第六章流體力學(xué)（一）

朽木易折，金石可鏤。千里之行，始于足下。第頁(yè)/共頁(yè)勘察設(shè)計(jì)注冊(cè)工程師流體力學(xué)張英第1節(jié)流體主要物理性質(zhì)及力學(xué)模型流體主要物理性質(zhì)：能夠?qū)α黧w靜止和機(jī)械運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生影響的性質(zhì)一、流動(dòng)性二、質(zhì)量、密度三、粘性四、壓縮性與膨脹性流體的主要物理性質(zhì)一.流體的流動(dòng)性流體具有易流動(dòng)性，不能維持自身形狀，靜止流體幾乎不能承受拉力和剪切力。流體的流動(dòng)性受粘滯性制約。二.流體的質(zhì)量和密度對(duì)于勻質(zhì)流體，單位體積流體所具有的質(zhì)量為流體的密度。4℃水的密度為：流體的重度：三.流體的粘滯性1）粘滯性定義：流體在運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下，抵御剪切變形的能力。平板實(shí)驗(yàn)說(shuō)明了流體的粘滯性:兩相鄰液流層靜止?fàn)顟B(tài)：兩相鄰液流層相對(duì)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)每個(gè)流體層，受到的摩擦力均與本身的相對(duì)運(yùn)動(dòng)方向相反，內(nèi)摩擦力的作用：妨礙流體的相對(duì)運(yùn)動(dòng)(2)牛頓內(nèi)摩擦定律由內(nèi)摩擦力的特征收拾出牛頓內(nèi)摩擦力的數(shù)學(xué)表達(dá)式：式中：T——內(nèi)摩擦力，N；τ——單位面積上的內(nèi)摩擦力（即粘滯切應(yīng)力）N/m2；μ——?jiǎng)恿φ硿禂?shù)，與流體種類、溫度有關(guān)，Pa·s；du/dy——速度梯度，s；A——接觸面積,m2。凡符合牛頓內(nèi)摩擦定律的流體，即τ與du/dy呈過(guò)坐標(biāo)原點(diǎn)的正比例關(guān)系的流體稱為牛頓流體。(3)粘滯系數(shù)動(dòng)力粘滯系數(shù)μ：是一個(gè)反映液體粘滯性大小的量。運(yùn)動(dòng)粘滯系數(shù)ν：因?yàn)棣途哂羞\(yùn)動(dòng)學(xué)量綱，故稱為運(yùn)動(dòng)粘滯系數(shù)。題6-1運(yùn)動(dòng)粘滯系數(shù)與動(dòng)力粘滯系數(shù)的關(guān)系，兩個(gè)系數(shù)的單位例6-1（2023年年年）已知空氣的密度為ρ為1.205kg/m3,動(dòng)力粘度（動(dòng)力黏滯系數(shù)）μ為1.83×10-5Pa?s，那么它的運(yùn)動(dòng)粘度（運(yùn)動(dòng)黏滯系數(shù)）v為（）A2.2×10-5s/㎡B2.2×10-5㎡/sC15.2×10-6s/㎡D15.2×10-6㎡/s解：運(yùn)動(dòng)黏度答案：D例題（2023年年）空氣的粘性系數(shù)μ與水的粘性系數(shù)μ分離隨溫度的降低而（）A降低、升高B降低、降低C升高、降低D升高、升高解：液體的粘性系數(shù)μ隨溫度的變化邏輯與我們?nèi)粘Ｉ钪姓硿院土鲃?dòng)性的概念是一致的，例如：油的溫度降低，流動(dòng)性變差，粘滯性增大；這一特性是大家都了解到生活常識(shí)，由此可以判斷：液體溫度降低粘滯性增大、流動(dòng)性降低；而氣體的粘性特征與液體相反，即使不了解粘滯性的機(jī)理，也可以通過(guò)常識(shí)性知識(shí)去判斷挑選。答案：A流體的主要物理性質(zhì)四.流體的壓縮性和膨脹性1.壓縮性液體受壓力作用時(shí)，分子間距減小，流體的宏觀體積減小，這種性質(zhì)稱為壓縮性。