工程流体力学第一章 绪论.ppt

工程流体力学 第一章 绪论 1.流体力学的发展和应用 2.流体力学的研究方法：实验、分析和数值方法 第一节 流体基本概念 一、流体的定义 液体和气体统称为流体。 二、流体与固体的区别 形状、变形、体积易变等。 第二节 流体的基本物理属性 流体抗压能力强，但抗拉、抗剪能力差。 一、惯性 惯性是物体保持原有运动状态的性质。质量是量度惯性大小的物理量。 均质流体，其密度： 式中 ρ ——流体的密度（kg/m3）； V ——体积（m3）； m ——质量（kg）。 重度： 式中 ——重度（容重）（N/m3） g——重力加速度（m/s2）。 流体的密度和重度是随温度和压强的变化而变化的，在工程计算中视为常数。 常用的流体密度和重度如下： 水在的密度和重度： ， 汞的密度和重度： ， 空气的密度和重度： ， 二、表面张力 液体的自由表面和周界面上，由于分子引力作用，会产生表面张力。（气体不存在） 在表面张力作用下，液体会在细管中上升或下降一定高度，如图： 当温度在20℃时，水和汞上升和下降的高度为： 可见，当r 很小时，h 就很大。所以测压管半径不能太小，否则误差会很大。 在一般的工程实际中，表面张力的影响是被忽略的。但在水滴和气泡的形成、液体的雾化、汽液两项流的传热与传质研究中，是重要的不可忽略的因素。 三、流体的压缩性和热胀性 流体在压力作用下，体积缩小，密度增大的性质，称为流体的压缩性。流体受热，体积膨胀，密度减小的性质，称为流体的热胀性。 （一）液体 1.压缩性 液体的压缩性用压缩系数表示。 流体的压缩系数β（m2/N）和弹性模量E（N/m2）为： 2.热胀性 液体的热胀性，一般用热涨系数 （K-1）来表示。 = 水的压缩性和热涨性都很小。如压强为8000kPa时，相对体积的变化只有大约0.4%。所以工程上一般将水的压缩性和热胀性忽略不计。只有在某些特殊情况下，例如水击、热水采暖等问题时，才考虑。 （二）气体 温度与压强的变化对气体体积、密度的影响很大。对于理想气体，气体的体积、压力、温度符合气体状态方程。而实际气体在压力不太大、温度不太低的情况下，也近似符合状态方程。 在温度不变的情况下，p/ρ=常数，即压强与密度成正比。 在压强不变的情况下， =常数，即密度与温度成反比。 气体的压缩性和热胀性表现比液体明显，但是具体问题要具体分析。在分析具体流体流动中，主要关心的问题是压缩性、热胀性是否起显著作用。对于速度较低（远小于音速）的气体流动，压强和温度的变化较小，密度仍可以看成常数，认为这种气体是不可压缩的。反之，对于高速度气体，在流动过程中其密度变化很大，密度已经不能视为常数，称为可压缩气体。 例题： 1.在厚壁容器中受到压缩的液体，当压力为1000kN/m2时，其体积为1000cm3；当压力增加到5000 kN/m2时，其体积减小到998 cm3，求该液体的压缩系数及弹性模量。 解：（1）由已知条件知， 液体压力的增加量 =5000-1000=4000( kN/m2)， 因压力增加引起液体体积的变化量 =998-1000=-2（cm3）。 压缩系数： m2/N N/m2 四、汽化 决定物质状态的因素是分子的热运动和分子力，以及外界因素。一般而言，加热、减压会使分子热运动加剧，同时