流体力学流力lecture

1、第一章、流体的物理性质2-1 流体主要物理性质2-2 作用于流体上的力2-1 流体主要物理性质定义：单位体积流体所具有的质量 用符号来表示。单位：kg/m3 均质流体： 非均质流体：常见流体的密度： 水1000 kg/m3 空气1.23 kg/m3流体重要属性，表征流体在空间某点质量的密集程度。一.惯性 1.以密度来衡量不可压缩流体：流体密度随温度、压强变化很小的流体。不可压流体：可压缩流体：2、不可压缩流体和可压缩流体严格地说，不存在完全不可压缩的流体。 气体对物体流动的相对速度比声速要小得多时，气体的密度变化也很小，可以近似地看成是常数，也可当作不可压缩流体处理。 一般情况下的液体都可视为

2、不可压缩流体，管路中压降较大时，应作为可压缩流体（发生水下爆炸）。二 .可压缩性 二.压缩性-流体在质量不变时，由于压力的改变而使其体积改变的性质压强增大使体积减小的性质单位：m2/N，Pa-1 可压缩流体不可压缩流体：密度为变量，即= (x,y,z,t)：密度为常数，即=C 注：通常情况下，液体为不可压缩流体，气体为可压缩流体。压缩系数：在一定的温度下，单位压强所引起的流体体积的相对缩小量特 例水击现象,液压冲击,水中爆炸波的传播等问题。 在低温,低压,低速条件下,隧道施工,运营通风,气体输送,烟道流动等问题。- 液体为可压缩流体- 气体为不可压缩流体 牛顿在自然哲学的数学原理(1687)中

3、指出： 相邻两层流体作相对运动时存在内摩擦作用,称为粘性力。 库仑实验(1784)库仑用液体内悬吊圆盘摆动实验证实流体存在内摩擦。 三.粘性 分子间的内聚力 分子运动引起流体层间的动量交换两层液体之间的粘性力两层气体之间的粘性力形成牛顿内摩擦力物理机理壁面不滑移假设由于流体的易变形性，流体与固壁可实现分子量级的粘附作用。通过分子内聚力使粘附在固壁上的流体质点与固壁一起运动。壁面不滑移假设已获得大量实验证实，被称为壁面不滑移条件。库仑实验间接地验证了壁面不滑移假设 粘性定义流体内部质点间或流层间因相对运动而产生内摩擦力 （内力/粘性力）以反抗相对运动的性质 粘性特性 粘性是流体抵抗变形的能力，

4、是流体的固有属性， 是运动流体产生机械能损失的根源三、流体的粘性1、流体的粘性定义：在外力作用下，流体微元间出现相对运动时，产生阻抗相对运动的切向阻力的性质。理想流体和粘性流体 1686年 流体粘性粘性自然哲学的数学原理 牛顿内摩擦定律牛顿：英国伟大的数学家、物理学家、天文学家和自然哲学家。2.粘度的表示方法 动力粘性系数，Pas 运动粘性系数，m2/s反映流体粘滞性大小的系数四、影响粘度的因素液体吸引力T气体热运动T 拉力T与接触面积A、速度梯度 成正比，即 或上两式均称为牛顿内摩擦阻力定律。 牛顿内摩擦定律实验测得：剪应力剪应力的大小与流体的粘性和速度梯度成正比，满足上式的为牛顿流体 牛顿

5、内摩擦阻力定律适用于空气、水、石油等大多数流体。 凡符合这一定律的流体称为牛顿流体，不符合的流体为非牛顿流体。流变图（流变曲线） 理想流体（无粘性流体）: =0 实际流体（粘性流体） : 0 牛顿内摩擦阻力定律 当h很小时，阻力定律可写为 ，即速度为线性分布。 速度分布图形不同时，剪应力分布也不同。抛物线分布u直线分布u 随着温度升高，液体的粘性系数下降；气体的粘性系数上升。 今后在谈及粘性系数时一定指明当时的温度。 运动粘性系数具有运动学量纲。注意二.粘性与接触面的面积A成正比与流体的种类有关与接触面上压强P 无关内摩擦力 F与垂直于流动方向的速度梯度du/dy成正比F 流体层接触面上的内摩

6、擦力，N；A流体层间的接触面积，m2；du/dy垂直于流动方向上的速度梯度，1/s； 动力黏度，Pas。牛顿内摩擦定律流 体 分 类2-2 作用于流体上的力 作用在流体上的力可以分为两大类，表面力和质量力。一、表面力 定义：两个分力与流体表面相切的切向力T-剪应力 特点：分离体以外的流体通过接触面作用在流体上的力，其大小与作用面积成正比通过接触面产生的力 与面积成正比与流体表面垂直的法向力P-压力，不能承受拉力分布力，流体与固体的接触面，流体与流体的接触面作用在流体上的表面力 法向应力p 切向应力压 强-单位面积上的压力，方向沿内法线方向切应力FPTAAVn法向应力切向应力静止流体或理想流体只

7、有压力二、质量力 定义：作用在流体某体积内所有流体质点上并与这一 体积的流体质量成正比的力，又称体积力。 特点：例如：重力、惯性力等 单位质量力:非接触力与流体质量成正比重力场，有,，（竖直向下）俗称表压P = Pabs Pa(2) 相对压力P：以大气压为基准计算计的压力，其值即为绝对压力超过当地大气压的数值。 (1) 绝对压力：以绝对真空为基准计算压力Pabs 。工程上压力的几种表示方法(3) 真空压力Pv= Pa PabsP=0 (绝对真空)绝对压力PPPa (大气压)表压P真空压力常用的压力单位1）际单位制（SI）：Nm 或 Pa。 1 Pa Nm ）大气压：标准大气压、工程大气压。 标准大气压 Patm=1.013105 Pa =760汞柱=10.33水柱）液柱高：长度单位，如水银柱、水柱等。工程大气压 Pata=kgf/cm2 =0.981105Pa=0.968atm静止流体的压力沿作用面的内法线方向特性一流体静压特性特性二静止流体中任意一点的压力大小与作用面的方向无关，只是该点的坐标函数。 静止液体中有一平板，平板的轴位于O点，平板绕O轴旋转，O点深度不变故不管平板转到什么方位，在O点处的压力仍然保持不变。 不同点的压力不相等，压力是空间坐标的连续函数。即p=p(x,y,z)。 证明： 取体积为dxdydz的微分四面体，各坐标面和斜面上的平均流