流體力學(xué)多媒體課件

流體力學(xué)是研究流體機(jī)械運(yùn)動規(guī)律及其應(yīng)用的科學(xué)，是力學(xué)的一個重要分支。流體力學(xué)研究的對象液體和氣體。流體力學(xué)發(fā)展簡史流體力學(xué)的研究方法作用在流體上的力流體的主要物理性質(zhì)流體力學(xué)的模型n第一階段（16世紀(jì)以前）：流體力學(xué)形成的萌芽階段n第二階段（16世紀(jì)文藝復(fù)興以后-18世紀(jì)中葉）流體力學(xué)成為一門獨立學(xué)科的基礎(chǔ)階段n第三階段（18世紀(jì)中葉-19世紀(jì)末）流體力學(xué)沿著兩個方向發(fā)展歐拉、伯努利n第四階段（19世紀(jì)末以來）流體力學(xué)飛躍發(fā)展第一階段（第一階段（16世紀(jì)以前）：流體力學(xué)形成的萌芽階段世紀(jì)以前）：流體力學(xué)形成的萌芽階段n公元前2286年公元前2278年大禹治水疏壅導(dǎo)滯（洪水歸于河）n公元前300多年李冰都江堰深淘灘，低作堰n公元584年公元610年隋朝南北大運(yùn)河、船閘應(yīng)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n系統(tǒng)研究古希臘哲學(xué)家阿基米德論浮體（公元前250年）奠定了流體靜力學(xué)的基礎(chǔ)返回第二階段（第二階段（16世紀(jì)文藝復(fù)興以后世紀(jì)文藝復(fù)興以后-18世紀(jì)中葉）流體力學(xué)世紀(jì)中葉）流體力學(xué)成為一門獨立學(xué)科的基礎(chǔ)階段成為一門獨立學(xué)科的基礎(chǔ)階段n1586年斯蒂芬水靜力學(xué)原理n1650年帕斯卡“帕斯卡原理”n1612年伽利略物體沉浮的基本原理n1686年牛頓牛頓內(nèi)摩擦定律n1738年伯努利理想流體的運(yùn)動方程即伯努利方程n1775年歐拉理想流體的運(yùn)動方程即歐拉運(yùn)動微分方程第三階段（第三階段（18世紀(jì)中葉世紀(jì)中葉-19世紀(jì)末）流體力學(xué)沿著兩個方世紀(jì)末）流體力學(xué)沿著兩個方向發(fā)展向發(fā)展歐拉（理論）、伯努利（實驗）歐拉（理論）、伯努利（實驗）n工程技術(shù)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）n理論1823年納維，1845年斯托克斯分別提出粘性流體運(yùn)動方程組（N-S方程）第四階段（第四階段（19世紀(jì)末以來）流體力學(xué)飛躍發(fā)展世紀(jì)末以來）流體力學(xué)飛躍發(fā)展n理論分析與試驗研究相結(jié)合n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(yùn)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(xué)與相關(guān)的鄰近學(xué)科相互滲透，形成很多新分支和交叉學(xué)科理論分析方法、實驗方法、數(shù)值方法相互配合，互為補(bǔ)充n理論研究方法力學(xué)模型物理基本定律求解數(shù)學(xué)方程分析和揭示本質(zhì)和規(guī)律n實驗方法相似理論模型實驗裝置n數(shù)值方法計算機(jī)數(shù)值方法是現(xiàn)代分析手段中發(fā)展最快的方法之一kZjYiXmFlimfm01.質(zhì)量力：作用在所研究的流體質(zhì)量中心，與質(zhì)量成正比重力慣性力單位質(zhì)量力重力gmmgZAFA0lim2.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(yīng)力切線方向：切向應(yīng)力剪切力內(nèi)法線方向：法向應(yīng)力壓強(qiáng)AFlimpnA0AFA0limFAFnF表面力具有傳遞性流體相對運(yùn)動時因粘性而產(chǎn)生的內(nèi)摩擦力慣性、粘性、壓縮（膨脹）性VmV0limVm3/1000mkg1.慣性密度常見的密度（在一個標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下）：4時的水20時的空氣容重（重度）比重g1v3/2.1mkg2.粘性：在外力作用下，流體微元間出現(xiàn)相對運(yùn)動時，隨之產(chǎn)生阻抗相對運(yùn)動的內(nèi)摩擦力微觀機(jī)制：分子間吸引力、分子不規(guī)則運(yùn)動的動量交換牛頓內(nèi)摩擦定律：切應(yīng)力：dzdvAF dzdvAFdzdvAFzvv+dvvxzdzya.速度梯度的物理意義角變形速度（剪切變形速度）dzdvdzdvdttgdddtddzdvvdt(v+dv)dtdvdtdzd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(guān)b.動力粘度（系數(shù)）：與流體性質(zhì)有關(guān)PaS運(yùn)動粘度（系數(shù)）：m/s)T(f)p,T(f微觀機(jī)制：液體吸引力T氣體熱運(yùn)動Tdv/dz牛頓流體o 牛頓流體服從牛頓內(nèi)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0dv/dzo塑性流體 非牛頓流體 塑性流體克服初始應(yīng)力0后，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）例：汽缸內(nèi)壁的直徑D=12cm，活塞的直徑d=11.96cm，活塞長度L=14cm，活塞往復(fù)運(yùn)動的速度為1m/s，潤滑油的=0.1Pas。求作用在活塞上的粘性力。解：dndvAT2053014011960m.dLAdndvNT5.261051.0053.03注意：面積、速度梯度的取法dDL131052/)1196.012.0(012/)(0sdDv3.壓縮（膨脹）性a.壓縮系數(shù)在一定溫度下，密度的變化率與壓強(qiáng)的變化成正比dpddpd/1E體積模量（彈性模量）b.膨脹系數(shù)dTVdV在一定壓強(qiáng)下，體積的變化率與溫度的變化成正比dTVdV/dpVdV/dTd/c.氣體 理想氣體狀態(tài)方程RTpR氣體常數(shù)空氣R=8.31/0.029=287J/kgK 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(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)，v68m/s）氣流可按不可壓縮流體處理pdppdpdpdT1TdTTdTdTVdVp1pdppdpdpd1n連續(xù)介質(zhì)流體微元具有流體宏觀特性的最小體積的流體團(tuán)n理想流體不考慮粘性的流體n不可壓縮性=c