流体力学第一章(youqi)讲解.ppt

第一章 流体属性及流体静力学 流体定义及连续介质假定 流体的主要物理性质 流体的其它属性 作用在流体上的力 流体静压特性及静止流体中压力变化规律 静止流体作用在壁面上的力 三、粘性 1.牛顿平板试验 3 流体的粘性系数 （1）动力粘性系数μ—Dynamic viscosity 物理常数 粘性产生的原因 §1.3 流体的其它属性 一 压缩性 二 膨胀性 讨论： 气体： 低速气流可近似为不可压缩流体 高速气流：可压缩流体 液体：一般可以看成是不可压缩流体 一、流体静压特性 1.垂直性：静止流体压力的作用方向只能是 沿着作用面的内法线方向(垂直并指向作用面）。 §1-6 静止流体作用在壁面上的力 一、作用在平壁上的流体总压力 二、作用在曲壁面上的压力 a b o x y 其中 为平面对Ox轴的面积矩 推导过程 p0 dA y h c yc hc ? B H C D 不计大气压力 二、压力中心：合力作用点 合力的作用点永远在平板形心的下方 IC:平板对通过形心C并与ｏx平行的轴的惯性矩 矩形平板 a b D yD hD o x y p0 c yc hc 平面对Ox轴的面积惯性矩 a b D yD hD o x y p0 c yc hc 不计大气压力 推导过程 * * 特性：流动(flow)性 流体 F 固体 F 流体遵循牛顿的力学定律、质量守恒定律和能量守恒定律等。 §１-1 流体定义及连续介质模型 一、流体特点 静止流体不能抵抗剪切力 在持续剪切力的作用下，流体能产生无限大的变形——流动 1.连续介质模型引入： 流体分子之间不连续、有间隙。 2.流体质点(或称流体微团) : 忽略尺寸效应但包含无数分子的流体最小单元。 3.连续介质模型（欧拉）： 流体由流体质点组成，流体质点连续的、无间隙的分布于整个流场中。 Leonhard Euler 公元1707-1783年 二、连续介质模型 一、流体的密度和重度 1. 密度（density） 均质流体，密度为常数 2. 重度(gravity) §１-3 流体性质 水的重度为 密度和重度之间的关系为： 第1章 ， u=U u=0 h 剪切力（粘性力、内摩擦力） y dy u+du u 第1章 F1 u+du u 剪切应力（粘性应力、内摩擦应力）：单位面积上的剪切力 讨论: 对于此种线性速度分布的情形，不同地方的切应力是否相等？ u=U u=0 y dy u+du u h 第1章 2.牛顿内摩擦定律 粘性切应力与速度梯度成正比 比例系数称动力粘性系数，简称粘度。 讨论: 对于此种速度分布的情形，不同地方的切应力是否相等？ ［μ］＝N·S／m２＝Ｐa·s ［ν］＝ｍ２／ｓ （2）运动粘性系数 Kinematic viscosity 第1章 常温： ?水= 1.139?10-6 (m2/s) ?空气= 1.461?10-5 (m2/s) (1)两层液体之间的粘性力主要由分子内聚力形成 (2)两层气体之间的粘性力主要由分子动量交换形成 第1章 气体：温度上升, μ升高 液体: 温度上升，μ下降 (3) μ与温度的关系 四、真实流体和理想流体 真实流体 在固体表面上其流速与固体的速度相同 相互接触的流体层之间有剪切应力作用 理想流体 在固体表面上发生相对滑移 （壁面不滑移条件） 第1章 牛顿型流体与非牛顿型流体 1 . ? =?0+μdu/dy binghan流体，泥浆、血浆、牙膏等 2 . ? =μ（du/dy）0.5 伪塑性流体，尼龙、橡胶、油漆等 3 . ? =μdu/dy 牛顿流体，水、空气、汽油、酒精等 4 . ? =μ(du/dy)2 胀塑性流体，生面团、浓淀粉糊等 5 . ?＝0，μ＝0，理想流体，无粘流体。 1 2 3 4 与固体类似 E越大越难压缩 体积模数E 温度膨胀系数 §１.4 作用于流体上的力 一、表面力 压力（法向力）：垂直于作用面 切力 ：shear force 平行于作用面 某点的压强（压应力） 某点的切应力 二、质量力（体积力）body force 重力场中 分量形式为 单位质量的质量力的定义为 §1-5流体静压特性及静止流体中压力变化规律 绝对静止 a 相对静止 静止(平衡）包括绝对静止和相对静止 c p 证明：（反证法） 2 各向等值性： 静止流体中任一点的压力与其作用面的方位无关，只是该点坐标的函数。也就是作用于同一点其压力各个方向均相等。 A B A B PC PC’ 证明（微元体积法） 1