哈工大物理 第6章 流体力学.ppt

第６章 流体力学基础 例 如图所示,利用一管径均匀的虹吸管从水库中引水，其最高点B比水库水面高3.0m，管口C比水库水面低5.0m,求虹吸管内水的流速和B点处的压强. 对A、C两点 解: 对B、C两点 一、流体的粘滞性和层流 概念：流体流动时，各流层之间存在阻碍其相对运动的内 摩擦力(粘滞力或粘力)的作用。 影响：流体的粘滞性使流体同一截面上流速不同。 6-4 流体的粘滞性 实际流体的流动 层流特点：只有切向速度，没有横向速度。 层流 实际流体流速不大时，流速是分层有规律变化的，流层之间仅有相对滑动，而不混合，称为层流。 二、牛顿粘滞定律 作用在面元△S上的粘滞力△f ----速度梯度 ----牛顿粘滞定律 h : 粘滞系数或内摩擦系数 单位为帕秒 影响流体粘度的因素 a. 流体性质 b. 温度 液体： 气体： 6-4 液体的粘滞性，实际流体的流动 实验表明： 三、粘滞流体在水平圆管内的运动----泊肃叶定律 内容：粘滞流体 水平圆管 稳定分层流动 的流量 两底面压力 侧面粘滞阻力 ----泊肃叶公式 6-4 液体的粘滞性，实际流体的流动 p1 p2 三、粘滞流体在水平圆管内的运动----泊肃叶定律 稳流时 * * 6-1 流体静力学 6-2 理想流体的稳定流动 6-3 伯努利方程及其应用 6-4 液体的粘滞性 实际流体的流动 6-5 运动物体在流体中所受的力 质量力（体积力） 作用在所研究的流体质元上，与质量成正比 6-1 流体静力学 一、静止流体内的压强 作用在流体上的力： 　　　?质量力或称体积力 ? 表面力或称面积力 一是外界对流体的吸引力，如重力； 二是流体作加速运动时产生的惯性力。 质量力有两种： 单位体积力 重力场中 用单位质量受力来表示 2. 表面力(面积力) 作用在所研究的流体质元表面上的力，与表面积大小成正比。 应力 单位面积上切向应力——剪切力(切应力） 单位面积上法向应力——压强 ΔS 成为流体相对运动时的内摩擦力 静止流体: 任取一个小面元ds , 作用在此面元上的力为 p 称为（流体静力学）压强 只存在法向应力！ 静止流体只存在法向应力！ 任取一个小面元ds , 作用在此面元上的力为 3.静流体中压强的特点——与面元取向无关 取流元：流体中取一直角三棱柱体 流元静止 p 称为（流体静力学）压强 进一步 流元静止 可得 与面元取向无关 二、静止流体的平衡方程 取正六面体的流体元 作用于流体元的面积力： 面积力：可用压强表述，作用在流元表面上。 体积力：作用在每一质量微元上。 流体元的受力 设单位质量流体的体积力为 , 对 则体积力为 流元静止： 静止流体的平衡方程 作用于流体元的面积力： 体积力方向沿压强梯度方向 与等压面垂直 三、重力场中静止流体的压强分布 静止流体的平衡方程 深度z=zA处的压强pA，z=zB处的压强pB ； 若密度为常量 重力场中体积力Fx=Fy=0，Fz=g ? 压强随液面深度呈线性变化。 等压 不等压 不等压 水 水银 等压 静止在重力场中的同种流体: ?等压面是水平面，与重力方向垂直 深度z=zA处的压强pA，z=zB处的压强pB ； 若密度为常量 或 作用在密闭容器中流体上的压强等值地传到流体各处和器壁上去。 四、帕斯卡原理（自学） 加速运动容器中的相对静止流体 体积力沿压强梯度方向 与等压面垂直 五、阿基米德原理（自学） 换成其他物体，浮力大小不变，浮心位置不变 同种均匀液体 液体的重心—浮心 阿基米德原理：在重力场中，全部或部分浸没在静止流体中的物体所受的浮力大小等于物体排开的流体的重量，浮力的方向竖直向上，且通过排开流体的重心。 讨论：浸没在流体中的物体的稳定性以及悬浮在流体中的物体的稳定性问题 六、表面张力 液体具有收缩其表面，使表面积达到最小的趋势。这说明液体表面存在着张力,称为表面张力。 实验表明 s 称为表面张力系数 七、毛细现象 接触角 液体浸润固体 液体不浸润固体 完全浸润 完全不浸润 由分子的内聚力引起 液固间附着力 大于液体的内聚力 液固间附着力 小于液体的内聚力 设液体的密度 毛细管半径 A点处的压强 pA A 表面张力系数 大气压强 B C 液面BC位置处的压强 液面内外的压强差 （a） （b） 一、流体运动的描述方法 1.拉格朗日法 以研究个别流元的运动为基础，通过对每个流元运动规律的研究来获得整个流体的运动规律。 2.欧拉法 着眼于流体质元 着眼于空间点 本课程主