流体力学课件 (2).ppt

流体力学基础**********流体是液体和气体的总称。流体力学是在牛顿定律基础上研究宏观运动的分支学科，它不涉及流体的物质结构，而是把流体看成是由无数连续分布的流体质点所组成。流体质点指的不是个别流体分子，而是大量分子的集合。流体力学广泛的应用于航空、航海、气象、水利工程以及生物学等各个领域，形成很多新的分支学科，如水力学、生物流体力学等。本章着重讲述理想流体定常流动的基本规律。粘滞现象：当流体各部分之间产生相对运动时，就会产生摩擦力来阻碍这种相对运动,快流层将“带动”慢流层，慢流层将“阻滞”快流层,这叫流体的内摩擦现象或粘滞现象。这种相互作用力称为内摩擦力（粘滞力）.一、理想流体流体的粘性是流体内部存在分子热运动和分子之间存在着相互作用力的结果。5.1理想流体的定常流动理想流体是既不可压缩又没有粘滞性的流体。理想流体特点：粘滞力为零；流体的总体积不变。二、定常流动和不定常流动如果在流动区域的各空间点上的速度、压强等物理量随时间发生变化，则这种流动叫做不定常流动。实际的流动大都是非稳恒流动。若在有些情况下，流动随时间变化不明显，就可以认为流动是不随时间发生变化的，这种流动叫做定常流动。三、流线和流管流线是这样的线,在给定瞬时,线上每一点的切线方向和该点的流体质点的速度方向一致.由流线围成的管子称为流管。由于流线不会相交，所以，流管内、外的流体不会穿过管壁，流体在流管中的流动与没有阻力的光滑管中的流动一样。三、连续性原理在作定常流动的流体中任取一段流管，如图所示。设两截面为dS1、dS2，流速为v1、v2dS1dS2v1v2由于流管的侧壁不可能有流体的流入流出,理想流体密度不随时间变化,所以,在单位时间内流过这两个截面的流体质量相等.即：连续性原理质量流量守恒定律假设在作定常流动的流体不可压缩。有:ρ1=ρ2,从而dS1dS2v1v2连续性原理体积流量守恒定律此式表明，不可压缩的流体作定常流动时，同一流管中任一截面处的流速与截面成反比。体积流量守恒对实际管道中不可压缩流体的非定常流动也适用.在气象、航空、航海等方面有重要应用。例如：河道宽处水流慢,窄处水流急.以及俗话说:“巷小风大”。四、伯努利方程伯努利方程是理想流体稳定流动的动力学方程，可由功能定理和连续性原理导出。如图所示，在作稳定流动的理想流体中任取一流管。S1v2S2v1h1h2P1P21.分析受力情况及作功情况故经过?t外力作的总功为:因为理想流体不可压缩,由连续方程有:所以对一稳定流动来说,由于在之间的这段流体的动能和重力势能是不变的,所以,只考虑质量均为两段流体和机械能变化.2.考虑机械能S1v2S2v1h1h2P1P2根据功能原理有:即:伯努利方程AB五、伯努利方程应用1、空吸作用:把伯努利方程运用于水平流管的情况下,则有:即流管细的地方流速大、压强小，空吸作用正是利用了这个原理。图中是喷雾器的示意图，喷雾器的水平管A很细，并通过竖直管子与盛有液体的容器相连，液面处受大气压作用。2.流量计(汾丘管)当我们向右推动活塞时，因水平管A处很细而产生高速气流，所以压强很低。当容器B内液面的大气压与A处的压强之差大于竖直管中液柱的压强时，就会把B内的液体吸入到水平管内，这就称空吸作用。然后吸入的液体被高速气流吹成雾状.流量计是用来测量管道中的体积流量.它是一段中间细两头粗的管子,水平安装在待测的管道中.如图所示主管细管Hv1v2v1P1P2应用伯努利方程和连续性方程可得因此体积流量Q(即单位时间内流过的流体体积亦称流量率.)3.流速的测量设管口A点的流速为vA,压强为PA;在管口B点,因流向管口的液体被管口内的液体挡住,所以只能绕着管口周围而去,故管口B点的流速vB=0,压强设为PB.若A、B两管的高度差为h,则A、B两处的压强差PB-PA=ρgh.ABhvA皮托管是流速测量的仪器。图中是测量液体流速的皮托管示意图。由伯努利方程得：设在液面下深度h的地方,液体从小孔流出.如图所示.4.小孔流速B点的流速成为hBA由于容器的截面比小孔的截面大得多,可以认为液面上A点的流速为0.另外PA=PB=P0(P0为大气压).选B点为参考