版权说明:本文档由用户提供并上传,收益归属内容提供方,若内容存在侵权,请进行举报或认领
文档简介
1、流体力学基础,第一章 绪论,1.1流体的定义、流体力学的任务及其发展简史 1.2 流体的力学模型 1.3 流体的主要物理性质 1.4 流体的分类 1.5 作用在流体上的力,第一章 绪论,1.1流体的定义、流体力学的任务及其发展简史 流体定义 流体力学研究的对象是流体,流体是液体和气体的总称。 流体力学任务 流体力学作为力学的一个分支,研究在各种力的作用下,流体处 于静止和宏观运动状态时的规律及流体与固体边界间发生相对运 动时的相互作用: (1)管道、明渠中的流体运动 (2)物体在流体中的运动及流体绕过物体的运动 (3)水的动力作用 (4)流体机械,第一章 绪论,1.1流体的定义、流体力学的任务
2、及其发展简史 流体力学发展简史 (1)第一阶段(16世纪以前):流体力学形成的萌芽阶段 (2)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 (3)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 (4)第四阶段(19世纪末以来)流体力学飞跃发展,第一章 绪论,1.1流体的定义、流体力学的任务及其发展简史 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 远古时代,箭弩的发明反映了原始人对箭头的流线型降低摩阻及尾翅 的稳定性问题的探索。在我国,墨家经典墨子中就有关于浮力规 律的探讨,其他如:北魏贾思勰的齐名要术、淮
3、南子、以及 后来的太平寰宇记、考工记等都有关于流体力学问题的记载 。曹冲称象、怀丙捞铁牛等都是利用流体力学知识脍炙人口的故事。,第一章 绪论,1.1流体的定义、流体力学的任务及其发展简史 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 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 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。,第一章 绪论,1.1流体的定义、流体力学的任务及其发展简史 流体力学发展简史 第二阶段(16世纪文艺
4、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,第一章 绪论,1.1流体的定义、流体力学的任务及其发展简史 流体力学发展简史 第三阶段(18世纪中叶-19世纪末)沿着两个方向发展理论、实验 工程技术快速发展,一些土木工程师,根据实际工程的需要,凭借实 地观察和室内试验,建立实用的经验公式,以解决实际工程问题。这 些成果被总结成以实际液体为对象的重实用的水
5、力学。代表人物有皮 托(H.Pitot)、谢才(A.de Chezy)、达西(H.Darcy)等。 提出很多经验公式:,第一章 绪论,1.1流体的定义、流体力学的任务及其发展简史 流体力学发展简史 第三阶段(18世纪中叶-19世纪末)沿着两个方向发展理论、实验 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),第一章 绪论,1.1流体的定义、流体力学的任务及其发展简史 流体力学发展简史 第四阶段(19世
6、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) 侧重于工程应用的流体力学称为工程流体力学 侧重于理论分析的流体力学称为理论流体力学,第一章 绪论,1.2 流体的力学模型(连续介质模型) 质点的概念 宏观看充分小,可视为空间的一个点;微观看又充分大,每个质点包 含足够多的分子并保持着宏观运动的的一切特性。 连续介质模型 将流体看作由无数没有微观运动的质点组成的没有空隙的连续体,表 征流体运动的各物理量在时间和空间上都是连续分布
7、和连续变化的。 建立连续介质模型的意义 可用连续函数描述流体的运动,用高等数学的方法和原理求解流体力 学的问题。,第一章 绪论,1.2 流体的力学模型(连续介质模型) 注意 稀薄气体动力学问题,连续介质模型不再适用(分子间距大)。,第一章 绪论,1.3 流体的主要物理性质 惯性 密度 流体密度与温度和压力密切相关。 常见的密度(在一个标准大气压下): 4时的水 20时的空气,第一章 绪论,1.3 流体的主要物理性质 流动性 静止流体在切应力作用下,发生连续变形的特性称为流动性。流动性 是流体与固体的主要区别标志,也是液体和气体被统称为流体的主要 依据。 粘性 在外力作用下,流体微元间出现相对运
8、动时,随之产生阻抗相对运动 的内摩擦力。 内摩擦力产生的微观机制:分子间吸引力、分子不规则运动的动量交 换。,第一章 绪论,1.3 流体的主要物理性质 粘性 牛顿内摩擦定律 流体的粘性可通过牛顿内摩擦定律予以定义,表达式为 : 式中, 为作用于外法线为y方向的平面上,沿x方向的切应力; 为速度梯度,也称为角变形率; 为动力粘度,Pas。,第一章 绪论,1.3 流体的主要物理性质 粘性 牛顿内摩擦定律 速度梯度 的物理意义:,udt,(u+du)dt,dudt,dy,d,角变形速度(剪切变形速度),流体与固体在摩擦规律上完全不同,正比于du/dy,正比于正压力,与速度无关,第一章 绪论,1.3
