工程流体力第一章 绪论.ppt

* 1. 同心环形缝隙中的直线运动 如图所示，柱塞在缸筒中以均速作直线运动，柱塞直径d，长度为l，在柱塞和缸筒中充满了动力粘度为 的液体。 八、牛顿内摩擦定律解题举例 速度梯度： 切应力： 摩擦面积： 摩擦力： 摩擦功率： * 2．同心环形缝隙中的回转运动 如图所示，直径为D的轴在与其接触长度为的轴承内以转速n或角速度 作回转运动，同心缝隙 ，缝隙中充满粘度为 的液体。 速度梯度： 切应力： 摩擦面积： 摩擦力： 摩擦功率： 摩擦力矩： * 3. 圆盘缝隙中的回转运动 如图所示，直径为d的上圆盘以 转速转动，下圆盘固定，间隙为 ，间隙中充满动力粘度为 的液体。 设任一点B处，半径为r，沿缝隙高度的速度梯度为： * 流体与固体的差别 固体在静止状态下能抵抗一定数量的拉力、压力、剪切力。当其受到外力作用时，将产生相应的变形以抵抗这个外力。 而静止的流体不能抵抗无论多么小的拉力和剪切力。 液体和气体都具有易流动性，两者不同是：气体比液体更容易变形（流动），这是因为气体的分子分布比液体的稀疏得多，（即分子距大，分子间引力小），而且气体还存在体积的易变性。 对于固体，具有固定的体积和形状；对于液体具有固定的体积，但没有固定的形状；对于气体既没有固定的体积，也没有固定的形状。 * 二、连续介质假设 从微观上看：任何物质都是由无穷多的分子所组成，分子与分子之间存在着间隙，流体当然也不例外，因此，从微观结构看：流体是一个离散体，是不连续的。 从宏观上看：人们用仪器测量或用肉眼观察到的流体宏观结构及运动又明显地连续的。（宏观上的测量尺寸大约为1毫米） 流体力学不是去研究微观的分子运动，而是只研究流体的宏观机械运动，比如管道中的流体，管道的尺寸和分子间隙，相比是很大的。在这种情况下完全可忽略分子间隙，将流体作为连续介质来研究。 另外，在研究流体的宏观运动时，将分子作为流体的最小组成单位是很不方便的，从而提出了用流体微团（流体质点）来代替分子作为研究流体的最小单位，可以把流体看作由无穷多个连续分布的流体质点所组成的连续介质。因此有必要了解什么是流体质点。 * 1．流体质点的概念 流体质点：含有大量分子并能保持其宏观力学特性的一个微小体积。也就是宏观上是无穷小，而在微观上是无穷大。 比如一滴水：包含有大量的分子（数量级很大），同时这滴水具备了水的性质和运动特性。而一个水分子或者几百几千个水分子不能代表水具有的性质或运动特性。 * 在今后的讨论中，通常认为流体质点在几何上是一个点，体积趋于零（但不等于零）。 2．连续介质假设 流体连续介质假设是流体力学中第一个根本性的假设。由欧拉于1775年提出。 * 流体质点：假设组成流体的最小元素是流体质点，而不是流体分子，因而可以把流体看成： 流体是由无数连续分布的流体质点所组成的连续介质。这就是连续介质假设。 在流体力学中引进了连续介质假设以后，描述流体宏观运动的物理量（如密度、速度、压强、温度等）都可以表示成空间坐标和时间的连续函数，从而可以利用数学分析这一工具来解决有关的流体力学问题。 数学表达式： 这一情况的例外： 1）高空空气非常稀薄，分子平均自由程很大，如航天器；2）超声速气流激波前后，激波厚度与气体分子平均自由程为同一量级；3） 血液在微血管的运动。 * 第三节 作用在流体上的力 无论是处于平衡还是运动的流体都受到外力的作用，作用在流体上的力有：重力、惯性力、摩擦力、表面张力等，我们可以把这些作用力按作用方式的不同分为质量力和表面力二大类。 一、质量力 质量力是：处在某种力场中的流体，这一力场作用在流体全部质点上的力，大小与流体质点的质量成正比，且集中作用在这块流体的质量中心上。 * 例题：求只受重力作用时的单位质量分力 在静止状态下，微团所受的质量力只有重力，取z轴为铅直方向，则单位质量分力为： * 二、表面力 表面力是指作用在所研究流体表面上的力，大小与表面面积成正比。如流体与固体之间的压力和摩擦力就是表面力。 * 法向应力 切向应力 对于平衡流体，切应力为零，另外，流体不能承受拉力，所以只有压应力—静压强 。 * 第四节 流体的主要物理性质 一、液体的几个物理属性 1. 密度：单位体积流体所具有的质量。 2. 重度：单位体积流体所具有的重量。 3. 比重：流体的质量与同体积4℃纯水的质量之比。 * 4. 比容：流体密度的倒数，即单位质量流体所具有的体积（又称为比体积）。 例：水4℃，查表1-2，得： * 对于非均质的流