課題一流體力學

1、課題一課題一 流體力學流體力學一、流體及其物理性質(zhì)一、流體及其物理性質(zhì)二、流體靜力學二、流體靜力學三、流體動力學三、流體動力學四、流體阻力及其損失四、流體阻力及其損失 一、流體及其物理性質(zhì)：一、流體及其物理性質(zhì)：一）流體及其特性：一）流體及其特性：1、流體：、流體： 在任意微小切向力作用下都能發(fā)生連續(xù)變形的物在任意微小切向力作用下都能發(fā)生連續(xù)變形的物質(zhì)。（包括液體和氣體）質(zhì)。（包括液體和氣體）2、流體特性：、流體特性： 易流動性。易流動性。3、連續(xù)介質(zhì)：不考慮分子之間的間隙，認為流體是、連續(xù)介質(zhì)：不考慮分子之間的間隙，認為流體是由無數(shù)連續(xù)分布的流體質(zhì)點所組成。由無數(shù)連續(xù)分布的流體質(zhì)點所組成。二

2、）流體基本物理性質(zhì)：二）流體基本物理性質(zhì)：1、慣性：、慣性：密度密度:單位體積流體所具有的質(zhì)量。用單位體積流體所具有的質(zhì)量。用“”表示。表示。 =m/V 單位：單位：kg/m3流體種類不同其密度不同。流體種類不同其密度不同。一般：一般： 液體：密度為常數(shù)。液體：密度為常數(shù)。 氣體：密度不為常數(shù)。氣體：密度不為常數(shù)。2、壓縮性和膨脹性：、壓縮性和膨脹性：壓縮性：當流體溫度一定時，流體的體積隨壓力的壓縮性：當流體溫度一定時，流體的體積隨壓力的 升高而縮小的性質(zhì)。升高而縮小的性質(zhì)。膨脹性：當流體壓力一定時，流體的體積隨溫度的膨脹性：當流體壓力一定時，流體的體積隨溫度的 升高而增大的性質(zhì)。升高而增大的

3、性質(zhì)。一般：一般： 液體：不可壓縮流體。密度為常數(shù)。液體：不可壓縮流體。密度為常數(shù)。 氣體：可壓縮流體。密度不為常數(shù)。氣體：可壓縮流體。密度不為常數(shù)。3、粘性：、粘性：1）定義：流體流動時，流）定義：流體流動時，流體流層間產(chǎn)生內(nèi)摩擦力的體流層間產(chǎn)生內(nèi)摩擦力的 特性。特性。2）對流體流動的影響：起阻礙作用，是流體流動產(chǎn)對流體流動的影響：起阻礙作用，是流體流動產(chǎn)生能量損失的根本原因。生能量損失的根本原因。3)粘性力：粘性力：F=Adu/dy -動力粘滯系數(shù)；動力粘滯系數(shù)； A-接觸面積；接觸面積； du/dy-接觸面積法線方向上的速度梯度。接觸面積法線方向上的速度梯度。=/-運動動力粘滯系數(shù)；運動

4、動力粘滯系數(shù)； 溫度升高，液體溫度升高，液體降低，氣體降低，氣體升高；升高；溫度降低，液體溫度降低，液體升高，氣體升高，氣體降低。降低。4）理想流體和實際流體：）理想流體和實際流體：理想流體：不具有粘性的流體。理想流體：不具有粘性的流體。實際流體：具有粘性的流體。實際流體：具有粘性的流體。二、流體靜力學二、流體靜力學一）靜壓力及其特性：一）靜壓力及其特性：1、靜壓力：、靜壓力：1）總壓力）總壓力P：作用在液體內(nèi)某一面積上的力，單位：作用在液體內(nèi)某一面積上的力，單位“N”2）平均靜壓力）平均靜壓力p：作用在液體內(nèi)單位面積上的總壓力：作用在液體內(nèi)單位面積上的總壓力 p=P/A 單位：單位：“Pa”

5、3)靜壓力靜壓力p：作用在液體內(nèi)某一點上的作用力。：作用在液體內(nèi)某一點上的作用力。 單位：單位：“Pa” 2、靜壓力的特性：、靜壓力的特性：1)靜壓力的大靜壓力的大小在各個方向小在各個方向均等；均等；2）靜壓力的方）靜壓力的方向總是垂直指向總是垂直指向作用面。向作用面。二）靜壓力表示方法：二）靜壓力表示方法：1、絕對壓力、絕對壓力pj：以完全真空為零算起的壓力值。：以完全真空為零算起的壓力值?？倿檎？倿檎?。2、相對壓力、相對壓力px：以當?shù)卮髿鈮簽榱闼闫鸬膲毫χ?。：以當?shù)卮髿鈮簽榱闼闫鸬膲毫χ怠?P x=p j -pamb可正：正壓可正：正壓可負：負壓或稱此處可負：負壓或稱此處處于真空狀態(tài)。

