第6章流体力学02汇编.pptx

§6.4粘滞流体的运动一、流体的粘性流体流动时，相邻流元间存在阻碍它们相对运动的内摩擦力，称为粘滞力或粘力。流体内存在粘滞力的现象称为粘性。层流特点：只有切向速度，没有径向速度。层流实际流体流速不大时，流速是分层有规律变化的，流层之间仅有相对滑动，而不混合，称为层流。Df二、牛顿粘性定律速度梯度作用在面元DS上的粘滞力Dfh:粘滞系数或内摩擦系数h的单位为帕秒一般液体的h随温度的升高而减小，气体的h随温度的升高而增大。h与流体的属性、温度有关，与流体运动形式无关流体的粘性影响流动的快慢，静止流体中无粘力牛顿粘性定律牛顿流体三、粘滞流体的伯努利方程对于水平圆管：若水平管道中维持粘滞流体稳定流动需保持一定的压强差四、泊肃叶公式粘滞流体在水平圆管中稳定分层流动时的流量两底面压力侧面粘滞阻力泊肃叶公式平均流速对于水平圆管五、湍流管径较粗或流体的流速较大时，产生垂直于轴线的流速分量，破坏层流状态，运动混乱不规则。流线混杂、紊乱，有垂直管轴方向的分速度，出现漩涡粘滞流体，流速较大时，不同流层见会发生混掺，形成紊流或称湍流湍流发生时，内摩擦力增大，流量减小层流变湍流与流速v，流体密度r,管道直径l，流体粘度h有关,可由一无量纲纯数R确定。雷诺数内壁光滑圆形管道的临界雷诺数从层流到湍流的转变存在一个过渡区域，这个过渡区域的雷诺数称为临界雷诺数。紊流阻力比层流阻力大得多层流和紊流的区别在于层流各流层间互不混掺，只存在粘性引起的摩擦阻力紊流有大小不等的涡流动荡于各流层之间，除了粘性阻力，还存在着由于质点混掺、互相碰撞所造成的惯性阻力。§6.5运动物体在流体中所受的力物体在流体中受到的作用力，其水平方向的分力称为阻力，竖直方向的分力称为升力一、斯托克斯公式牛顿流体中作低速运动的小球所受阻力的大小重力场中，流体中小球的沉降问题小球在静止液体中自由下落收尾速度黏滞系数颗粒半径小球做匀速运动时密立根油滴实验二、压差阻力理想流体理想流体对小球的作用力之和为零非理想流体粘滞流体中，粘滞力的作用有在流体中形成旋涡的倾向二、压差阻力这种由于物体运动与流体相对运动，流体流速在物体前后的不同所形成的阻力称为压差阻力压差阻力也是由流体的粘滞性引起的，但与粘滞阻力有着不同的产生机制。物体运动时，两种阻力是同时存在的，当雷诺数很小(小于1)时，粘滞阻力占主导地位，一旦流体中出现旋涡，粘滞阻力就不再占重要地位了。三、流体的升力对理想流体，即使小球旋转，流体也不会对小球产生浮力以外的作用力非理想流体平动+转动，可能产生向上的升力平动，球上下方压强相等，无横向力球旋转起来，带动空气一起旋转非对称物体在粘性流体中做平动，也可能产生向上的升力尾部形成图示的漩涡速度叠加，导致上方流速大，下方流速小，产生升力平动+转动，可能使高速旋转的球在空中改变方向，走出弧线—马格努斯四、流体的相似性原理两种不同的流体流动系统，如果二者的边界条件相似、雷诺数相同，则两种流动系统具有相同的动力学特征。流变学不断发展的学科电磁流体力学生物流体力学化学流体力学地球流体力学高温气体动力学非牛顿流体力学三元流动理论多相流环境流体力学爆炸力学计算流体力学体积形状运动方式受力特点固体有有平动、转动塑性体弹性体液体有无平动、转动、变形运动不易被压缩，有表面张力特性气体无无平动、转动、变形运动易于被压缩，无表面张力特性固体、液体和气体的不同点注：塑性体在一定力的作用下,将产生永久变形弹性体的变形可立即消失在表面张力的作用下,液体有自由表面,具有界面现象例：水桶中的水以角速度ω绕铅直轴匀速转动，求水自由表面的形状解：以桶为参考系，建立图示o-xy坐标，设自由面中心到桶底距离为h自由面为等压面，处切线方向与合力方向垂直，设切线与x轴成α角，它等于合力与竖直方向所成的角度例：血液流过一条长为1mm，半径为2µm的毛细血管时，如果最大流速为0.66mm·s-1,血液的粘滞系数为4.0×10-3Pa·s，求毛细血管的血压降为多少？解例如图所示,利用一管径均匀的虹吸管从水库中引水，其最高点B比水库水面高3.0m，管口C比水库水面低5.0m,求虹吸管内水的流速和B点处的压强.对A、C两点解对B、C两点例：在一水箱侧壁同一竖线上开两个相同小孔，上孔距水面为a，下孔距地面为c，求两股水在地面相遇的条件为：