[工学]2-1流体力学基础知识.ppt

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[工学]2-1流体力学基础知识

第二讲 流体的物理力学性质 惯性 惯性 惯性 惯性 万有引力特性 粘性 粘性 粘性 粘性 粘性 粘性 压缩性和膨胀性 压缩性和膨胀性 压缩性和膨胀性 压缩性和膨胀性 压缩性和膨胀性 表面张力特性 表面张力特性 表面张力特性 表面张力特性 表面力 质量力 流体静压强特性 流体静压强特性 重力场中液体的平衡方程 水头、液柱高度与能量守恒 几何意义 物理意义 流体力学的压强 压强的度量方法 连续介质模型 连续介质模型 垂向性: 流体静压强总是沿着作用面的内法线方向。 b a ? C 各向等值性: 某一固定点上流体静压强的大小与作用面的方位无关,即同一点上各个方向的流体静压强大小相等。 仅在重力作用下,静止流体中某一点的静水压强随深度按线性规律增加。 由表面下深度h相等的各点压强均相等——只有重力作用下的同一连续连通的静止流体的等压面是水平面。 推广:已知某点的压强和两点间的深度差,即可求另外一点的压强值。 水静力学基本方程 po 2 z2 p1/?g z1 p2/?g ? 1 水静力学基本方程又可写为 在重力场中的静止液体内部所有点上的 值都是相同的。 任一点压力折算的液柱高度。 测压管中液面到基准面的位置高度。 任一点到基准面的位置高度。 po 2 z2 p1/?g z1 p2/?g ? 1 位置水头 压强水头 测压管水头 仅受重力作用处于静止状态的流体中,任意点对同一基准面的单位势能为一常数,即各点测压管水头相等,位头增高,压头减低。 在均质、连通的同一液体中,水平面必然是等压面。 ◆表压强——如果压强大于大气压,则以此压强为计算基准得到的压强称为相对压强,也称表压强 。 ◆真空度——如果压强小于于大气压,则压强低于大气压的值就称真空度。 ◆绝对压强——如以压强0Pa为计算的标准,则把这个压强就称为绝对压强 。 1at=736mmHg =10mH2O=9.8?104Pa at 工程大气压 工程大气压法 1mmHg=133.3Pa =13.6mmH2O mmHg 毫米汞柱 1mH2O=9.8?103Pa mH2O 米水柱 液柱高度法 1 Pa=1 N/m2 Pa 帕 应力单位法 单位换算关系 单位符号 单位名称 压强度量方法 * * * * 流体仿真与应用 流体力学基础知识 惯性 万有引力特性 粘性 压缩性和膨胀性 表面张力特性 静压强特性 非均质流体 密度 Density:单位体积流体具有的质量。kg/m3 x O y z ·P ?V ? ?V* ?V 均质流体 非均质流体 ?V*是一种特征体积,它是几何尺寸很小的但包含足够多的分子的体积,在此体积中流体的宏观特性就是其中分子的统计平均特性。 流体质点 Fluid particle 把微元体积?V*中的所有流体分子的总体称为流体质点。 比容 (比体积) Specific Volume 单位质量流体所占据的空间体积。m3/kg 容重(重度) Specific Weight 单位体积流体具有的重量。N/m3 相对密度 Relative Density 某均质流体的质量与标准大气压下4℃同体积纯水的质量之比。 比重 Specific Gravity 某均质流体的重量与标准大气压下4℃同体积纯水的重量之比。 物体之间相互吸引的性质。 流体运动中,一般只考虑地球对流体的引力 在运动状态下,流体内部质点间或流层间因相对运动而产生内摩擦力以抵抗剪切变形,这种性质叫做粘性 。 牛顿平板实验: 长度和宽度都足够大的两平行平板间充满流体(如水),板间距为h,下部平板固定(相当于容器底部),上部平板在力F的作用下匀速直线运动,速度为U。 牛顿内摩擦定律: 流体内摩擦力的大小与流体的性质有关,与流体的速度梯度和接触面积成正比。 (切应力与剪切变形速度成正比) ◆牛顿粘性公式 ◆粘度(粘性系数 ) 粘度 ——或绝对粘度,或动力粘度 粘性 动力粘度 Dynamic viscosity SI中,单位为Pa·s; CGS中,单位为泊,记为P,而实际计算中常用泊的百分之一来度量,称为厘泊,记为cP。 换算关系如下: 1P=100cP=0.1Pa·s 运动粘度 Kinematic viscosity SI中,单位为m2/s ; CGS中,单位为斯,记作St,实际计算中常用斯的百分之一来度量,称为厘斯,记为cSt 。 换算关系如下:

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