流体力学多媒体课件

流体力学多媒体课件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。流体力学发展简史流体力学的研究方法作用在流体上的力流体的主要物理性质流体力学的模型流体力学发展简史第一阶段（16世纪以前）：流体力学形成的萌芽阶段第二阶段（16世纪文艺复兴以后-18世纪中叶）流体力学成为一门独立学科的基础阶段第三阶段（18世纪中叶-19世纪末）流体力学沿着两个方向发展——欧拉、伯努利第四阶段（19世纪末以来）流体力学飞跃发展第一阶段（16世纪以前）：流体力学形成的萌芽阶段公元前2286年－公元前2278年大禹治水——疏壅导滞（洪水归于河）公元前300多年

李冰都江堰——深淘滩，低作堰公元584年－公元610年隋朝南北大运河、船闸应用埃及、巴比伦、罗马、希腊、印度等地水利、造船、航海产业发展系统研究古希腊哲学家阿基米德《论浮体》（公元前250年）奠定了流体静力学的基础返回第二阶段（16世纪文艺复兴以后-18世纪中叶）流体力学成为一门独立学科的基础阶段1586年斯蒂芬——水静力学原理1650年帕斯卡——“帕斯卡原理”1612年伽利略——物体沉浮的基本原理1686年牛顿——牛顿内摩擦定律1738年伯努利——理想流体的运动方程即伯努利方程1775年欧拉——理想流体的运动方程即欧拉运动微分方程第三阶段（18世纪中叶-19世纪末）流体力学沿着两个方向发展——欧拉（理论）、伯努利（实验）工程技术快速发展，提出很多经验公式1769年谢才——谢才公式（计算流速、流量）1895年曼宁——曼宁公式（计算谢才系数）1732年比托——比托管（测流速）1797年文丘里——文丘里管（测流量）理论1823年纳维，1845年斯托克斯分别提出粘性流体运动方程组（N-S方程）第四阶段（19世纪末以来）流体力学飞跃发展理论分析与试验研究相结合量纲分析和相似性原理起重要作用1883年雷诺——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）……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作用在流体上的力1.质量力：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2.表面力：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ΔFΔAΔFnΔFτ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流体的主要物理性质

惯性、粘性、压缩（膨胀）性1.惯性密度常见的密度（在一个标准大气压下）：4℃时的水20℃时的空气容重（重度）比重2.粘性：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：zvv+dvvxzdzya.速度梯度的物理意义——角变形速度（剪切变形速度）vdt(v+dv)dtdvdtdzdθ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b.动力粘度（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↑τdv/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）c.牛顿流体与非牛顿流体ττ0dv/dzo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）τdv/dzo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）τdv/dzo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）ττ0dv桑/d密zo膨胀肿型流招体牛顿眼流体拟塑串性流汉体塑性篇流体例：汽尊缸内壁繁的直径D=12cm，活塞的补直径d=11披.9游6cm，活塞长技度L=14cm，活塞适往复盛运动膊的速肆度为1m/s，润滑油分的μ=0.耕1P锁a·s。求作用洁在活塞妄上的粘蝴性力。解：注意新：面杀积、扮速度外梯度缎的取识法dDL例：旋戚转圆筒肉粘度计眨，外筒仔固定，扔内筒转挠速n=1旺0r枝/m朵in。内外易筒间卸充入容实验傅液体功。内桥筒r1=1怜.9抽3c鸣m，外筒r2=2登cm，内筒昌高h=7供cm，转轴上蹦扭距M=0.锄004品5N·m。求该仿实验晒液体吓的粘问度。解：注意：1.面积A的取法派；2.单位扭统一hnr1r2得3.压缩（挑膨胀）想性a.压缩系乒数β在一同定温度下，窑密度糊的变洒化率释与压用强的摩变化推成正急比——体积模积量（弹帖性模量紧）b.膨胀狂系数α在一腊定压强下，针体积鹊的变嘴化率密与温扛度的栽变化课成正货比c.气体理想龙气体赶状态塔方程R——气体常残数空忧气R=8.拨31/0.0腥29=2鸡87庸J/赚kg皱·K等温过冠程：压册缩系数等压坝过程雾：膨低胀系党数绝热翻过程离：压帆缩系羡数低速辟（标茂准状中态，v<6脖8m框/s）气流荣可按枯不可帅压缩退流体罚处理表面张欲力和毛驰细现象1.表面瓦张力σ：由分子尾的内聚劝力引起造单位趟：N/宿m发生在范液气接船触的周谜界、液俗固接触疫的周界量、不同邻液体接蒙触的周赖界2.毛细现讲象：液烧固接触液固间岂附着力肉大于液门体的内恢聚力液固班间附汗