[工学]第一章流体的物理性质和流体运动物理量的描述2009.ppt

第一章 流体的物理性质和流体运动量的描述 1.1 流体的主要物理性质 第一章 流体的物理性质和流体运动量的描述 第一章 流体的物理性质和流体运动量的描述 * 等温压缩系数——表示一定温度下压强增加一个单位时，流体密度的相对增加率或流体体积的相对缩小率。其倒数为体积弹性模量E，表示流体体积相对变化所需的压强增量。工程上常用E衡量压缩性的大小，其值越大 流体就越不易被压缩。例如水在常温下的E约为2.1G Pa，此时即使在100个大气压下，容积仅缩小百分之零点五。因此一般液体可近似成不可压缩的（除对水中爆炸或水击等问题研究）。 第一章 流体的物理性质和流体运动量的描述 1.动量输运——粘滞现象 粘性——流体所具有的抵抗变形的性质。 （1）牛顿内摩擦定律 所以，内摩擦力为： 此式即为牛顿内摩擦定律公式。其中： 为粘度系数,或动力粘度，表征流体抵抗变形的能力，它和密度的比值称为流体的运动粘度 。 在运用牛顿内摩擦定律公式时应注意: 此式不仅适用于液体，也适用于气体。 此式表明，流体内有相对运动时，流体内就会产生内摩擦力来抗拒此相对运动。 切应力τ的大小与流体的粘性以及沿运动垂直方向上的速度梯度du/dy成正比。 第一章 流体的物理性质和流体运动量的描述 第一章 流体的物理性质和流体运动量的描述 也可认为： 板子拖动时，慢层流体在较快层流体的带动下运动。快层对慢层产生一个拉力，使慢层加速；反之，慢层对快层产生一个阻力，使快层减速。这对力是在流体内部产生的，称之为内摩擦力。 下面讨论速度梯度 第一章 流体的物理性质和流体运动量的描述 （2）粘性系数或粘度 牛顿内摩擦定律中的比例系数表征了流体抵抗变形的能力，即流体粘性的大小，称之为流体的动力粘性系数。它是流体粘性大小的度量，其大小与流体的物理性质及温度有关。对液体与气体因机理不同，变化趋势是不同的。 2.热能输运——热传导现象 （1）流体传热现象 热传导 热辐射 热对流 （2）热传导的傅立叶定律 　1.2描述流体运动的方法 一.拉格朗日方法与质点系（跟踪追击） 　　拉格朗日方法着眼于流体质点，跟踪每个流体质点的运动全过程及描述运动过程中各质点、各物理量随时间变化的规律。又称轨迹法。通常以流体质点的初始坐标点作为区别不同的流体质点的标志。设t=t0时，流体质点的坐标值是（a，b，c）。 流体质点的空间位置、密度、压强和温度可表示为： 流体质点速度为： 流体质点加速度为： 二.欧拉法与控制体（步哨，守株待兔） 欧拉法的着眼点不是流体质点，而是空间点。欧拉法是设法在空间的每一点上描述出流体运动参数随时间的变化情况。观测先后流过各空间点的各个质点的物理量变化情况，便能了解整个或部分流场的运动情况，故又称空间点法或流场法。例如在气象观测中广泛使用欧拉法。 由欧拉法特点可知，各物理量是空间点x，y，z，t的函数。所以速度、密度、压强和温度可表示为： 加速度可表示为： 式中右端第一项 称为时变加速度，表示某空间定点处流体质点速度变化率；右端的后三项称为位变加速度，表示由于流体质点所在的空间位置变化而引起的速度变化率。 描述流体运动的数学方法 拉格朗日法 欧拉法 １.3　迹线与流线 一.迹线　 　　是流体质点在空间运动时描绘的轨迹。它给出了同一　流体质点在不同时刻的空间位置。——与拉格朗日法对应。 即： 上式即为流线微分方程。因为流体中一点不能同时有两个速度方向，流线除在绕流中的驻点等特殊情况外，流线不能相交，也不能转折，只能是光滑曲线。 1、流量： 单位时间内，流过某一控制面的流体的量。 　 单位：体积流量：m3/s，m3/h，l/min； 质量流量：kg/s， kg/h。 2、净通量： 取整个封闭曲面作为控制面时，流过全部封闭控制面的流量称为净通量。 1、过流断面：与流束上质点的速度方向垂直的端面。 2、水力要素 1.4 流体微团运动分析 一、流体微团速度分析公式 刚体的一般运动可以分解为平移和转动之和。流体运动除了平移和转动之外，还有变形运动。 如图，流体微团内 点处的瞬时速度为 则 点领域内 处的同