第1章流体力学基本概念.pptVIP

目 录;第一章 流体力学基本概念;一、流体力学发展简史;一、流体力学发展简史;一、流体力学发展简史;二、流体力学在石油化工工业中的应用;三、流体力学的研究方法;三、流体力学的研究方法;三、流体力学的研究方法;第一章 流体力学基本概念;一、流体的定义和特征; 1、连续介质假设 流体由无数分子组成，分子间有间隙，故流体实际上是不连续的，但因流体力学研究的是宏观的机械运动，而不是研究微观分子，作为研究的质点，也是由无数的分子所组成，并具有一定的体积和质量，因此可以将流体认为是充满其所占据空间无空隙所组成的连续体。 2、无黏性假设 一切流体都有黏性，提出无黏性流体，是对流体物理性质的简称。这种不考虑黏性作用的流体，称为无黏性流体（或理想流体）。 ;3、不可压缩假设 这是不计压缩性和热胀性而对流体物理性质的简化。液体通常用不可压缩流体模型。气体在大多数情况下也可以采用不可压缩模型，仅在速度接近或超过声速这些特殊情况下才考虑气体的可压缩模型。 ;第一章 流体力学基本概念;一、流体的密度、重度和比重;2．流体的重度 单位体积流体所具有的重量称为流体的重度，用γ表示国际单位为N/m3 。 1）对于均质流体，设其体积为V，重量为G，则重度为： ; 液体的比重是指液体的重量与同体积的温度为在4℃的蒸馏水重量之比。比重是一个比值，是个无因次数。一般用δ表示 气体的比重是指在同样压强和温度条件下，气体重度与空气的重度之比 。; 1．流体的压缩性 压缩性：流体的宏观体积随着作用压强的增大而减小的性质.其表达式为 体积弹性模量：在工程上流体的压缩性也常用?p的倒数即体积弹性模量来描述 ;2．可压缩流动与不可压缩流动 流体的压缩性及相应的体积弹性模量是随流体的种类、温度和压力而变化的。当压缩性对所研究的流动影响不大，可以忽略不计时，这种流动成为不可压缩流动，反之称为可压缩流动。通常，液体的压缩性不大，所以工程上一般不考虑液体的压缩性，把液体当作不可压缩流体来处理。当然，研究一个具体流动问题时，是否考虑压缩性的影响不仅取决于流体是气体还是液体，而更主要是由具体条件来决定。 ;3．流体的膨胀性 压力一定条件下，随着流体温度升高，其体积增大的性质称为流体的膨胀性。膨胀性的大小用体积膨胀系数βt来表示，它表示在压力不变条件下，单位温升引起的流体体积相对变化量。其表达式为 式中βt——体积膨胀系数，1/oC或1/ K； dt——温度改变量，oC。 由上式可以看出，βt值大的流体，在相同温升情况下，其体积增量大，膨胀性大；βt值小的流体，膨胀性小。 ;4．气体状态方程 理想气体的状态方程为 ： 式中v——比容，m3/kg； T——绝对温度，K； R——气体常数，N·m / (kg·K)，对于空气，R=287.06N·m/(kg·K)。 气体在高速流动时，它的体积变化不能忽略不计，必须作为可压缩流体来处理。; 1．流体的黏性 粘性：流体在运动状态下抵抗剪切变形的性质。 如图1-1所示，取两块宽度和长度都足够大的平 板，其间充满某种液体。下板固定不动，当以 力F拉动上板以u0的速度平行于下板运动时， 粘附在上板下面的流体层以u0的速度运动，速 度大的就带动速度小的流层运动，愈往下速度 越小，直到附在固定板上流体层的速度为零。 两板间流体沿y方向的速度呈线性分布。;上面的现象说明，当流体中发生了层与层之间的相对运动时，速度快的流层对速度慢的流层产生了一个拉力使它加速，而速度慢的流层对速度快的流层就有一个阻止它向前运动的阻力，拉力和阻力是大小相等方向相反的一对力，分别作用在两个流体层的接触面上，这就是流体黏性的表现，这种力称为内摩擦力或黏性力。 由于黏性的存在，流体在运动中因克服摩擦阻力必然要作功，所以黏性也是流体发生机械能量损失的主要原因。黏性是流体的固有属性，在流体处于静止或各部分之间的相对速度为零时不表现出来。;2．牛顿内摩擦定律 对于给定的流体，作用于速度为u和u+du的相邻两流层上的内摩擦力T的大小与流体的性质有关，并与两流层的接触面积A和速度梯度du/dy成正比，而与接触面上压力无关，即 式中μ是反映流体黏性大小的物理量，它与流体的种类、温度有关，称为动力黏性系数或黏度。 设τ代表单位面积上的内摩擦力，即黏性切应力，则 式中du/dy是流体的速度梯度 ;3．速度梯度 如图1-2所示，在运动流体中取一微小矩形 ABCD，AB层速度为u，CD层速度为u+du，两层 间垂直距离为dy，经过dt时间后，A、B、C、D点 分别运动至A’,B’,C’,D’点，则有 由于 因此得速度梯度 可以看出dθ为矩形ABC