《流体力学》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,*,*,1,第一章 流体力学,1.2,理想流体的定常流动,1.1,流体静力学,(,自学,),1.3,黏滞流体的运动,2,流体力学概论,内容：流体力学主要研究在各种力的作用下，流体本身的状态以及流体和固体壁面、流体和流体之间的相互作用的力学分支。,分类：按运动方式分为流体静力学和流体动力学。,3,流体力学概论,应用：在水利工程学、空气动力学、气象学、气体和液体输运、动物血液循环和植物液汁输运等领域有运用。,阻力系数仅为,0.137,阻力系数约为,0.8,高尔夫球表面为什么有很多小凹坑？,4,流体力学概论,应用：,植物水分运输动力？,人体血液循环图,毛细作用,渗透压,水分中的负压强,人体血液循环图,人体血液循环图,5,静止流体内部应力的特点：,a,、，无切向应力。（表现为流动性）,b,、同一点不同方位的截面的应力大小相等。,1,、静止流体内应力的特点 压强,1.1,流体静力学,由上述第二个特点可引入：压强,P,2,、静止流体内两点的压强差,（,1,）静止流体内同一高度处的压强相等。,（,2,）不同高度两点的压强差：,如果密度是高度的函数,6,找理想流体定常流动的规律,连续性原理，伯努利方程,抽象方法 得到理想流体、定常流动模型,形象描述 引入流线、流管,建立方程 反映规律,任务,思路,1.2,理想流体的定常流动,1.2,理想流体的定常流动,7,一、理想流体,理想流体,完全不可压缩又无黏性的流体,.,1.,流体,气体,液体,流动性,可压缩性,黏滞性,如果在流体运动的问题中，可压缩性和黏性都处于极为次要的地位，就可以看成理想流体,.,1.2,理想流体的定常流动,8,2.,流线与流管,流线,曲线上的每一点的切线方向和位于该点处流体质元的速度方向一致,.,流线不会相交,.(,可类比电力线,),性质：不相交,;,瞬时性,。,1,2,3,1.2,理想流体的定常流动,9,流管,流线围成的管子,.,一般流线分布随时间改变,.,二、定常流动,空间各点流速不随时间变化称定常流动,.,在定常流动中流线分布不随时间改变,.,1.2,理想流体的定常流动,定常流动流管性质,流管形状不变,没 有流线穿进穿出流管,定常流动流体能加速流动吗？,10,三、连续性方程,质量守恒定律在流体力学中的应用,连续性原理,:,理想流体在管道中定常流,动时，根据质量守恒定律，,流体在管道内既不能增多，,也不能减少，因此单位时,间内流入管道的质量应恒,等于流出管道的质量。,1.2,理想流体的定常流动,11,dS,2,dS,1,V,1,v,2,不可压缩流体 流体密度不变,稳定流动 无流体出入管壁,同一流线,dV,上,v,相等,适用条件,推论,1.2,理想流体的定常流动,12,有分支,1,2,3,应用及推广举例,点,1,点,2,S,1,S,2,V,1,V,2,P,1,=P,2,=,大气压,1.2,理想流体的定常流动,13,四、,伯努利方程,能量守恒定律在流体力学中的应用,能量守恒定律：理想流体在管道中稳定流,动时，根据能量守恒定律，,同一管道内任一截面上的总,能量应该相等。,或：外力对物体所做的功应该等,于该物体机械能的变化量。,1.2,理想流体的定常流动,14,理想流体伯努利方程的推导,1.2,理想流体的定常流动,15,1.2,理想流体的定常流动,能量守恒,连续性方程,外力对流体所做的功,A=p,1,S,1,v,1,t-p,2,S,2,v,2,t,=(p,1,-p,2,)V,2,势能的变化量,E,p,=mgh=V g(h,2,-h,1,),3,动能的变化量,E,k,=V(v,2,2,-v,2,1,)/2,伯努利方程,16,理想流体伯努利方程,根据能量守恒定律，则有：,A=E,p,+E,k,(p,1,-p,2,)V=g V(h,2,-h,1,)+V(v,2,2,-v,2,1,)/2,整理后得理想流体伯努利方程为：,p,1,+g h,1,+v,1,2,/2=p,2,+g h,2,+v,2,2,/2,或,p+g,h+v,2,/2=C,（,C,为常数）,1.2,理想流体的定常流动,17,理想流体伯努利方程,1.2,理想流体的定常流动,dS,2,dS,1,V,1,v,2,P,1,P,2,注意,应用条件：,理想流体定常流动的任一流线上各点。