流体力学基础知识课件课件.ppt

1流体力学基本知识 物质在自然界中通常按其存在状态的不同分为固体(固相)、液体(液相)和气体(气相)。液体和气体因具有较大的流动性，被统称为流体，它们具有和固体截然不同的力学性质。研究流体处于静止状态与运动状态的力学规律及其实际应用的科学称为流体力学，它是力学的一个分支。 1．1 流体的主要力学性质 流体中由于各质点之间的内聚力极小，不能承受拉力，静止流体也不能承受剪切力。正因为如此，所以流体具有较大的流动性，且不能形成固定的形状。但流体在密闭状态下却能承受较大的压力。充分认识以上所说流体的基本特征，深刻研究流体处于静止或运动状态的力学规律，才能很好地把水、空气或其它流体按人们的意愿进行输送和利用，为人们日常生活和生产服务。 下面介绍一下流体主要的力学性质。 1．1．1 流体的惯性 流体和其它固体物质一样都具有惯性，即物体维持其原有运动状态的特性。物质惯性的大小是用质量来度量的，质量大的物体，其惯性也大。对于均质流体，单位体积的质量，称为流体的密度，即：ρ=m/V (1-1)式中 ρ一流体的密度，kg／m3；m一流体的质量，kg； V一流体的体积，m3。对于均质流体，单位体积的流体所受的重力称为流体的重力密度，简称重度，即：γ=G/V (1-2)式中γ一流体的重度，N／m3；G一一流体所受的重力，N；V一流体的体积，m3。由牛顿第二定律得：G=m g。因此，γ=G/V=mg/V=ρg (1·3)式中g一一重力加速度，g=9．807 m／s2。流体的密度和重度随其温度和所受压力的变化而变化。也就是说同一流体的密度和重度不是一个固定值。但在实际工程中，液体的密度和重度随温度和压力的变化而变化的数值不大，可视为一固定值；而气体的密度和重度随温度和压力的变化而变化的数值较大，设计计算中通常不能视为一固定值。常用流体的密度和重度如下：水在标准大气压，温度为4°C时密度和重度分别为：ρ=1000kg／m3，γ=9.807kN／m3水银在标准大气压，温度为0℃时其密度和重度是水的13.6倍。干空气在标准大气压，温度为20°C时密度和重度分别为：ρ=1.2kg／m3，γ=11.82N／m3 1．1．2流体的粘滞性流体在运动时，由于内摩擦力的作用，使流体具有抵抗相对变形(运动)的性质，称为流体的粘滞性。流体的粘滞性可通过流体在管道中流动情况来加以说明。用流速仪可测得流体管道中某一断面的流速分布，如图1．1所示。流体沿管道直径方向分成很多流层，各层的流速不同，管轴心的流速最大，向着管壁的方向逐渐减小，直至管壁处的流速最小，几乎为零，流速按某种曲线规律连续变化。流速之所以有此分布规律，正是由于相邻两流层的接触面上产生了阻碍流层相对运动的内摩擦力，或称粘滞力，这是流体的粘滞性显示出来的结果。  图l-l 管道中断面流速分布 流体在运动过程中，必须克服内摩擦阻力，因而要不断消耗运动流体所具有的能量，所以流体的粘滞性对流体的运动有很大的影响。在水力计算中，必须考虑粘滞力的重要影响。对于静止流体，由于各流层间没有相对运动，粘滞性不显示。流体粘滞性的大小，通常用动力粘滞性系数μ和运动粘滞性系数v来反映，它们是与流体种类有关的系数，粘滞性大的流体，μ和?的值也大，它们之间存在一定的比例关系。同时，流体的粘滞性还与流体的温度和所受压力有关，受温度影响大，受压力影响小。实验证明，水的粘滞性随温度的增高而减小，而空气的粘滞性却随温度的增高而增大(参见表1．1、表1．2)。内摩擦力的大小可用下式表示:T=μAdu/dy (1．4)式中T一一流体的内摩擦力；μ——流体的动力粘性系数；A——层与层的接触面积；du/dy——流体的速度梯度。流体的动力粘性系数与运动粘性系数有如下关系：μ=?ρ (1．5)μ——流体的运动粘性系数；ρ——流体的密度。 1．1．3流体的压缩性和热胀性流体的压强增大，体积缩小，密度增大的性质，称为流体的压缩性。流体温度升高，体积增大,密度减小的性质，称为流体的热胀性。液体的压缩性和热胀性都很小。例如，水从1个大气压增加到100个大气压时，每增加1个大气压，水的体积只缩小0.5／10000；在10～20℃的范围内，温度每增加1℃，水的体积只增加1.5／10000；在90～100℃的范围内，温度每增加1℃，