流体力学基础知识.ppt

第三节流体动力学基础一、流体动力学基本概念1、动水压力流动液体中，垂直于液流方向所测得的压力。2、流线：流体连续质点在某一瞬时的流动方向线。它是光滑曲线，不相交，它的疏密可反映流速大小。迹线：流体某一质点在连续时间内的流动轨迹。稳定流可用迹线代替流线。3.元流：通过微元面积上各点作流线所形成的微小流束。总流：无数元流的总和。4.过流断面：处处与流线垂直的横断面。流速：质点运动的速度。流量：单位时间内通过过流断面的流体体积。5.湿周A：过流断面与边界接触的长度。水力半径R：过流断面与湿周之比。圆形截面管道的几何直径6.压力流：流体充满整个流动的空间并依靠压力作用而流动的液流或气流。特点：无自由表面，对壁面有压力。无压流：具有与空气相接触的自由表面，只依靠自身重力作用而流动的液流。也可叫明渠流。（如天然河道、排水管、明渠中的水流）特点：部分周界不与固面接触，自由面上的压力等于大气压。8.恒定流：流体运动时，流体中任一位置的压强、流速等运动要素不随时间变化。非恒定流：流体运动时，流体中任一位置的压强、流速等运动要素随时间变化而变化。VS《流体力学》研究对象：流体(Fluid)。包括液体和气体。液体——无形状，有一定的体积；不易压缩，存在自由（液）面。气体——既无形状，也无体积，易于压缩。流体的共同特征：具有流动性研究任务：研究流体所遵循的宏观运动规律以及流体和周围物体之间的相互作用。固体和流体的区别从力学分析角度看：两者对外力的抵抗能力不同固体：可以承受拉力、压力和剪力；流体：几乎不能承受拉力；静止流体还不能承受剪力。从表现看：固体具有固定的形状，不易流动；流体则随盛器而方圆，且易流动。流体力学发展西方：阿基米德、伽利略、达芬奇、帕斯卡、牛顿、欧拉、伯努利、拉格朗日......中国：大禹治水、都江堰、龙首渠、真州船闸、赵州桥......第一节流体的主要物理性质一、流体的惯性、密度和容重1．惯性（1）定义：反抗改变其原有运动状态的特性。or：保持其原有运动状态的特性。（2）质量越大，惯性越大。2．密度ρ（1）定义：单位体积流体的质量。（2）公式：其中ρ——㎏/m3；M——㎏；V——m3。3．容重（重度）γ（1）定义：单位体积流体的重量。（2）公式：其中?——N/m3，G——N，V——m34．ρ与γ的关系：液体的ρ和γ随外界压力和温度有一定变化，但变化值不大，一般视为固定值；气体的ρ和γ随温度、压强的变化较大。水从0℃升至30℃，密度减小0.4%,温度较低时(10～20℃),每升高1℃,密度减小0.15‰；温度较高时（90～100℃），每升高1℃,密度减小0.7‰。压强每升高一个大气压，水的密度增加约1/10000。所以，水的热膨胀型、压缩性很小。但在热水供应中应考虑水的膨胀体积。ρ水=1000㎏/m3（4℃）；γ水=9800N/m3；ρ空气=1.2㎏/m3(20℃)。二、流体的粘滞性1．定义：流体流动时产生内摩擦力的性质称为流体的粘滞性。据上图测试结果，三种不同材质的圆板的衰减时间均相等。库仑得出结论:衰减的原因，不是圆板与液体之间的相互摩擦，而是液体内部的摩擦。牛顿在《自然哲学的数学原理》中假设：“流体两部分由于缺乏润滑而引起的阻力速度梯度成正比”。——流体内摩擦切应力（垂直于y的平面上的流体切应力）——动力粘性系数（pa.s)U——上板移动速度上式称为牛顿粘性定律，它表明：⑴粘性切应力与速度梯度成正比；(2)流体粘性只能影响流动的快慢，却不能停止流动。或3．温度与粘滞性粘滞性是分子之间的吸引力与分子不规则热运动引起的动量交换的结果。温度升高，分子之间的吸引力降低，动量增大；反之，温度降低，分子之间的吸引力增大，动量减小。对液体，分子之间的吸引力是决定性因素，所以液体的粘滞性随温度升高而减小；对于气体，分子之间的热运动产生动量交换是决定性因素，所以，气体的粘滞性随温度升高而增大。工程中常常用到运动粘度系数用下式表示单位:(m2/s)4、理想流体的概念理想流体——假想的没有粘性的流体。μ=0?=0实际流体——事实上具有粘性的流体。第二节流体静力学基