,流体与大气相通处压强取,P,0,18,1.2,理想流体的定常流动,五、伯努利方程的应用：,（）小孔流速：,h,S,2,S,1,解：设液面下降的速率为,v,A,，小孔的流速为,v,B,，任选液面上一点,A,到小孔,B,连接一条流线，有,即小孔流速,19,1.2,理想流体的定常流动,（,2,）皮托管,：测量流体的流速,解：在管口取一点,A,，在其前同一水平流线处取一点,B,，有,B,A,h,d,20,1.2,理想流体的定常流动,（,3,）文特里流量计,解：如图，在管中取一水平流线,AB,，有,B,h,A,所以流量为,h1,H1,21,1.3,黏性流体的运动,层 流：流体的流动是分层的，层与层之间互,不干扰。,紊流（湍流）：流体流动不分层,做混杂紊乱,流动。,层流和湍流可用雷诺数判定，,Re,临,为临界雷诺数，,Re,Re,临,湍流,对圆形管道，,Re,临,约为,20002600,1.3,黏滞流体的运动,22,血栓形成：,异常情况下，主动脉瓣闭锁不全，形成血液射流，发生较长时间湍流引起病理反应。,1.3,黏滞流体的运动,植物组织,Re,动物组织,Re,植物导管,0.04,主动脉,12005800,松柏类树木,0.02,大动脉,110850,散孔材阔叶林,0.08,毛细血管,0.00070.003,草本植物小麦,2.91,大静脉,210570,藤本植物,3.33,腔静脉,630900,生物体系的雷诺数,23,1.3,黏滞流体的运动,24,粘滞现象,流体运动时，层与层之间有阻碍相,对运动的现象,.,当流体（液体和气体）在管道中流动时，管道中心处流速最大，越靠近管壁流速越小，说明在各流层间有内摩擦力（也称为粘滞力）存在，流体的这种性质称为粘滞性。,一、黏性定律,1.3,黏滞流体的运动,25,1.3,黏滞流体的运动,y,O,z,x,实验规律,（牛顿黏滞定律）,26,被观测管长,l,，被观测管长两端压强,p,1,，,p,2,(,p,1,p,2,),R,圆管半径（粘性流体在水平圆管中作层流流动）,流量,泊肃叶公式,p,1,p,2,l,R,二、泊肃叶公式,1.3,黏滞流体的运动,物理意义：水平管内粘性流体的流动需要两端有压强差,27,例题：已知动物某根动脉的半径为,4.0,10,-3,m,，流过的血液流量为,1.0cm,3,s,-1,，血液的粘滞系数为,2.15,10,-3,Pa,s.,求,（,1,）血液的平均流速；（,2,）长度为,0.1m,的一段动脉管两端的压强差；（,3,）在这段血管中维持上述流量需要的功率。,解,（,1,）由连续性方程,有,（,2,）由泊肃叶公式,有,（,3,）由,有,28,定义,和,分别表示流体的密度和黏度，,v,为特征流速，,L,表示流动涉及的特征长度（物体的几何线度，如直径）,.,三、雷诺数,1.3,黏滞流体的运动,四、球状物体在黏滞流体中运动时受到的黏滞阻力：,斯托克斯定律（层流）,29,当金属小球在粘性液体中下落时,受到三个铅直方向的力,v,mg,小球的重力,mg,液体作用于小球的浮力,f,粘滞阻力,F,（,其方向与小球运动方向相反）。,f,F,1.3,黏滞流体的运动,30,小球开始下落时，由于速度尚小，所以阻力不大，但是随着下落速度的增大，阻力也随之增大。,最后，三个力达到平衡，即：,于是小球开始作匀速直线运动,1.3,黏滞流体的运动,31,由上式可得：,（,3,）,式中，,为小球材料的密度,由,可得流体的粘滞系数,1.3,黏滞流体的运动,32,粘滞系数,粘滞系数是反映流体内部内摩擦力大小的物理量，是流体的重要性质之一。,对于液体，粘滞系数与液体的性质，温度和流速有关。液体粘滞系数的测量在工程技术上有广泛的应用。如：机械的润滑，石油在管道中的输送，油脂涂料，医疗和药物等方面，都需测定粘滞系数。,测量液体粘滞系数的方法有多种，如落球（针）法、转筒法、毛细管法等，其中落球法是最基本的一种，它可用于测量粘度较大的透明或半透明液体，如蓖麻油、变压器油、甘油等。,1.3,黏滞流体的运动,33,总结,、静止流体内同一高度处的压强相等。不同高度两点的压强差：,(z,为高度,且竖直向上为正方向,),气体：,液体：,、理想流体的定常流动：,连续性方程：,伯努利方程：,、黏性流体的流动,(,层流,),：,泊肃叶公式：,雷诺数：,牛顿黏性定律：,斯托克斯公式：,34,作业：,5 6 9 10 13,35,可编辑,感谢下载,