9、流体的主要物理性质 粘性 粘度 动力粘度(系数):与流体性质有关Pas 运动粘度(系数):m/s 微观机制 液体吸引力T 气体热运动T,第一章 绪论,1.3 流体的主要物理性质 粘性 粘度 动力粘度(系数):与流体性质有关PaS 运动粘度(系数):m/s 微观机制 液体吸引力T 气体热运动T,第一章 绪论,1.3 流体的主要物理性质 压缩(膨胀)性 体积压缩率(压缩系数) 流体受到压力后体积或密度发生变化的特性称为压缩性,通常用体积 压缩率KT表示,单位为m2/N。 将倒数定义为流体的体积模量,单位为Pa。,a.体积压缩率(压缩系数),第一章 绪论,1.3 流体的主要物理性质 压缩(膨胀)性
10、膨胀系数( ) 在一定压强下,体积的变化率与温度的变化成正比, 解决实际问题时,是否要考虑流体的压缩或膨胀性,要根据具体情况 进行分析论证。,第一章 绪论,1.4 流体的分类 牛顿流体与非牛顿流体 根据流体是否满足牛顿内摩擦定律将流体分为牛顿流体和非牛顿流体 。 牛顿流体:水、空气、水 银等; 非牛顿流体:胶体、润滑 剂、聚合溶液、泥浆、血 液、夹沙水流等。,第一章 绪论,1.4 流体的分类 牛顿流体与非牛顿流体 根据流体组成是否均匀,将流体分为均质流体和非均质流体。 均质流体:单一的水流或气流等; 非均质流体:水和气的混合流体、夹沙水流等。 可压缩流体与不可顿流体 根据流体的压缩性,将流体分
11、为可压缩流体和不可压缩流体。 一般情况下,气体多属于可压缩流体,而液体属于不可压缩流体。,第一章 绪论,1.4 流体的分类 粘性流体与无粘性流体 根据是否考虑流体的粘性,可将流体分为粘性流体与无粘性流体。 粘性流体即实际流体; 无粘性流体即理想流体。,第一章 绪论,1.5 作用在流体上的力 质量力 质量力是作用于流体的每一个质点上且与质量成正比的力。 质量力包括重力和惯性力、离心力等。 对于均质流体,质量力与体积成正比,又称体积力。 单位质量所受到的质量力称为单位质量力,用f表示。 对于均质流体,f=F/m。,第一章 绪论,1.5 作用在流体上的力 表面力 表面力外界对所研究流体表面的作用力,
12、与表面积大小成正比。,应力:单位表面力,切线方向: 切向应力剪切力,内法线方向: 法向应力压强,流体相对运动时因粘性而产生的内摩擦力,F,Fn,F,第一章 绪论,例题 例1-1 质量力汽缸内壁的直径D=12cm,活塞的直径d=11.96cm,活塞长度 L=14cm,活塞往复运动的速度为1m/s,润滑油的 =0.1Pas。求作用 在活塞上的粘性力。,d,L,第一章 绪论,例题 例1-1 解:,d,L,注意:面积、速度梯度的取法,第一章 绪论,例题 例1-2 旋转圆筒粘度计,外筒固定,内筒转速n=10r/min。内外筒间充入实验 液体。内筒r1=1.93cm,外筒 r2=2cm,内筒高h=7cm,转轴上扭距 M=0.0045Nm。求该实验液体的粘度。,L,h,n,r1,r2,第一章 绪论,例题 例1-2 解:,d,L,注意:面积、
温馨提示
- 1. 本站所有资源如无特殊说明,都需要本地电脑安装OFFICE2007和PDF阅读器。图纸软件为CAD,CAXA,PROE,UG,SolidWorks等.压缩文件请下载最新的WinRAR软件解压。
- 2. 本站的文档不包含任何第三方提供的附件图纸等,如果需要附件,请联系上传者。文件的所有权益归上传用户所有。
- 3. 本站RAR压缩包中若带图纸,网页内容里面会有图纸预览,若没有图纸预览就没有图纸。
- 4. 未经权益所有人同意不得将文件中的内容挪作商业或盈利用途。
- 5. 人人文库网仅提供信息存储空间,仅对用户上传内容的表现方式做保护处理,对用户上传分享的文档内容本身不做任何修改或编辑,并不能对任何下载内容负责。
- 6. 下载文件中如有侵权或不适当内容,请与我们联系,我们立即纠正。
- 7. 本站不保证下载资源的准确性、安全性和完整性, 同时也不承担用户因使用这些下载资源对自己和他人造成任何形式的伤害或损失。
最新文档
- 2024年度年福建省高校教师资格证之高等教育心理学题库检测试卷A卷附答案
- 2024年度山西省高校教师资格证之高等教育法规能力提升试卷A卷附答案
- 2024年度年福建省高校教师资格证之高等教育学练习题及答案
- 全国职业院校技能大赛中职组(母婴照护赛项)考试题及答案
- 四年级数学(小数加减运算)计算题专项练习与答案
- 建筑会议纪要
- 内蒙古英语高二上学期期末试卷及解答参考(2024年)
- 高温热管换热器的稳定性设计和结构参数优化
- 2024房产领域联合投资建设协议
- 吊车租赁业务协议2024详细条款
- 小学科学教育科学三年级上册天气《认识气温计》教学设计
- 液化气站气质分析报告管理制度
- 砍伐工程方案35963
- 《大医精诚》说课(新)
- 牛羊屠宰管理办法
- 《微观经济学》课程思政教学案例(一等奖)
- DBJ50T-232-2016 建设工程监理工作规程
- 国际人力资源管理课程教学大纲
- 深信服园区级双活数据中心
- T-CSCS 016-2021 钢结构制造技术标准
- 回弹强度对应表
评论
0/150
提交评论