體積壓縮系數(shù):每增強(qiáng)單位壓力，流體體積的相對(duì)減小率或流體密度的相對(duì)增強(qiáng)率。四.流體的壓縮性和膨脹性彈性系數(shù)K：是壓縮系數(shù)β的倒數(shù):不可壓縮流體：例如水的體積彈性系數(shù)K≈2×109Pa,則有：增強(qiáng)一個(gè)大氣壓，水的體積相對(duì)變化率小于萬(wàn)分之0.5，即壓縮性可以忽略，這種流體稱為不可壓縮流體。即：2.膨脹性溫度升高，流體的宏觀體積增大，稱為膨脹性。體積膨脹系數(shù)體積膨脹系數(shù)即為：溫度每增強(qiáng)1oC，流體體積的相對(duì)增強(qiáng)率或流體密度的相對(duì)減小率。五.流體的力學(xué)模型（一）流體的延續(xù)介質(zhì)模型從微觀上看，因?yàn)榉肿佑啦煌Ｏ⒌臒徇\(yùn)動(dòng)，決定了流體在時(shí)光、空間上都彌漫著不勻稱性、離散性、隨機(jī)性。流體質(zhì)點(diǎn)（流體微團(tuán)）：流體力學(xué)把流體微團(tuán)中所有流體分子的集合稱為流體質(zhì)點(diǎn)，這里的流體微團(tuán)的體積為ΔV，是一種特征體積，流體微團(tuán)包含了成千上萬(wàn)個(gè)流體分子，宏觀上充足小，微觀上充足大流體的延續(xù)介質(zhì)模型：流體力學(xué)將流體質(zhì)點(diǎn)作為最基本的研究單位，流體質(zhì)點(diǎn)之間沒有空隙，延續(xù)彌漫流體所占有的空間，因此將流體運(yùn)動(dòng)作為由無(wú)數(shù)個(gè)流體質(zhì)點(diǎn)所組成的延續(xù)介質(zhì)的運(yùn)動(dòng)，即延續(xù)介質(zhì)模型。（二）理想流體模型實(shí)際流體：指具有粘度的流體，在運(yùn)動(dòng)時(shí)具有抵御剪切變形的能力，即存在摩擦力，粘性系數(shù)0。理想流體：是指既無(wú)粘性又徹低不可壓縮的一種假想流體，即=0，不能抵御剪切變形。即理想流體沒有阻力，沒有能量損失。題6-2，題6-3

理想流體概念假設(shè)的無(wú)粘性流體例6-2（2023年年）理想流體與實(shí)際流體的主要差別在于（）A密度B黏性C壓縮性D表面張力解：理想流體為假設(shè)的無(wú)黏性流體答案：B例6-3（2023年年）理想流體的基本特征是（）A黏性系數(shù)是常數(shù)B不可壓縮C無(wú)黏性D符合牛頓內(nèi)摩擦定律解：理想流體為假設(shè)的無(wú)黏性流體答案：C第二節(jié)流體靜力學(xué)流體靜力學(xué)：主要研究流體處于靜止?fàn)顟B(tài)下的力學(xué)平衡邏輯一、作用在流體上的力（一）質(zhì)量力作用在每個(gè)流體質(zhì)點(diǎn)上，其大小與流體質(zhì)量成正比。如：重力、慣性力，都與質(zhì)量成正比，都是質(zhì)量力。單位質(zhì)量力：?jiǎn)挝毁|(zhì)量的流體受到的質(zhì)量力。單位質(zhì)量力的分量可以表示為：如流體只受到重力作用，則單位質(zhì)量力在三個(gè)方向的分量為：（二）表面力作用在流體的表面上，與作用面積成比例的力。如：大氣壓力、密閉容器液面壓力等。表面力可分為：垂直于作用面的壓力沿著作用面切線方向的切向力二.流體靜壓強(qiáng)及其特性靜水壓強(qiáng)的定義：靜水壓強(qiáng)的特性：靜水壓強(qiáng)的方向垂直指向作用面。靜止流體中，作用于同一點(diǎn)各方向的靜水壓強(qiáng)大小相等。即：靜水壓強(qiáng)的大小與作用面方位無(wú)關(guān)。題6-4，題6-5靜水壓強(qiáng)的大小與作用面方位無(wú)關(guān)，各個(gè)方向的數(shù)值相等例6-4（2023年年）按照靜水壓強(qiáng)的特性，靜止液體中同一點(diǎn)各方向的壓強(qiáng)（）A數(shù)值相等B數(shù)值不等C僅水平方向數(shù)值相等D鉛直方向數(shù)值最大解：按照靜水壓強(qiáng)第二特性，同一點(diǎn)壓強(qiáng)在各個(gè)方向上相等，與作用面方位無(wú)關(guān)。