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第三章 沉积学相关的流体力学基本原理
第三章 沉积学相关的流体力学基本原理
2017
概述
01
2018
流体的粘滞性和内摩擦定律
02
2019
急流、缓流和福劳德数
03
2020
层流、紊流与雷诺数
04
2021
悬浮载荷和旋涡紊动作用
05
2022
空气的几个流体力学问题
06
一、概 述
沉积学中沉积机理的研究与流体力学的关系极为密切。
流动的物质为流体。从力学的性质讲，流体是一种受任何微剪切力都能连续变形的物质。流体具有容易变形(流动)的特征，这就是流体的流动性。
与沉积作用有关的流体：水、空气。
流体力学：研究流体在静止和运动时的力学规律，研究流体与其它物体(在沉积学中主要是碎屑沉积物)之间的相互作用。
研究内容包括两个方面：
1、流体的类型与性质
2、流体所受的力
流体所受的力有：惯性力、万有引力、重力、粘滞力、弹性力、表面张力等。
01
流体力学亦是以牛顿运动三定律为基础的。即流体的运动主要是受机械运动的定律所制约。机械运动的矛盾是作用力和反作用力的相互作用。
02
在流体运动中重力、粘滞力、弹性力和表面张力都是可以改变流体原有状态的作用力，唯有惯性力是维持流体原有运动状态的反作用力。因此，简单地说，流体运动就是惯性力 (反作用力)与其它作用力(重力、粘滞力、弹性力、表面张力)的相互作用的结果。作用力和反作用力相等时使流体保持平衡。
03
一、概 述
第三章 沉积学相关的流体力学基本原理
层流、紊流与雷诺数
4
悬浮载荷和旋涡紊动作用
5
概述
1
流体的粘滞性和内摩擦定律
2
急流、缓流和福劳德数
3
空气的几个流体力学问题
6
二、流体的粘滞性和内摩擦定律
（一）粘滞性的概念
动板实验：
设有两块平行的平板，其间充满静止流体。当下板固定不动，上板以匀速平行下板运动时，两板之间的流体便处于不同速度的运动状态，即：附着在动板下面的流体层的运动速度与动板的速度相等，愈往下速度愈小，直到附着在定板上的流体层的速度为零(线性速度分布规律如右图)。
实验说明：
每一运动速度较慢的流体层，都是在运动速度较快的流体层带动下才发生运动的。同时，运动较快的流体层(快层)也受到运动较慢的流体层(慢层)的阻滞，而不能运动得更快。
01
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动板实验说明，每一运动速度较慢的流体层，都是在运动速度较快的流体层带动下才发生运动的。同时，运动较快的流体层(快层)也受到运动较慢的流体层(慢层)的阻滞，而不能运动得更快。根据作用力与反作用力的原理，相邻流体产生相对运动时，快层对慢层产生一个拖曳力(作用力)，使慢层加速；相反，慢层对快层产生一个方向相反的阻滞力(反作用力)，使快层减速。
拖曳力和阻滞力是大小相等方向相反的一对力，它们分别作用在两个流层的接触面上，又因为这一对力是在流体的内部产生的；所以把这一对力叫做内摩擦力(或称为粘滞力)。流体在静止时不能承受切力抵抗剪切变形；但在运动状态下，流体具有抵抗剪切变形的能力，称为粘滞性。
粘滞性的概念
二、流体的粘滞性和内摩擦定律
粘滞性的概念
二、流体的粘滞性和内摩擦定律
根据作用力与反作用力的原理：相邻流体产生相对运动时，快层对慢层产生一个拖曳力(作用力)，使慢层加速；相反，慢层对快层产生一个方向相反的阻滞力(反作用力)，使快层减速。
拖曳力（剪切应力）：把加快流体运动的力。
阻滞力： 阻止流体运动的力。
内摩擦力(粘滞力) ：一对大小相等、方向相
反的拖曳力和阻滞力称为
内摩擦力(粘滞力)。
流体在静止时不能承受切力抵抗剪切变形；但在运动状态下（在切力作用下），流体具有抵抗剪切变形的能力，称为粘滞性。
二、流体的粘滞性和内摩擦定律
粘滞性的概念
在河道中的流水，因受固体边界影响，使得由河底往上流速逐渐增大，由于各水层的流速不同，各水层之间就要产生相对运动，从而产生成对的切力。即快层对慢层产生一种拖曳力，其方向与流向一致；反之，慢层对快层要产生一种阻滞力，其方向与流向相反。
根据内摩擦力(T)的性质，它与接触面积(A)和相对速度差(du)成正比，而与垂直距离(dy)成反比，这一结论称为牛顿内摩擦定律(或粘滞定律)，可表示为：
T=μA（du/dy）
式中 T：内摩擦力(牛)；
du/dy：流速梯度(秒-1)(沿垂直水流方向单位距离的流速变化值也称剪切变形率)。
A： 接触面积(m2)
μ：与流体种类、温度有关的系数，称为动力粘滞性系数(帕·秒，即Pa·S)。
牛顿内摩擦定律
二、流体的粘滞性和内摩擦定律