6、處于真空狀態(tài)。3、真空值、真空值pv: p v=-(-p x)三）流體靜力學基本方程式：三）流體靜力學基本方程式：1、p=p0+ gh 靜止液體中任意點的壓靜止液體中任意點的壓力由液面壓力和液柱力由液面壓力和液柱 壓力組壓力組成。成。 1）包括）包括p0和和gh兩部分兩部分2） p隨隨h呈線性變化呈線性變化3）等壓面：）等壓面：由靜壓力相等的點組成的面。由靜壓力相等的點組成的面。特性：特性：等壓面與質(zhì)量力相垂直。等壓面與質(zhì)量力相垂直。等壓面不能相交。等壓面不能相交。兩種互不混合的液體分界面必為等壓面。兩種互不混合的液體分界面必為等壓面。2、Z+p/g=C 在重力作在重力作用下的靜止液用下的靜止

7、液體中各點相對體中各點相對于同一基準面于同一基準面比勢能恒等。比勢能恒等。水頭：將單位水頭：將單位重量流體所具重量流體所具有的能量，用有的能量，用液柱高度表示液柱高度表示時，稱為能頭時，稱為能頭或水頭?；蛩^。Z-比位能比位能(位置水頭位置水頭)； p/g-比壓能（壓力水頭）比壓能（壓力水頭）.四）流體靜力學基本方程式應(yīng)用：四）流體靜力學基本方程式應(yīng)用：1、測壓管：、測壓管：1）pAj=pamb+ghp pAx=0+ghp = gh p2) pAj=pamb-ghv pAx=0-ghv = -ghv 2、U形水銀測壓計：形水銀測壓計：3、差壓計：、差壓計：p1+gh1=p2+gh2+mgh3P

8、1-p2=gh2-gh1+mgh3三、流體動力學：三、流體動力學：一）基本概念：一）基本概念：1、運動要素：流速、運動要素：流速u和壓力和壓力p.2、流線：某一瞬間無數(shù)連續(xù)流體質(zhì)點組成的流動方、流線：某一瞬間無數(shù)連續(xù)流體質(zhì)點組成的流動方 向線。向線。3、幾個物理量：、幾個物理量：1）過流斷面：與所有流線都垂直的橫斷面。）過流斷面：與所有流線都垂直的橫斷面。2）流量：體積流量）流量：體積流量qV, 質(zhì)量流量質(zhì)量流量qm qm = qV3）斷面平均流速：假想流速）斷面平均流速：假想流速c c=qv/A qv=cA4、流體流動的分類：、流體流動的分類：1）穩(wěn)定流和非穩(wěn)定流）穩(wěn)定流和非穩(wěn)定流2） 均勻

9、流和非均勻流均勻流和非均勻流3） 急變流和緩變流急變流和緩變流4） 壓力流和非壓力流壓力流和非壓力流二）穩(wěn)定流連續(xù)性方程：二）穩(wěn)定流連續(xù)性方程： 氣體：氣體：1c1A1=2c2A2 液體：液體：c1A1=c2A2=qV 說明：說明：流過各個過流過各個過流斷面的體積流量流斷面的體積流量相等相等或：或：c1/A2=c2/A1 說明：說明：流速和過流流速和過流斷面的面積成反比斷面的面積成反比三）穩(wěn)定流能量方程：三）穩(wěn)定流能量方程： 1、流體流動時的機械能及其轉(zhuǎn)換：、流體流動時的機械能及其轉(zhuǎn)換： 2、穩(wěn)定流能量方程：、穩(wěn)定流能量方程： e1=e2+hw1-2Z1+p1/g+c12/2g=Z2+p2/g

10、+c22/2g+hw1-2流體總是從能頭高處向能頭低處流動，二者能頭之差流體總是從能頭高處向能頭低處流動，二者能頭之差為流動阻力損失，（流動時的位能頭、壓能頭、速度為流動阻力損失，（流動時的位能頭、壓能頭、速度能頭可相互轉(zhuǎn)換）機械能守恒。能頭可相互轉(zhuǎn)換）機械能守恒。四、流動阻力及其損失：四、流動阻力及其損失：一）基本概念：一）基本概念：1、流動阻力及其損失、流動阻力及其損失1）液體：水頭損失）液體：水頭損失hw 2）氣體：壓力損失）氣體：壓力損失pw 2、流動阻力及其損失的分類：、流動阻力及其損失的分類：沿程阻力及沿程阻力損失沿程阻力及沿程阻力損失hy (py)：局部阻力及局部阻力損失局部阻力

11、及局部阻力損失hj (pj)：2) 總阻力損失：總阻力損失： 液體：液體： hw=hy +hj 氣體：氣體： Pw=py +pj二二 ）流態(tài)：）流態(tài)：1、流態(tài)：、流態(tài)：層流：流體質(zhì)點互不摻混的定向分層流動。層流：流體質(zhì)點互不摻混的定向分層流動。紊流：流體質(zhì)點相互摻混的不定向紊亂流動。紊流：流體質(zhì)點相互摻混的不定向紊亂流動。2、判別流態(tài)的方法、判別流態(tài)的方法:臨界雷諾數(shù)：臨界雷諾數(shù)： Re=clj d/=2320雷諾數(shù)：雷諾數(shù)： Re=cd/當當Re2320時，層流。時，層流。當當Re2320時，紊流。時，紊流。3、層流、紊流特性：、層流、紊流特性：三）沿程阻力損失三）沿程阻力損失hy (py)： hy=(L/d)(c2/2g) 減少沿程阻力損失的措施：減少沿程阻力損失的措施：減小管道長度；增加管道直徑；減小流體粘性；合理減小管道長度；增加管道直徑；減小