动平

6、板以的水平速度向右移动，为维持这个速度，需要单位面积上的作用力为，求这二平板间液体的粘性系数。解由牛顿内摩擦定律认为两板间液体速度呈线性分布，故所以例：一底面积为40×45cm2，高为1cm的木块，质量为5kg，沿着涂有润滑油的斜面向下作等速运动，如图所示，已知木块运动速度u=1m/s，油层厚度d=1mm，由木块所带动的油层的运动速度呈直线分布，求油的粘度解：∵等速   ∴a=0由牛顿定律： ∑Fs=ma=0;mgsinq－τ·A=0（呈直线分布）∵q=tan-1(5/12)=22.62°流体的压缩性(compressibi

7、lity)作用在流体上的压力变化可引起流体的体积变化或密度变化称为流体的可压缩性压缩性系数(coefficientof volumecompressibility):在一定的温度下，单位压强增量引起的体积变化率定义为流体的压缩性系数，其值越大，流体越容易压缩，反之，不容易压缩。压缩系数体积弹性系数可压缩流体和不可压缩流体气体和液体都是可压缩的，通常将气体时为可压缩流体，液体视为不可压缩流体。(因为水的Ev=2×109Pa，水的体积变化很小，可忽略不计，所以通常可把水视为不可压缩流体。)水击或水下爆炸：水也要视为可压缩流体；当

8、气体流速比较低时也可以视为不可压缩流体。例:输水管l=200m，直径d=400mm，作水压试验。使管中压强达到55at后停止加压，经历1小时，管中压强降到50at。如不计管道变形，问在上述情况下，经管道漏缝流出的水量平均每秒是多少？水的体积压缩率k=4.83×10-10m2/N。解:  水