《流体力学》多媒体课件.ppt
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1、流体力学流体力学多媒体课件多媒体课件 制作人制作人 王永芬王永芬第一章第一章 绪绪 论论学习要求:学习要求:1 1、了解流体的主要物理力学性质,理解易流动特性、了解流体的主要物理力学性质,理解易流动特性和粘滞性,掌握牛顿内摩擦定律。和粘滞性,掌握牛顿内摩擦定律。2 2、理解质量力和表面力,掌握其表示方法。、理解质量力和表面力,掌握其表示方法。3 3、理解连续介质(质点的概念)、粘性流体、理、理解连续介质(质点的概念)、粘性流体、理想流体、不可压缩流体、可压缩流体。想流体、不可压缩流体、可压缩流体。4 4、知道流体的研究方法。、知道流体的研究方法。1-1 1-1 流体力学的任务及研究对象流体力学
2、的任务及研究对象 液体与气体统称为流体。液体与气体统称为流体。本书研究以水为代表的流体的宏观运动和平衡规律本书研究以水为代表的流体的宏观运动和平衡规律及其应用。及其应用。1-2 1-2 连续介质假定(宏观上)连续介质假定(宏观上)假定流体所占据的空间完全由流体质点所充满而没假定流体所占据的空间完全由流体质点所充满而没有任何空隙,流体质点在时间过程中作连续运动。有任何空隙,流体质点在时间过程中作连续运动。1-2 1-2 流体的主要物理力学性质流体的主要物理力学性质量纲量纲 物理量的种类。如:长度、时间、质量等。物理量的种类。如:长度、时间、质量等。一、易流动性一、易流动性单位单位 量度物理量的基
3、准。量度物理量的基准。量纲分为基本量纲和导出量纲量纲分为基本量纲和导出量纲 流体在静止时不能承受切应力和不能抵抗剪切变形流体在静止时不能承受切应力和不能抵抗剪切变形的性质称为流体的易流动性。的性质称为流体的易流动性。二、惯性(质量和密度)二、惯性(质量和密度)惯性惯性 物体保持原有运动状态的特性。物体保持原有运动状态的特性。惯性的大小以质量来度量。惯性的大小以质量来度量。密度密度 单位体积流体所具有的质量,用符号单位体积流体所具有的质量,用符号表示。表示。密度的国际单位为:密度的国际单位为:kg/m3。物体中所含物质数量,称为质量。物体中所含物质数量,称为质量。对于液体,一般情况下,压强和温度
4、对对于液体,一般情况下,压强和温度对的影响极小。的影响极小。惯性力惯性力 由流体惯性引起的对外界抵抗的反作用力。由流体惯性引起的对外界抵抗的反作用力。F=Ma通常取水的密度为:通常取水的密度为:1000kg/m3。三、重力特性(重量和容重)三、重力特性(重量和容重)容重容重 单位体积液体所具有的重量,用符号单位体积液体所具有的重量,用符号 表示。表示。容重的国际单位为:容重的国际单位为:N/m3或或kN/m3。G=Mg液体受地球引力的性质,称为重力特性。液体受地球引力的性质,称为重力特性。式中:式中:g 重力加速度,一般取重力加速度,一般取 g=9.8 m/s2。=g水的容重为:水的容重为:9
5、.8103N/m3或或 9.8kN/m3。四、粘滞性四、粘滞性 运动的流体具有一定的阻抗剪切变形的能力,这种运动的流体具有一定的阻抗剪切变形的能力,这种特性称为液体的特性称为液体的粘性和粘滞性粘性和粘滞性。由于流体中存在粘滞性,运动流体需要克服内摩擦由于流体中存在粘滞性,运动流体需要克服内摩擦力作功,因此它是流体在流动中产生能量损失的主要力作功,因此它是流体在流动中产生能量损失的主要原因。原因。静止时,流体没有抵抗剪切变形的能力,即流体具静止时,流体没有抵抗剪切变形的能力,即流体具有易流动性。有易流动性。粘性对流体运动的影响:粘性对流体运动的影响:yyuu+dudyuu+duF粘滞力:粘滞力:
6、dydu式中:式中:单位面积上的内摩擦力,称为内摩擦切应单位面积上的内摩擦力,称为内摩擦切应力力 动力粘滞系数,单位为:帕斯卡动力粘滞系数,单位为:帕斯卡秒秒dydu 流速梯度,即流速沿流速梯度,即流速沿y方向的变化率方向的变化率牛顿内摩擦定律牛顿内摩擦定律令:令:称为运动粘滞系数称为运动粘滞系数五、压缩性和膨胀性五、压缩性和膨胀性压缩性压缩性 流体受压、体积缩小、密度增大的性质。流体受压、体积缩小、密度增大的性质。解除外力后又能恢复原状的特性,称为弹性。解除外力后又能恢复原状的特性,称为弹性。液体的压缩性和弹性,常用压缩系数液体的压缩性和弹性,常用压缩系数 和弹性系数和弹性系数 K来度量。来
