流體力學多媒體課件1

流體力學多媒體課件2024/3/28流體力學多媒體課件[1]緒論流體力學是研究流體機械運動規(guī)律及其應用的科學，是力學的一個重要分支。流體力學研究的對象——液體和氣體。流體力學多媒體課件[1]流體力學發(fā)展簡史流體力學的研究方法作用在流體上的力流體的主要物理性質流體力學的模型流體力學多媒體課件[1]流體力學發(fā)展簡史第一階段（16世紀以前）：流體力學形成的萌芽階段第二階段（16世紀文藝復興以后-18世紀中葉）流體力學成為一門獨立學科的基礎階段第三階段（18世紀中葉-19世紀末）流體力學沿著兩個方向發(fā)展——歐拉、伯努利第四階段（19世紀末以來）流體力學飛躍發(fā)展流體力學多媒體課件[1]第一階段（16世紀以前）：流體力學形成的萌芽階段公元前2286年－公元前2278年大禹治水——疏壅導滯（洪水歸于河）公元前300多年

李冰都江堰——深淘灘，低作堰公元584年－公元610年隋朝南北大運河、船閘應用埃及、巴比倫、羅馬、希臘、印度等地水利、造船、航海產(chǎn)業(yè)發(fā)展系統(tǒng)研究古希臘哲學家阿基米德《論浮體》（公元前250年）奠定了流體靜力學的基礎流體力學多媒體課件[1]返回流體力學多媒體課件[1]第二階段（16世紀文藝復興以后-18世紀中葉）流體力學成為一門獨立學科的基礎階段1586年斯蒂芬——水靜力學原理1650年帕斯卡——“帕斯卡原理”1612年伽利略——物體沉浮的基本原理1686年牛頓——牛頓內摩擦定律1738年伯努利——理想流體的運動方程即伯努利方程1775年歐拉——理想流體的運動方程即歐拉運動微分方程流體力學多媒體課件[1]第三階段（18世紀中葉-19世紀末）流體力學沿著兩個方向發(fā)展——歐拉（理論）、伯努利（實驗）工程技術快速發(fā)展，提出很多經(jīng)驗公式1769年謝才——謝才公式（計算流速、流量）1895年曼寧——曼寧公式（計算謝才系數(shù)）1732年比托——比托管（測流速）1797年文丘里——文丘里管（測流量）理論1823年納維，1845年斯托克斯分別提出粘性流體運動方程組（N-S方程）流體力學多媒體課件[1]第四階段（19世紀末以來）流體力學飛躍發(fā)展理論分析與試驗研究相結合量綱分析和相似性原理起重要作用1883年雷諾——雷諾實驗（判斷流態(tài)）1903年普朗特——邊界層概念（繞流運動）1933-1934年尼古拉茲——尼古拉茲實驗（確定阻力系數(shù)）……流體力學與相關的鄰近學科相互滲透，形成很多新分支和交叉學科流體力學多媒體課件[1]流體力學的研究方法理論分析方法、實驗方法、數(shù)值方法相互配合，互為補充理論研究方法力學模型→物理基本定律→求解數(shù)學方程→分析和揭示本質和規(guī)律實驗方法相似理論→模型實驗裝置數(shù)值方法計算機數(shù)值方法是現(xiàn)代分析手段中發(fā)展最快的方法之一流體力學多媒體課件[1]作用在流體上的力1.質量力：作用在所研究的流體質量中心，與質量成正比重力慣性力單位質量力重力流體力學多媒體課件[1]2.表面力：外界對所研究流體表面的作用力，作用在外表面，與表面積大小成正比應力切線方向：切向應力——剪切力內法線方向：法向應力——壓強ΔFΔAΔFnΔFτ表面力具有傳遞性流體相對運動時因粘性而產(chǎn)生的內摩擦力流體力學多媒體課件[1]流體的主要物理性質

慣性、粘性、壓縮（膨脹）性1.慣性密度常見的密度（在一個標準大氣壓下）：4℃時的水20℃時的空氣容重（重度）比重流體力學多媒體課件[1]2.粘性：在外力作用下，流體微元間出現(xiàn)相對運動時，隨之產(chǎn)生阻抗相對運動的內摩擦力微觀機制：分子間吸引力、分子不規(guī)則運動的動量交換牛頓內摩擦定律：切應力：zvv+dvvxzdzy流體力學多媒體課件[1]a.速度梯度的物理意義——角變形速度（剪切變形速度）vdt(v+dv)dtdvdtdzdθ流體與固體在摩擦規(guī)律上完全不同正比于dv/dz正比于正壓力，與速度無關流體力學多媒體課件[1]b.動力粘度（系數(shù)）μ：與流體性質有關Pa·S運動粘度（系數(shù)）：m２/s微觀機制：液體吸引力T↑μ↓氣體熱運動T↑μ↑流體力學多媒體課件[1]τdv/dz牛頓流體o牛頓流體——服從牛頓內摩擦定律的流體（水、大部分輕油、氣體等）c.牛頓流體與非牛頓流體流體力學多媒體課件[1]ττ0dv/dzo塑性流體非牛頓流體塑性流體——克服初始應力τ0后，τ才與速度梯度成正比（牙膏、新拌水泥砂漿、中等濃度的懸浮液等）流體力學多媒體課件[1]τdv/dzo擬塑性流體擬塑性流體——τ的增長率隨dv/dz的增大而降低（高分子溶液、紙漿、血液等）流體力學多媒體課件[1]τdv/dzo膨脹型流體膨脹型流體——τ的增長率隨dv/dz的增大而增加（淀粉糊、挾沙水流）流體力學多媒體課件[1]ττ0dv/dzo膨脹型流體牛頓流體擬塑性流體塑性流體流體力學多媒體課件[1]例：汽缸內壁的直徑D=12cm，活塞的直徑d=11.96cm，活塞長度L=14cm，活塞往復運動的速度為1m/s，潤滑油的μ

=0.1Pa·s。求作用在活塞上的粘性力。解：注意：面積、速度梯度的取法dDL流體力學多媒體課件[1]例：旋轉圓筒粘度計，外筒固定，內筒轉速n=10r/min。內外筒間充入實驗液體。內筒r1=1.93cm，外筒r2=2cm，內筒高h=7cm，轉軸上扭距M=0.0045N·m。求該實驗液體的粘度。解：注意：1.面積A的取法；2.單位統(tǒng)一hnr1r2得流體力學多媒體課件[1]3.壓縮（膨脹）性a.壓縮系數(shù)β在一定溫度下，密度的變化率與壓強的變化成正比——體積模量（彈性模量）b.膨脹系數(shù)α在一定壓強下，體積的變化率與溫度的變化成正比流體力學多媒體課件[1]c.氣體理想氣體狀態(tài)方程R——氣體常數(shù)空氣R=8.31/0.029=287J/kg·K等溫過程：壓縮系數(shù)等壓過程：膨脹系數(shù)絕熱過程：壓縮系數(shù)低速（標準狀態(tài)，v<68m/s）氣流可按不可壓縮流體處理流體力學多媒體課件[1]表面張力和毛細現(xiàn)象1.表面張力σ：由分子的內聚力引起單位：N/m發(fā)生在液氣接觸的周界、液固接觸的