第一章-流体的运动课件

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,教学内容：,第一节 理想流体 连续性方程,第二节 伯努利方程,第三节 粘性流体的运动,第四节 泊肃叶定律,Chapter 1.The Motion of Fluid,第一章 流体的运动,*流体静力学,(,hydrostatics),：,*流体,（,fluid）：,气体和液体都具有流动性，统称为流体。,研究静止流体规律.,*流体动力学,(,fluid dynamics),：,研究流体运动.,一、流体运动的研究方法：,1.,两种研究方法,(1).Lagrange（,拉格朗日）方法：,将流体视为无限小的质元组成，用牛顿定律研,究各质元的运动状态随时间的变化规律。,(2).Euler（,欧拉）方法：,着眼于流体流经的空间点，研究各空间点处流,体质元的速度分布及其随时间的变化规律。,第一节 理想流体 连续性方程,(2).,没有内摩擦力,(,no internal friction),(1).,绝对不可压缩,(,incompressibility),1000,atm,water,V,V,V/V=5%,(,或,:,完全没有粘性,),2.,理想流体(,ideal fluid),模型特征,:,（,2,）,流线,（,streamline,）：在任一瞬间，可在流体中划这样一些线，使这些线上各点的切线方向和流体质元在该点的速度方向相同，这些线叫做这一时刻的流线。,（,1,）,流速场,（,field of flow,）,:,在流体所占据的空间每一点上,流经该点的质元均具有流速。这一空间称为流速场。,圆 柱,机 翼,3.,流速场、流线、流管,（,3,）流管,（,tube of flow）,：,流体中通过某小截面积周边各点的流线所组成的管状物。,*定常流动（即稳定流动）中流线形状和流管形状不随时间变化；,*流线不相交；,二.定常流动：,A,B,C,v,A,v,B,v,C,定常流动,（,steady flow）,：,流体中流线上各点的速度都不随时间而变。,流场,一般情况下，在流体流动过程中的任意时刻，流体所占据的空间任意点的流速为：,若流速分布不随时间变化，即为,定常流动,：,（,1,）流线形状不变；（,2,）流线就是流体粒子运动的轨迹。,设截面积,S,1,处的流速和密度分别为,1,和,1,S,1,S,2,1,1,2,截面积,S,2,处的流速和密度分别为,2,和,2,2,在短时间,t（t0）,内，,1,t,2,t,m,2,=,2,(,2,t)S,2,=,2,S,2,2,t,通过截面,S,2,的流体质量：,m,1,=,1,(,1,t)S,1,=,1,S,1,1,t,设流动为定常流动：,通过截面,S,1,的流体质量：,三,.,连续性方程,连续性方程,（,equation of continuity）,：,在定常流动中，同一流管的任一截面处的流体密度、流速和该截面面积的乘积为一常量。,1,S,1,1,=,2,S,2,2,或,S,=,常量,对于不可压缩流体,，即,1,=,2,对定常流动：,m,1,=m,2,则有,即：,S,与,成反比；,S,1,1,=S,2,2,或,S,=,常量,1,S,1,1,=,2,S,2,2,或,S,=,常量,S,1,1,=S,2,2,或,S,=,常量,连续性方程,（,equation of continuity）,：,体积流量（,S,）,守恒：,单位时间内通过任一横截面的流体体积（单位为,m3/s）,相等。,质量流量（,S,）,守恒：,单位时间内通过任一横截面的流体质量（单位为,kg/s）,相等。,体积流量（,S,）,简称流量（,Q,）,第二节 伯努利方程,X,Y,*,研究对象：,作定常流动的,XY,段理想流体。,*,研究系统：,流管+地球。,在,t,内，,XY,段流体移动到,X,Y,段；,X,Y,一.,伯努利方程的推导：,设,y,处：,S,2,、,2,、F,2,、h,2,；,在短时间,t（t0）,内，流体,XY,移至,xy,设,x,处：,S,1,、,1,、F,1,、h,1,；,A=F,1,1,t-F,2,2,t=,x,F,1,1,h,1,S,1,y,S,2,2,F,2,h,2,x,y,2,t,外力作功,A,：,P,1,P,2,根据功能原理推导方程：,动能的增量：,在短时间,t（t0）,内，,势能的增量：,机械能增量,:,P,1,S,1,1,t-P,2,S,2,2,t,=(P,1,-P,2,)V,根据功能关系,:,以,V,除各项，整理得,:,或,伯努利方程（,Bernoulli equation）,：,伯努利方程只适用于理想流体的定常流动。,单位体积,流体的,动能,动压强,单位体积流体的重力势能,静压强,单位体积流体的压强能,理想流体在流管中作定常流动时，任一截面处单位体积流体的动能、重力势能以及该处的压强三项之和保持不变。,对同一流管：,二.