流体力学讲义1-2.ppt

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流体力学讲义1-2

第一章 流体的物理性质 §1.1 流体的连续介质模型 1、连续介质模型 (连续充满无限可分的宏观微元体;无非热力学平衡过程;力学和热力学参数无限可微) 2、流体微团和流体质点: 流体微团:体积相对于被考察的流体运动尺度L应有: 相对于分子运动尺度,应有: 流体质点:不需考虑体积和变形时的流体微团 3、流体的物理量:位于该点上的流体质点的物理量 第一章 流体的物理性质 §1.2 流体的基本性质: 1、易流性:有剪切力就会连续变形 处于静止状态的流体不能抵抗剪切力,即流体在很小的剪切力作用下将发生连续不断变形,直到剪 切力消失为止,流体的这种性质称为易流动性. 第一章 流体的物理性质 粘性系数: 粘性系数是流体粘性大小的一种度量,它取决于流体的种类和状态, 与温度有很大关系,而与压力关系不大 §1.3 作用在流体上的体积力和表面力 任意流体微团受到两种外力=体积力+表面力 课后学习与练习 自学《附录》386-397页 习题 (1)《补充习题》0.1-0.7 (2)《流体力学》1.4,1.6 (提示:气泡有两个气液界面) 补充习题 补充习题 Turbulence Research Laboratory 复习 2、粘滞性(定义、试验、粘性系数) 定义: 流体运动时,流体微团之间具有抵抗相互滑移运动的属性,称为流体的粘性,是流体的固有属性之一,不论是静止流体还是运动流体都具有粘性. 牛顿平板实验 单位面积上作用力正比于 ,即 两板间速度为 实验发现: 定义切应力: 更一般情况下,相邻流体层间的切应力 ------牛顿切应力公式 3、压缩性 (可压缩流体、不可压缩流体) 动力粘性系数 ; 运动粘性系数: 量纲 : 国际单位 实验表明,在常温常压下: 液体: 气体: 体积压缩系数 :在一定温度下,单位压强增量引起的流体体积的相对变化量 单位: 体积弹性模量 :单位体积的相对变化所需的压强增量 单位: 1、 体积力和体积力强度 体 积 力: 静电力 体积力强度 引力 体积力合力 体积力的合力矩 2、表面力和应力 表面力:流体表面上受到周围流体或物体的接触力 应 力:微元面积 上单位面积的表面力称为表面力的局部强度,又称为应力 3、一点上的应力及其性质 ` Tns Tnn Tns 定义:应力向量在作用面法线方向的分量称为正应力 ( 正值正应力是拉力;负的正应力指向作用面内是压力) 定义:应力向量在作用面切向的分量称为剪应力, 或称切应力。 应力 是 向量,一般不垂直于它的作用面, 可分解为 约定 右手直角坐标系 (1)应力的基本性质: ①相邻两微元面上的表面力是作用力与反作用力,因此它们大小相等方向相反,故 应力向量和坐标系无关!应力分量和坐标系有关! ② 相邻微元面上的正应力和切应力值都相等 面上的正应力 相邻面上正应力 剪应力: 剪应力: 同一点不同面上的应力一般不相等,但是只要知道通过一点三个互相垂直坐标面上的应力值 ,就可以确定该点任意方向面上的应力。就是说,一点的应力由三个互相垂直的向量确定,任意面上的应力可通过三个互相垂直坐标面上的应力计算出来。 (2)一点的应力张量及性质 称为一点的应力状态。 ①一点上三个互相垂直坐标面上的应力向量 一点的应力状态可用九个代数值组成的方阵表示: ②一点应力状态是张量 一个向量可以分解为三个分量 注意: 第一个下标表示应力作用面的方向,第二个下标表示应力的方向 ③应力张量是二阶对称性张量(证明略) 一点的应力张量 有6个独立的分量 ④理想流体的应力张量 “-”表示正应力为压力 流体和固体或流体和另一互不掺混流体交界面处的力学和热力学现象称为界面现象,界面上流体具有以下性质: §1.4 流体的界面现象和性质 (1)界面上流体温度和速度的连续性 宏观的微元界面两侧的流体应处于热力学平衡状态,即界面两侧的流体分子运动处于统计平衡态,若不考虑界面上的表面张力,微元界面两侧的流体速度和温度相等,应力向量大小相等、方向相反,即: , , 理想流体不计粘性,界面上不存在剪应力,允许流体有相对滑移,界面条件应为 : , , 简写为 可滑移,但不能穿透,称为理想流体界面上的不可穿透条件 (2)互不掺混流体界面上的表面张力和界面上的应力平衡条件 ① 表面张力 例如: 把界面分割成两部分

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