流体力学多媒体.ppt

流体力学多媒体课件
本讲稿第一页，共二十七页
绪　论
流体力学是研究流体机械运动规律及其应用的科学，是力学的一个重要分支。
　　流体力学研究的对象——液体和气体。
本讲稿第二页，共二十七页
流体力学发展简史
流体力学的　雷诺——雷诺实验（判断流态）
　　1903年　普朗特——边界层概念（绕流运动）
　　1933-1934年　尼古拉兹——尼古拉兹实验（确定阻力系数）
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流体力学与相关的邻近学科相互渗透，形成很多新分支和交叉学科
本讲稿第九页，共二十七页
流体力学的研究方法
理论分析方法、实验方法、数值方法相互配合，互为补充
理论研究方法
　　　力学模型→物理基本定律→求解数学方程→分析和揭示本质和规律
实验方法
　　　相似理论→模型实验装置
数值方法
　　　计算机数值方法是现代分析手段中发展最快的方法之一
本讲稿第十页，共二十七页
作用在流体上的力
：作用在所研究的流体质量中心，与质量成正比
重力　惯性力
单位质量力
重力
本讲稿第十一页，共二十七页
：外界对所研究流体表面的作用力，作用在外
　　　　 表面，与表面积大小成正比
应力
切线方向：
切向应力——剪切力
内法线方向：
法向应力——压强
ΔF
ΔA
ΔFn
ΔFτ
表面力具有传递性
流体相对运动时因粘性而产生的内摩擦力
本讲稿第十二页，共二十七页
流体的主要物理性质惯性、粘性、压缩（膨胀）性

密度
常见的密度（在一个标准大气压下）：
4℃时的水　　　　　　　　20℃时的空气
容重（重度）
比重
本讲稿第十三页，共二十七页
：在外力作用下，流体微元间出现相对运动时，
　　　　随之产生阻抗相对运动的内摩擦力
微观机制：分子间吸引力、分子不规则运动的动量交换
牛顿内摩擦定律：
切应力：
z
v
v+dv
v
x
z
dz
y
本讲稿第十四页，共二十七页
　　的物理意义
——角变形速度（剪切变形速度）
vdt
(v+dv)dt
dvdt
dz
dθ
流体与固体在摩擦规律上完全不同
正比于dv/dz
正比于正压力，与速度无关
本讲稿第十五页，共二十七页
（系数）μ：与流体性质有关　Pa·S
运动粘度（系数）：　　　　　　　　　m２/s
微观机制：
液体　吸引力　T↑　μ↓
气体　热运动　T↑　μ↑
本讲稿第十六页，共二十七页
τ
dv/dz
牛顿流体
o
牛顿流体——服从牛顿内摩擦定律的流体（水、大部分轻油、气体等）

本讲稿第十七页，共二十七页
τ
τ0
dv/dz
o
塑性流体
非牛顿流体
塑性流体——克服初始应力τ0后，τ才与速度梯度成正比（牙膏、新拌水泥砂浆、中等浓度的悬浮液等）
本讲稿第十八页，共二十七页
τ
dv/dz
o
拟塑性流体
拟塑性流体——τ的增长率随dv/dz的增大而降低（高分子溶液、纸浆、血液等）
本讲稿第十九页，共二十七页
τ
dv/dz
o
膨胀型流体
膨胀型流体——τ的增长率随dv/dz的增大而增加（淀粉糊、挟沙水流）
本讲稿第二十页，共二十七页
τ
τ0
dv/dz
o
膨胀型流体
牛顿流体
拟塑性流体
塑性流体
本讲稿第二十一页，共二十七页
例：汽缸内壁的直径D=12cm，活塞的直径d=，活塞长度L=14cm，活塞往复运动的速度为1m/s，润滑油的μ =·s。求作用在活塞上的粘性力。
解：
注意：面积、速度梯度的取法
d
D
L
本讲稿第二十二页，共二十七页
例：旋转圆筒粘度计，外筒固定，内筒转速n=10r/min。内外筒间充入实验液体。内筒r1=，外筒 r2=2cm，内筒高h=7cm，转轴上扭距M=·m。求该实验液体的粘度。
解：
注意：；

h
n
r1
r2
得
本讲稿第二十三页，共二十七页
（膨胀）性

在一定温度下，密度的变化率与压强的变化成正比
——体积模量（弹性模量）

在一定压强下，体积的变化率与温度的变化成正比
本讲稿第二十四页，共二十七页

理想气体状态方程
R——气体常数　空气R==287J/kg·K
等温过程：压缩系数
等压过程：膨胀系数
绝热过程：压缩系数
低速（标准状态，v<68m/s）气流可按不可压缩流体处理
本讲稿第二十五页，共二十七页