流体力学第一二章详解.ppt

研究方法 数值计算方法：根据理论分析的方法建立数学模型，选择合适的计算方法，包括有限差分法、有限元法、特征线法、边界元法等，利用商业软件和自编程序计算，得出结果，用实验方法加以验证。 流体力学在工程中的应用 环境控制 生物仿生学 当剪切力停止作用后，固体变形能恢复或部分恢复，流体则不作任何恢复。 固体表面之间的摩擦是滑动摩擦，摩擦力与固体表面状况有关；流体与固体表面可实现分子量级的接触，达到表面不滑移。 第三节 作用在流体上的力 第四节 流体的密度 相对密度 比容 第五节 流体的压缩性和膨胀性 1、流体的压缩性 在一定的温度下，单位压强增量引起的体积变化率定义为流体的压缩性系数 ，其值越大，流体越容易压缩，反之，不容易压缩。 定义式： 体积弹性模量 （压缩系数的倒数） 由于流体与平板间有附着力，紧贴上板的一薄层流体将以速度u0跟随上板一起向右运动，而紧贴下板的一薄层流体将和下板一样静止不动。两板之间的各流体薄层在上板的带动下，都作平行于平板的运动，其运动速度由上向下逐层递减，由上板的u0减小到下板的零。在这种情况下，板间流体流动的速度是按直线变化的。 黏度 μ的全称为动力黏度,根据牛顿黏性定律可得 6、牛顿流体和非牛顿流体 例2－2 如图所示，转轴直径d=0.36m，轴承长度L=1m，轴与轴承之间的缝隙 =0.2mm， 其中充满动力粘度 ＝0.72 Pa.s的油，如果轴的转速n=200rpm，求克服油的粘性阻力所消耗的功率。 事实上，自由表面是曲面时的表面张力必将造成曲面两侧的压强差。因液态曲面与壁面接触处的表面张力有自由面向内的合力，要平衡这一合力，凹面的压强必高于凸面的压强。这种有表面张力引起的附加压强称为毛细压强（弯曲压强） 液体在细管中上升或下降的高度与表面张力有关，可以用简便方法直接求得。密度为ρ的液体在润湿管壁的表面张力作用下，沿半径为d的细管上升，到h高度后停止，达到平衡状态，设液面与固体壁面的接触角(液体表面的切面与固壁表面的夹角)为θ，沿管壁圆周上的表面张力将拉液柱向上（或向下）直到表面张力的合力与上升（或下降）液柱的重力相等，则其平衡关系式为 黏性切应力由相邻两层流体之间的速度梯度决定,而不是由速度决定 . 牛顿黏性定律指出： 流体黏性只能影响流动的快慢，却不能停止流动。 黏度的单位在SI制中是帕秒（Pa·s), 工程中常常用到运动黏度用下式表示 单位:(m2/s) 流体的黏性受温度的影响很大，而且液体和气体的黏性随温度的变化是不同的。液体的黏性随温度升高而减小，气体的黏性随温度升高而增大。 3、影响黏性的因素 流体黏性随压强和温度的变化而变化。 在通常的压强下，压强对流体的黏性影响很小，可忽略不计。在高压下，流体(包括气体和液体)的黏性随压强升高而增大。 造成液体和气体的黏性随温度不同变化的原因是由于构成它们黏性的主要因素不同。分子间的吸引力是构成液体黏性的主要因素，温度升高，分子间的吸引力减小，液体的黏性降低；构成气体黏性的主要因素是气体分子作不规则热运动时，在不同速度分子层间所进行的动量交换。温度越高，气体分子热运动越强烈动量交换就越频繁，气体的黏性也就越大。 4、黏性流体和理想流体的假设 还由于一些黏性流体力学的问题往往是根据理想流体力学的理论进行分析和研究的。再者，在有些问题中流体的黏性显示不出来，如均匀流动、流体静止状态，这时实际流体可以看成理想流体。所以建立理想流体模型具有非常重要的实际意义。 实际流体（黏性流体） 实际中的流体都具有黏性，因为都是由分子组成，都存在分子间的引力和分子的热运动，故都具有黏性，所以，黏性流体也称实际流体。 理想流体 假想没有黏性的流体。 具有实际意义： 由于实际流体存在黏性使问题的研究和分析非常复杂，甚至难以进行，为简化起见，引入理想流体的概念。 一些情况下基本上符合黏性不大的实际流体的运动规律，可用来描述实际流体的运动规律，如空气绕流圆柱体时，边界层以外的势流就可以用理想流体的理论进行描述。 5、黏度的测量 流体的黏度不能直接测量，它们的数值往往是通过测量与其有关的其它物理量，再由有关方程进行计算而得到的。由于计算所根据方程的不同，测量方法有许多种，所要测量的物理量也不尽相同。 例如管流法，即让待测黏度的流体，以一定的流量流过已知管径的细管，再在细管的一定长度上用测压计测出这段管道上的压降，从而通过层流管流的哈根-普索勒流量定律计算出流体的黏度。 落球法