北理工-《流体力学》课程总复习分解.pptx

《流体力学》课程总复习 黄 彪 机械与车辆学院热能与动力工程系 独立思考，事实求是，锲而不舍，以勤补拙 第一章 流体的物理属性 ?重点 连续介质模型：流体质点 连续介质 流体的主要物理属性 粘性的概念、成因 牛顿内摩擦定律及其应用 理想流体、不可压缩流体的概念 ?流体质点的概念 宏观（流体力学处理问题的尺度）上看，流体质点足够小，只占据一个空间几何点，体积趋于零。 微观（分子自由程的尺度）上看，流体质点是一个足够大的分子团，包含了足够多的流体分子，以致于对这些分子行为的统计平均值将是稳定的，作为表征流体物理特性和运动要素的物理量定义在流体质点上。 流体力学是一门宏观力学，研究的是流体宏观的平衡和运动规律，对微观的分子热运动不感兴趣。 ?连续介质假设 连续介质: 流体是由无数连续分布的质点所组成，质点之间没有间隙，而是完全充满着所占空间的连续体。 流体力学是一门宏观力学，研究的是流体宏观的平衡和运动规律，对微观的分子热运动不感兴趣。流体微团须满足：1）在宏观上体积无穷小；2）在微观上体积无穷大。 流体的主要物理属性 密度与重度； 压缩性和膨胀性； ?流体的粘性 粘性是指在运动状态下，流体具有抵抗剪切变形的能力。粘性是流体的固有属性。 流体粘性首先表现在相邻两层流体作相对运动时有内摩擦作用。流体内摩擦的概念最早由牛顿（I.Newton,1687）提出。 流体内摩擦是两层流体间分子内聚力和分子动量交换的宏观表现。 ?流体的粘性 当两层液体作相对运动时，紧靠的两层液体分子的平均距离加大，产生吸引力，这就是分子内聚力。 ?流体的粘性 气体分子的随机运动范围大，流层之间的分子交换频繁。 相邻两流层之间的分子动量交换表现为力的作用，称为表观切应力。气体内摩擦力即以表观切应力为主。 ?流体的粘性 x y z O h U dh u u+du 牛顿内摩擦定律示意图 平板所受粘性阻力T的大小与平板的湿面积A、平板运动速度U和两板间距h有着如下关系 若取相距为dy的流体薄层，其速度差为du： ?粘度 动力粘度: 运动粘度: 流体粘性变化规律： （1）压强对流体粘性的影响很小，一般可以忽略不计。 （2）温度则是影响流体粘性的主要因素，液体的粘性随温度的升高而减小，气体的粘性随温度的升高而增大。 第二章 流体静力学 ?重点 质量力、流体静压强及特性 静力学基本方程及其意义 静压强分布规律及其应用条件 理解测压计原理 平面力、曲面力的计算 压力体的概念及运用 一个流体微团所受到的力有两种，一是质量力，是由于流体质点本身具有质量而产生的力，如重力和离心力等；二是表面力，是质点外界的流体通过质点表面作用给流体质点的力。 质量力：与流体微团质量大小有关并且集中作用在微团质量中心上的力称为质量力。 表面力：受力大小与表面面积有关而且分布作用在流体表面上的力称为表面力。 质量力、流体静压强及其特性 ?流体静压强及其特性 当流体处于平衡或相对平衡状态时,作用在流体上的应力只有法向应力而没有切向应力,流体作用面上负的法向应力就是静压强。 在静止液体中取出一个作用面 , 其上的作用力为 当 时，平均压强的极限定义为该点处的静压强， 即: 质量力、流体静压强及其特性 当四面体微元趋于M点时，注意到质量力比起面力为高阶无穷小，即得 pn=py，同理有 pn=px，pn=pz 此时，pn，px，py，pz已是同一点（M点）在不同方位作用面上的静压强，其中斜面的方位 n 又是任取的，这就证明了静压强的大小与作用面的方位无关。 质量力、流体静压强及其特性 平衡微分方程的矢量形式： ?其中： 称为静压强场的梯度。它是数量场 p(x,y,z) 对应的一个矢量场。 称为哈米尔顿算子,它同时具有矢量和微分（对跟随其后的变量）运算的功能。用它来表达梯度，非常简洁，并便于记忆。 这就是流体平衡微分方程，也称为欧拉流体静力学微分方程 流体平衡微分方程 静压强基本方程： 上式即为流体静力学基本方程，表明在重力作用下，压强随深度呈线性变化，上式还可写为： 单位重量流体的位势能 单位重量流体的压强势能 之和为总势能 流体平衡微分方程 的三个分量是压强在三个坐标轴方向的方向导数，它反映了数量场在空间上的不均匀性。 流体的平衡微分方程实质上表明了质量力和压差力之间的平衡。 压强对流体受力的影响是通过压差来体现的。 流体平衡微分方程 流体平衡微分方程 流体静压强的分布规律 液体静压强分布的基本规律： 液体静压强等值传递规律（Pascal定律） 在重力作