答案：A例6-5（2023年年）靜止的液體中，任一點(diǎn)的壓強(qiáng)的大小與下列哪一項(xiàng)無(wú)關(guān)？（）A當(dāng)?shù)刂亓铀俣菳受壓面的方向C該點(diǎn)的位置D流體的種類解：按照靜水壓特性，流體靜壓強(qiáng)大小與受壓面的方向無(wú)關(guān)按照水靜力學(xué)基本方程靜水壓強(qiáng)大小與ρ、g、h均有關(guān)。答案：B三、僅受重力作用時(shí)靜水壓強(qiáng)基本方程流體僅受到重力作用時(shí)，靜水壓強(qiáng)分布邏輯為：吞沒深度為h的點(diǎn)的壓強(qiáng)液面壓強(qiáng)液體密度重力加速度吞沒深度題6-6

已知水深和密度，求壓強(qiáng)，直接用公式計(jì)算即可例6-6（2023年年年）已知油的密度ρ為850㎏/m3，在露天油池面下5m處相對(duì)壓強(qiáng)為（）A4.25PaB4.25kPaC41.68PaD41.68kPa解：按照靜壓強(qiáng)基本方程油面為當(dāng)?shù)卮髿鈮?，相?duì)壓強(qiáng)p0=0，故：答案：D三、僅受重力作用時(shí)靜水壓強(qiáng)基本方程流體僅受到重力作用時(shí)，靜水壓強(qiáng)分布邏輯為：四、靜水壓強(qiáng)的基準(zhǔn)和表示主意（一）.靜水壓強(qiáng)的兩種計(jì)量基準(zhǔn)：絕對(duì)壓強(qiáng)：p’以絕對(duì)真空為零點(diǎn)起算的壓強(qiáng)。相對(duì)壓強(qiáng)：p以當(dāng)?shù)卮髿鈮簽榱泓c(diǎn)起算的壓強(qiáng)。壓力表的讀數(shù)為相對(duì)壓強(qiáng)。真空度：用pv表示,當(dāng)相對(duì)壓強(qiáng)為負(fù)值時(shí)，其絕對(duì)值為真空度。絕對(duì)壓強(qiáng)=相對(duì)壓強(qiáng)+當(dāng)?shù)卮髿鈮合鄬?duì)壓強(qiáng)=絕對(duì)壓強(qiáng)-當(dāng)?shù)卮髿鈮赫婵斩?當(dāng)?shù)卮髿鈮?絕對(duì)壓強(qiáng)真空度也可以表示為：絕對(duì)壓強(qiáng)小于大氣壓時(shí)，小于大氣壓的部分為真空度1at=98KN/m2=98KPa題6-7，題6-8，題6-10絕對(duì)壓強(qiáng)=相對(duì)壓強(qiáng)+當(dāng)?shù)卮髿鈮合鄬?duì)壓強(qiáng)=絕對(duì)壓強(qiáng)-當(dāng)?shù)卮髿鈮航饘賶毫Ρ淼淖x數(shù)是相對(duì)壓強(qiáng)題6-7（2023年年）靜止油面（油面上為大氣）下3m深度處的絕對(duì)壓強(qiáng)為下列哪一項(xiàng)？（）（油的密度為800kg/m3，當(dāng)?shù)卮髿鈮簽?00kpa）A3kpaB23.5kpaC102.4kpaD123.5kpa解：絕對(duì)壓強(qiáng)要計(jì)及表面壓強(qiáng)p0。按照式中p0=100kpa。答案：D四、靜水壓強(qiáng)的基準(zhǔn)和表示主意（二）壓強(qiáng)的三種表示主意：應(yīng)力單位：?jiǎn)挝幻娣e上的壓力。液柱高度：米水柱mH2O、毫米汞柱大氣壓：常用大氣壓的倍數(shù)表示壓力。工程大氣壓：標(biāo)準(zhǔn)大氣壓：題6-8（2023年年）液體中某點(diǎn)的絕對(duì)壓強(qiáng)為100kN/㎡，則該點(diǎn)的相對(duì)壓強(qiáng)為（）kN/㎡（當(dāng)?shù)卮髿鈮簭?qiáng)為1個(gè)工程大氣壓）A1B