7、度量。VdVVdVdpKdp1 式中:式中:p 外加压强外加压强 压缩系数压缩系数(m2/s)K 弹性系数弹性系数(Pa)越大,液体越易压缩。越大,液体越易压缩。膨胀性膨胀性 流体受热、体积膨胀、密度减小的性质。流体受热、体积膨胀、密度减小的性质。六、表面张力特性六、表面张力特性 沿液体自由表面,液体分子引力所产生张力,称为沿液体自由表面,液体分子引力所产生张力,称为表面张力。表面张力。液体在表面张力作用下具有尽量缩小其表面的趋势。液体在表面张力作用下具有尽量缩小其表面的趋势。表面张力的大小,用表面张力系数表面张力的大小,用表面张力系数 度量。度量。单位长度的表面张力,称为表面张力系数,单位为
8、:单位长度的表面张力,称为表面张力系数,单位为:N/m。表面张力系数表面张力系数 随液体种类和温度而变化。随液体种类和温度而变化。表面张力是液体的特有性质。表面张力是液体的特有性质。毛细管现象:教材毛细管现象:教材P71-4 作用在流体上的力作用在流体上的力一、质量力一、质量力 作用在流体每一质点上,其大小与所受作用流体质作用在流体每一质点上,其大小与所受作用流体质量成正比例的力,称为质量力。量成正比例的力,称为质量力。重力、惯性力都是质量力。重力、惯性力都是质量力。若所取的隔离体内的流体是均质的,则:若所取的隔离体内的流体是均质的,则:mFf f f 单位质量力单位质量力二、表面力二、表面力
9、作用于流体隔离体表面上的力,称为表面力。作用于流体隔离体表面上的力,称为表面力。压力压力 垂直于作用面方向垂直于作用面方向单位面积上的压力称为压强:单位面积上的压力称为压强:dAdPp 单位面积上的切力称为切应力(内摩擦力):单位面积上的切力称为切应力(内摩擦力):dAdT静止液体或无相对运动的液体中,静止液体或无相对运动的液体中,=0=0。表面力表面力切力切力 沿作用面方向沿作用面方向1-5 1-5 流体的力学模型和研究方法流体的力学模型和研究方法一、流体力学模型一、流体力学模型二、流体力学的研究方法二、流体力学的研究方法1 1、理想流体、理想流体2 2、不可压缩流体、不可压缩流体实际流体与
10、理想流体的区别在于有无粘滞性。实际流体与理想流体的区别在于有无粘滞性。本章要点:本章要点:1、液体的主要物理性质惯性质量,密度万有引力重力,重度流动性粘滞性粘滞力。是液体最主要的特性之一,它对液体流动的影响为:(1)产生内摩擦力;(2)产生水流阻力,导致能量损失;(3)形成特殊的流速分布。压缩性弹性力表面张力特性表面张力一般不考虑2、两个假想:连续介质概念、理想液体概念。3、作用在液体上的力:表面力、质量力。4、单位质量力f=F/M,单位质量力在坐标上的投影X、Y、Z。第第2章章 流体静力学流体静力学学习要求:学习要求:1 1、理解和掌握静压强及其特性。、理解和掌握静压强及其特性。3 3、理解
11、测压管水头、位置水头和压强水头的概念,、理解测压管水头、位置水头和压强水头的概念,理解等压面的概念。理解等压面的概念。2 2、熟练掌握流体静压强公式,熟练掌握点压强的计、熟练掌握流体静压强公式,熟练掌握点压强的计算方法,掌握压强的计算基准和表示方法,熟练掌握算方法,掌握压强的计算基准和表示方法,熟练掌握静压强分布图,掌握压强的量测方法。静压强分布图,掌握压强的量测方法。4 4、熟练掌握计算作用于平面的液体总压力。、熟练掌握计算作用于平面的液体总压力。5 5、熟练掌握计算作用于曲面的液体总压力。、熟练掌握计算作用于曲面的液体总压力。2.1 流体静压强及其特性流体静压强及其特性一、静压强的定义一、