伯努利方程的应用,1.,水平管中,压强和流速的关系,:,若流体在水平管中流动，,h,1,=h,2,，,则,:,即在水平管中流动的流体，,流速小的地方压强较大，,流速大的地方压强较小。,A,B,喷雾器,水流抽气机,应用：,负压引流,（空吸作用）,汾丘里,流量计,S,1,S,2,h,流体的流量：,P,2,P,1,1,2.,两端等压的管中流速与高度的关系,当流管两端处于相同压强时，,理想流体在两端等压的管中作定常流动时，高端处的流速小，而低端处的流速大,。,实例,:,小孔流速,速度梯度,：,表示,A,点速度沿,z,方向的变化率。,z,一.牛顿粘性定律,A,相邻流层间的切向相互作用力，或称粘性力。,内摩擦力,F:,第三节 粘性流体的流动,牛顿粘性定律:,牛顿流体,:,水、酒精、血浆等。,非牛顿流体：血液、沥青、溶胶、软膏等。,几种流体的粘度,:,表2-1,液体 粘度,（Pa,s）,水0 1.8010,-3,水37 0.6910,-3,水100 0.3010,-3,水银0 1.6910,-3,水银20 1.5510,-3,水银100 1.0010,-3,血液37 2.0-4.010,-3,血浆37 1.0-1.410,-3,血清37 0.9-1.210,-3,血液粘度 吸烟、喝酒、油脂等。,粘度,：表示流体粘性的强弱。,、层流,（,laminar flow）,和湍流,(,turbulent flow),层流:流体的分层流动。,无色甘油,有色甘油,二、层流与,湍流雷诺数,粘性流体层流的速度分布：,轴线处流速最大；,管壁处流速最小。,湍流:,流体的流动杂乱而不稳定。,R,e,000,时，流体作湍流；,1000,R,e,000,时，流体流动不稳定,雷诺数,（,Reynold number),（无单位）,由雷诺数判断流动类型：,层流：较粗较直的动脉血管中的血流；,湍流：血管弯曲和分叉处的血流；,血液通过心脏瓣膜时发出声音；,听诊器听诊,血压计测血压。,人体中的血液流动：,腕环血压计有一条可以环绕在手臂、且能充气的长形橡皮袋，橡皮袋一端接到打气橡皮球上，另一端接到水银测压器或其他测压器装置上。测压时，将橡皮袋环绕缚于上臂，然后徐徐将空气打入橡皮袋，压力升高到一定程度时，肱动脉被压扁，造成血液停止。,血压计测血压的原理,然后再慢慢放气，当橡皮袋压力低于心脏收缩排出血液时产生的动脉压时，血液便开始恢复，用,听诊器可听到脉搏跳动,，此时水银柱显示出来的压力即为,收缩压,。当压力继续减少到心脏舒张时，不能阻碍血液畅通，此压即为,舒张压,。收缩压和舒张压是医生用来判断循环系统疾病的依据。,液体在粗细均匀的水平管中作层流时，沿液流方向，液体的压强是逐渐降低的：,原因,：内摩擦力作功引起能量损耗。,结论：,粘性流体流动需要一定的压强差来维持。,此时有：,三、粘性流体的,伯努利方程,R,r-,球体的半径；,v-,球体相对流体的速度；,-,流体的粘度。,v,v,F,斯托克司定律：,相对流体运动的球体，其表面附着的一层流体与周围流体间存在着摩擦力,即为球体受到的粘性阻力:,四、斯托克司定律（,stokeslaw）,r,F,W,f,重力：,浮力：,阻力：,平衡时,即,(,或称沉降速度,),球体在粘性流体中下落时的收尾速度：,（分层沉淀）,主要影响收尾速度的因数：,粒子,0,离心分离,-,从悬浮液中快速分离微粒的原理。,用,代替,应用：离心机,加快离心机的转速可以使,2,大于,g,几十万倍。离心加速度经常用重力加速度的倍数来表示，以此表明离心机离心能力的大小，超速离心机的加速度可达,510,5,g,。,P,1,P,2,定常流动时：,R,r,F,f,第四节,泊肃叶定律,(,Poiseuille law),流体在圆管中层流时的速度分布：,内摩擦力：,压力差：,对圆管中某一环行流层,:,v s r,Q-,体积流量；,-,流体的粘度；,L-,管的长度；,R-,管的内半径；,P=P,1,-P,2,管两端的压强差；,R,L,P,1,P,2,Q,牛顿流体在水平均匀圆管中层流时的流量：,流阻,(,flow resistance):,泊肃叶定律另一表式,:,（流阻的串联与并联）,第五节血流动力学与流变学基础：,血液循环,:,体循环,/,大循环,肺循环,/,小循环,一,.,心血管系统：,指血液流向外周血管所遇到的阻力。,二,.,血管中流速与截面之间的关系,cm,2,cm/s,左心室,右心房,毛细血管网,动脉,静脉,结束语,当你尽了自己的最大努力时，失败也是伟大的，所以不要放弃，坚持就是正确的。,When You Do Your Best,Failure Is Great,So DonT Give Up,Stick To The End,感谢聆听,不足之处请大家批评指导,Please Criticize And Guide The Shortcomings,演讲人：,XXXXXX,时 间：,XX,年,XX,月,XX,日,