流体力学概述.ppt

7．什么是流体的粘性性质？它是如何产生的？对流体运动会产生什么影响？（掌握）粘性viscosity概念流体质点间或流层间发生相对运动时自动产生一内摩擦力以抵抗这种相对运动，流体所具有的这种性质称为流体的粘性产生原因对气体:分子之间的相互作用；气体分子作热运动对液体:液体微观粒子或离子团间相互作用返回上一页下一页第31页,共45页，星期六，2024年，5月对流动的影响由于粘性流体在流动过程中将产生内摩擦力，从而引起流体机械能耗散为热能，直至流体机械能耗尽而终止流动，所以要维持流体的流动就必须不断地从外界补充相应的机械能。由于粘性的存在，对物面附近的流动将产生重大影响，向物面方向靠近，流体相对于物面的运动速度将逐渐降低直至物面处为零返回上一页第32页,共45页，星期六，2024年，5月8．什么是牛顿内摩擦定律？它有何意义和用途？（掌握） 实验牛顿进行了两个平板之间较薄夹层流体剪切流动的实验下一页返回FδUu(y)yx第33页,共45页，星期六，2024年，5月结论返回两平板之间的速度分布为平板给与流体的单位面积的剪切力（即切应力）与速度梯度（角变形速率）的关系为μ—比例系数，称为粘性系数上一页下一页第34页,共45页，星期六，2024年，5月返回上一页进一步实验表明，上述切应力与速度梯度的关系可推广到两无限接近的薄层，所以牛顿内摩擦定律可表示为即作用在流体上的切应力与速度梯度成正比第35页,共45页，星期六，2024年，5月9．什么是流体的粘性系数和运动粘度？它有哪些基本特性？（掌握）定义粘性系数是由牛顿内摩擦定律所定义的，又称为动力粘度，是表示流体粘性大小的参数下一页返回物理意义单位速度梯度所产生的剪切应力运动粘度在流体力学中μ常常以μ/ρ的形式出现，所以引入名为运动粘度的参数(Pa.s或N.s/m2)(m2/s)第36页,共45页，星期六，2024年，5月返回物理意义单位速度梯度下移动单位质量的流体一特征距离所需耗散的功量，其因次为运动学因次，因此称为运动粘度，所表征的是流体流动性大小性质动力粘度是流体粘性大小度量参数，运动粘度是流体流动性大小的度量参数。μ、ν数值大小仅与流体种类和温度有关，是流体的物性参数，因此可通过查流体物性参数表获取气体的粘性系数随温度升高而升高液体的粘性系数随温度的升高而降低上一页第37页,共45页，星期六，2024年，5月10.作用在流体上的力是如何分类的？（掌握）概念质量力massforcedistanceforce外界作用于流体内部每一质点上的力。无需与流体接触而施加于流体上的力，又称为远程力。在流体力学中，所关心的质量力是作用于单位流体质量的质量力。典型的质量力：重力牵连惯性力等表面力surfaceforce是相邻流体或其它物体对我们所研究对象施加的直接接触力，通常用单位面积上的表面力—表面应力来表示返回下一页第38页,共45页，星期六，2024年，5月表面力分解通常将表面力分解在两个方向上表面法线方向该方向上的力称为正应力，内法线方向上的力称为压应力，外法线上的力称为拉应力基本假定：对一般流体，流体不能承受拉应力。表面切线方向上该方向上的力称为切应力特性：一般地，表面力不仅是时间和空间位置的函数，而且与表面的方向有关返回上一页第39页,共45页，星期六，2024年，5月11．如何应用牛顿内摩擦定律分析解决实际问题？（了解）例1-1转轴直径d=0.36m,轴承长度L=1m,轴与轴承的缝隙宽δ=0.2mm,其中充满动力粘滞系数μ=0.72Pa.s的油，若轴的转速n=200rpm,求克服油的粘滞阻力所需的功率下一页返回nLδdμ分析：由于轴与轴承间的间隙厚度通常较小，所以可以认为间隙流体的速度分布呈线性分布（轴的径向上），且可以近似当作平板夹层内的流体运动，而流体在物面处的速度与相应的物面速度是相等的，因此可用牛顿内摩擦定律求解该问题第40页,共45页，星期六，2024年，5月解：下一页返回nLδdμ由牛顿内摩擦定律可知间隙内的流体作用轴上的摩擦应力为上一页第41页,共45页，星期六，2024年，5月例1-2上下两平行圆盘，直径均为d，间隙厚度为δ，间隙中液体的动力粘滞系数为μ，若下圆盘固定不动，上圆盘以角速度ω旋转，求所需力矩M的表达式。下一页返回分析与例1-1类似，欲求力矩必先求力，可应用牛顿内摩擦定律首先求出摩擦应力麻烦的是：此题的情形是，在圆盘上各个位置的速度梯