流体力学与流体机械第一章 绪论.ppt

* 二、流体的压缩性与膨胀性 当流体受到的压力增大时，它的体积就会缩小，称流体的压缩性。当流体的温度升高时，它的体积就会膨胀，这就是流体的膨胀性，即我们常说的热胀冷缩。 压缩性 流体的压缩性通常用压缩率（或称压缩系数）来表示，它反映流体的可压缩程度。 压缩率是：当温度保持不变，压强增加一个单位时，所引起的体积相对变化量。或单位压强所引起的体积相对变化率。 表示压强的增量; 表示原来的体积; 表示被压缩的体积； 表示体积的相对变化率，因此压缩率可以表示为： * 工程上常用体积弹性模量来描述流体的可压缩程度，它类似于固体的弹性模量。流体的体积弹性模量是压缩率的倒数，用符号K表示： 流体K越大（k越小），表示流体越不容易压缩。K是温度的函数，不同的温度K下不同。 例：水20℃ ， 其压缩性很小，通常不考虑水的可压缩性。 2．膨胀性 流体的膨胀性用热膨胀率（或热膨胀系数）来表示，其定义为增加单位温度时，所引起的体积相对变化率，即：（指某一压强下的热膨胀率，不同的压力下，膨胀率不同）。 * 例：水20℃，1个大气压 所以水的膨胀性很小，通常不考虑 * 三、完全气体状态方程 通常情况下，需要同时考虑压强和温度对气体体积和密度的影响，这时就要用到在物理上已经学过的完全气体状态方程式。 四、表面张力现象 Jiangsu University 江苏大学 * 流体力学 绪 论 * 流体力学的广泛应用领域 飞机 潜水艇 高速列车 轮船 * 大气污染 河流水文 * 龙卷风 飓风 气侯 雷暴 * 水上运动 方程式赛车 赛车 冲浪 * 几个流体运动问题 1.高尔夫球运行 高尔夫球运动起源于15世纪的苏格兰，用皮革制球，球面光滑，职业球手一杆能打40多米。 高尔夫球的外表面 球面上的花纹经历了从螺旋线、网纹、方格纹到凸粒的演变后，现在的高尔夫球表面做成许多凹坑，一杆可打到200多米开外。阻力降为原来的20%左右。 * 高尔夫球运动示意图 边界层理论 * 2. 汽车运动阻力 19世纪的箱形车，阻力系数为0.8-1.0；20世纪30年代出现甲壳虫型汽车，其阻力系数约为0.6；50-60年代为船型，阻力系数为0.45；80年代经风洞实验进行系统研究后又改进为鱼型，阻力系数为0.3，楔型为 0.2，90年代研制开发的未来型汽车，阻力系数仅为0.137。 * 阻力系数定义： 汽车的阻力来自哪里？前部有气流的撞击，后面有尾流。 流体力学的观点，汽车阻力主要来自后部的尾流，称为形状阻力。 试验表明，空气阻力系数每降低10％，燃油节省7％左右。曾有人对两种相同质量、相同尺寸，但具有不同空气阻力系数(分别是0.44和0.25)的轿车进行比较，以相同时速行驶了100km，燃油消耗后者节约了1.7L。 * 当鸟在空气中滑翔时，人们的直觉印象是：空气从下面冲击着鸟的翅膀，把鸟托在空中，就象船舶受到水的浮力而被托在水面上一样。 19世纪初建立的流体绕环量理论彻底改变了人们的传统观念。这可用足球运动中的“香蕉球”现象来帮助理解环量理论，旋转的球带动空气形成环流，一侧气体加速，另一侧气体减速，形成压差力，使足球偏离原运动方向，称为马格努斯效应。 3．机翼升力问题 * 第一节 流体力学研究的内容及方法 一、什么是流体力学 流体力学：流体力学是从宏观上研究流体在外力作用下平衡和运动的力学规律以及与其接触的固体之间的相互作用。 简言之：流体力学是研究流体在外力作用下平衡和运动规律的一门学科。它是连续介质力学的一个分支。 流体：水、空气、油。通常以水作为研究对象，其基本理论不仅适用于水，同样也适用于各种液体和可忽略压缩性影响的气体（低速气体50m/s）。 因此和工程热力学中考虑空气可压缩性是不同的。当气体的速度超过100m/s时，其压缩性就要考虑了，否则计算问题可能带来误差。 1．研究对象 * 2．平衡规律（流体静力学） 研究静止或相对静止状态下流体和力学规律，即流体的压强、密度、温度分布、流体对容器壁或物体的作用力和浮体的稳定性。以及在工程实际中的应用，水压机、虹吸管等都应用了流体静力学的原理。 水压机原理图 虹吸管 * 3．运动规律（流体动力学） 水利工程中的闸、坝、堰等，城市生活用水和工业用水，动力工程中的流体能量转换，机械工业中的润滑、液压传动，气力输送，船舶、汽车的形状与阻力，市政中的污水处理，污染物在大气中的扩散等，血液在人体中的流动，燃烧中的空气流动等