第一章流体力学基本知识.ppt

第1章流体力学基本知识 主讲:余海宁 第1章流体力学基本知识 1.1流体的主要力学性质 1.2流体静力学基础 1.3流体动力学基础 1.1流体的主要力学性质 物质在自然界中有三种存在状态：固体、液体和气体，其中液体和气体因有较大的流动性而被统称为流体。流体具有和固体截然不同的力学性质。 流体力学是研究大量分子的统计平均宏观属性。 液体分子间的内聚力远大于气体，所以液体的形状虽随容器的形状而改变，但其体积不变，而气体的形状和体积都不固定，它总是充满着容器。 1.1流体的主要力学性质 1.1.1流体的惯性 对于均质流体，单位体积的质量，称为流体的质量密度。 对于均质流体，单位体积的流体所受的重力称为流体的重力密度，简称重度。 1.1流体的主要力学性质 1.1.2流体的黏滞性 1.1流体的主要力学性质 1.1.3流体的压缩性和膨胀性 当流体的温度保持不变，随压强的增大，体积减小而密度增加的性质，称为流体的压缩性，液体的压缩性很小，而气体则相反。 当流体的压强保持不变，随着温度的升高，体积增大而密度减小的性质，称为流体的膨胀性。 1.1流体的主要力学性质 压强的表示方法有3种：①从压强的基本定义出发Pa ②用大气压的倍数来表示 ③非法定计量单位用液柱高度来表示（mH2O、mmHg） 1标准大气压（1atm，0℃，纬度45°时海平面上的压强，相当于760mm水银柱对柱底部所产生的压强。 1工程大气压1at相当于736mm水银柱对柱底部所产生的压强（海拨200m处的正常大气压）。 压强单位的换算： 1pa=1N/m2 1at=1kgf/cm2=98066.5pa（相应的水柱高度为10m） 1bar=1×105pa=1.01972kgf/cm2 1atm=101325pa（相应的水柱高度为10.34m） 1mH2O=9.8067×103pa 1N=0.10197kgf 1.2流体静力学基础 1.2.1流体静压强及其特性 1.2流体静力学基础 （1）静压强的方向指向受压面，并与受压面垂直。 （2）流体内任一点的静压强在各个方向面上的值均相等。 1.2流体静力学基础 1.2.2流体静压强的分布规律 同一液体内部的静压强只与深度及重度有关。 静止液体内部任意一点的压强p等于液面压强p0与液体重度γ和深度h乘积之和。 在静止液体内，压强与深度的关系按直线规律变化。 在静止液体内，任一深度的所有点的压强相等，构成一个水平的等压面。 液面处的压强可以等值地在静止液体内传递。 1.2流体静力学基础 1.2流体静力学基础 流体静力学方程式的另外一种形式 1.2流体静力学基础 Z——任一点的位置相对于基准面的高度，称为流体的位置水头，也称为位能、势能、几何压头等； p/γ——在该点压强作用下，液体在测压管中所能上升的高度，称为压强水头，也称为流体的静压能、静压头等； z+ p/γ——测压管水头。 该式说明在同一容器的静止液体中，任一点的测压水头总是一个常数。常数的值与基准面的位置及液面压强有关。 1.2流体静力学基础 1.2.3工程计算中压强的表示方法和度量单位 1、压强的度量制 2、表示方法 （1）绝对压强 以绝对真空为起点计算的压强称为绝对压强pj （2）相对压强 以周围环境大气压pa为起点计算的压强称为相对压强p，也称为表压强，一般由测压表上直接读得。 1.2流体静力学基础 1.2流体静力学基础 1.3流体动力学基础 1.3.1基本概念 1、元流 流体运动时，为研究方便我们把流体中某一微小面积形成的一股流束称为元流。 2、总流 流体运动时，无数元流的总和称为总流。 3、过流断面（ω） 流体运动时，与流体的运动方向垂直的流体横断面称为过流断面。过面可能是平面，也可能是曲面。m2 4、流量（Q） 在单位时间通过某一过断面的体积或质量。L/S或m3/h、kg/s。 5、流速（ν） 流体流动时，在单位时间内所流过的路程。m/s。 1.3流体动力学基础 1.3.2流体运动的类型 1、压力流与重力流 流体在压差作用下流动时，流体充满管道，整个周界与固体壁接触，无自由表面，这种流动称为压力流，如建筑给水管道中水的流动。 流体在重力作用下流动时，液体周界仅部分与固体壁接触，有自由表面，这种流动称为重力流，如天然河流、排水管道中水的流动等。 2、恒定流与非恒定流 流体在运动时，其各点的压强和流速等运动要素不随时间变化，仅与空间位置有关，称为恒定流。 1.3流体动力学基础 1.3.3流体连续性方程 假设流体为不可压缩的介质，根据质量守恒 Q=A1v1=A2v2 （流速与断面面积成反比） 1.3流体动力学基础 1.3.4流体动力学方程 伯努利方程： 在恒定流中