12、静压强的定义二、静压强的特性二、静压强的特性1 1、垂直指向作用面、垂直指向作用面因为静水中,因为静水中,=0,则,则p=pn2 2、同一点处,静水压强各向等值、同一点处,静水压强各向等值 静止流体作用在每单位受压面积上的压力,称为静静止流体作用在每单位受压面积上的压力,称为静水压强。某点的静水压强表示为:水压强。某点的静水压强表示为:dAdPp pnpM(x,y,z)2.2 流体的平衡微分方程及其积分流体的平衡微分方程及其积分一、流体平衡的微分方程一、流体平衡的微分方程010101zpZypYxpX也称欧拉平衡微分方程也称欧拉平衡微分方程静止液体的平衡条件是单位质量力与其表面力相等。静止液体
13、的平衡条件是单位质量力与其表面力相等。二、流体的平衡微分方程的全微分形式二、流体的平衡微分方程的全微分形式)(ZdzYdyXdxdp三、等压面及其特性三、等压面及其特性 液体中由压强相等的各点所构成的面(可以是平面或液体中由压强相等的各点所构成的面(可以是平面或曲面)称为等压面。曲面)称为等压面。静止液体的自由表面即为等压面。静止液体的自由表面即为等压面。1 1、等压面、等压面2 2、等压面的特性、等压面的特性)(ZdzYdyXdxdp由由及等压面定义,得:及等压面定义,得:0ZdzYdyXdx等压面方程:等压面方程:1 1)等压面就是等势面;)等压面就是等势面;2 2)等压面与质量力正交)等
14、压面与质量力正交等压面的特性:等压面的特性:2.3 流体静压强分布规律流体静压强分布规律一、重力作用下的流体静压强公式一、重力作用下的流体静压强公式1z12z2p0hz静止液体中任一点:静止液体中任一点:Cgpz静止液体中任意两点:静止液体中任意两点:gpzgpz2211重力作用下流体静压强基本公式:重力作用下流体静压强基本公式:ghpp0流体静力学基本方程流体静力学基本方程在同一连通的静止液体中:在同一连通的静止液体中:hgpp12h 当点当点1高于点高于点2时时h为正,为正,反之为负。反之为负。静止重力液体的等压面为水平面!静止重力液体的等压面为水平面!注意:必须为质量力只有重力的静止、同
15、种和注意:必须为质量力只有重力的静止、同种和连续的介质。连续的介质。对于气体,因密度较小,认为任意两点的静压强相等。对于气体,因密度较小,认为任意两点的静压强相等。教材教材P18、P35思考题思考题2.2二、压强的计算基准和表示方法二、压强的计算基准和表示方法1)、绝对压强)、绝对压强 pabs 以设想没有大气存在的绝对真空作零点计算的压强,以设想没有大气存在的绝对真空作零点计算的压强,称为绝对压强。称为绝对压强。它是液体中的实际压强,且有它是液体中的实际压强,且有 pabs0hppabs01 1、压强的计量基准、压强的计量基准 若液面绝对压强为若液面绝对压强为P0,则液体内某一点绝对压强,则
16、液体内某一点绝对压强 pabs为:为:2)、相对压强)、相对压强以当地大气压作起算零点的压强,称为相对压强。以当地大气压作起算零点的压强,称为相对压强。pabs=p+pa 当 p0=pa 时:p=gh 3)、绝对压强与相对压强的关系)、绝对压强与相对压强的关系 绝对压强总是正的,而相对压强可能是正值,绝对压强总是正的,而相对压强可能是正值,也可能是负值。也可能是负值。4)、真空及真空压强)、真空及真空压强 当液体中某点的绝对压强小于当地大气压强时,则当液体中某点的绝对压强小于当地大气压强时,则称该点存在真空(负压)。称该点存在真空(负压)。absakppp真空的大小用真空压强真空的大小用真空压
17、强pk表示,即:表示,即:当相对压强为负值时,即存在真空;相对压强的绝当相对压强为负值时,即存在真空;相对压强的绝对值等于真空压强。对值等于真空压强。例:如图所示封闭水箱内,液面的例:如图所示封闭水箱内,液面的绝对压强为绝对压强为p0=78.4kN/m2,水深,水深h1=0.5m,h2=2.5m。试求。试求A、B两点的两点的绝对压强,相对压强和真空值。绝对压强,相对压强和真空值。P0ABh1h2解:解:1、绝对压强、绝对压强210/3.835.08.94.78mkNhppAabs220/9.1025.28.94.78mkNhppBabs2、相对压强、相对压强2/7.14983.83mkNppp
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