第1章_绪论_流体力学.ppt

(1)液体之间的粘性力主要由分子内聚力形成 (2)气体之间的粘性力主要由分子动量交换形成 4.粘性产生的原因 四、真实流体和理想流体 理想流体 在固体表面上发生相对滑移 在固体表面上其流速与固体的速度相同 真实流体 相互接触的流体层之间有剪切应力作用 （壁面不滑移条件） [ν]＝ 米２／秒 ＝ｍ２／ｓ 粘性系数μ：与流体物性有关的物理常数 运动粘性系数： [μ]＝N·s／ｍ2＝帕·秒＝Ｐa·s 牛顿型流体： 如空气、水、汽油、煤油、甲醇、乙醇、甲苯 非牛顿型流体：凝胶、高分子溶液、泥浆、纸浆、油漆、乳化液 单位面积上的内摩擦力称为粘滞切应力 流速梯度 剪切变形速度 粘滞系数 牛顿内摩擦定律只适用于牛顿流体和层流运动 粘滞系数 动力粘滞系数 运动粘滞系数 液体: 随着温度的升高，粘滞系数降低 气体: 随着温度的升高，粘滞系数增大 无粘性流体(超流体): 即不考虑粘性 目前在常温下还未发现(类似于超导体) 例 题 [例题1-2] 一 底 面 积 为45x40cm2 ， 高 为 5cm 的 木 块， 质 量 为5kg ， 沿 涂 有 润 滑 油 的 斜 面 向 下 作 等 速 运 动， 木 块 运 动 速 度u=1m/s ， 油 层 厚 度1mm ， 斜 坡 角22.620 ， 求 油 的 粘 度 。 解： 木 块 重 量 沿 斜 坡 分 力 F 与 切 力 T平 衡 时， 等 速 下 滑  [例题1-3]在图中，汽缸内壁的直径D=12cm、活塞的直径d=11.96cm，活塞的长度l=14cm，活塞往复运动的速度为v=1m/s，润滑油的 =0.1Pa.s，试问作用在活塞上的粘性力为多少？ 解：因粘性的作用，粘附在汽缸内壁的润滑油速度为零，粘附在活塞外沿的润滑油与活塞的速度相同，由于活塞与汽缸的间距很小，润滑油的速度可近似认为是从零线性变化到1m/s。 由牛顿内摩擦定律 （四）流体的压缩性与热胀性 1。 液体压缩性常以体积压缩系数或体积弹性系数来表示 体积压缩系数 体膨胀系数 液体的膨胀性常以体膨胀系数表示 体积弹性系数 2。气体的压缩性和膨胀性 气体与液体不同，具有显著的压缩性和膨胀性 一般常温常压下，常用气体的密度、压强、温度三者之间的关系，符合完全气体状态方程 式中：p为气体的绝对压强，ρ为气体的密度，T为气体的热力学温度，R为气体常数。 空气的气体常数为287J/kg.K 不可压缩流体: 密度几乎不变,按常数考虑. 例 题 （五）液体的表面张力特性 液体内部的分子之间的相互作用力是相互平衡的。液体自由面由于水分子及空气分子间的引力不平衡，使自由面能承受微弱拉力的性质，称为表面张力， 产生于： 液体与气体相接触的自由表面 液体与固体接触表面 两种不同液体接触表面 表面张力大小可用自由面上单位长度所受的拉力，即表面张力系数σ来度量。20°C的水σ=0.074N/m,水银σ=0.54 N/m。 在水力学实验中，当测压管内径过小（d10mm）时，就会引起毛细管现象，读数产生误差 。 （六）汽化压强 汽化压强是指液体汽化和凝结达到平衡时液面的压强。汽化压强随液体的种类和温度的不同而改变。实际工程中的空化现象与液体的汽化压强有关，需要注意。 综上所述，流体的惯性、重力特性和粘滞性对流体运动有重要的影响，而液体的可压缩性、表面张力和汽化压强只有在特殊问题中才需要考虑，请注意区分。 牛顿流体和非牛顿流体 非 流 流体力学中的力学模型 流体力学中最常用的基本模型有： 连续介质——满足连续介质假设； 牛顿流体——满足牛顿内摩擦定律； 不可压缩流体——流体密度为常数； 理想流体（超流体）——流体粘度为零； 平面流动等——二维流动。 * * * 水 过热蒸汽 推动汽轮机转子旋转 在汽机叶栅中膨胀、加速 热能－机械能 汽轮机带动发电机发电 机械能－电能 经锅炉加热 流体力学在实际工程中的应用 电厂冷却塔 污水净化设备模型 环境 流体力学在实际工程中的应用 土木建筑 杨浦大桥 南浦大桥 流体力学在实际工程中的应用 航空航天航海 船舶运动 航空航天 飞机的升力 环量的存在导致升力 流体力学在实际工程中的应用 交通运输 蒸汽机车 货运汽车 海上运输船 当时人们认为汽车的阻力主要来自前部对空气的撞击，因此早期的汽车后部是陡峭的，称为箱型车，阻力系数很大，约为0.8。 实际上汽车阻力主要来自 后部形成的尾流， 称为形状阻力 汽车的阻力 19世纪末 20世纪30年代 甲壳虫型 CD = 0.6 20世纪50-60年代 船型 CD = 0.45 汽车的阻力 80年代 鱼型 CD = 0.3 90年代 楔型 CD = 0.2 汽车的阻力