第六章流体力学10.8.doc

第六章 流体力学基础基本概念一、流体的粘滞性流体流动时，由于流体与固体壁面的附着力及流体本身的分子运动和内聚力，使各流体层的速度不相等。在两个相邻流体层之间的接触面上，将产生一对阻碍两层流体相对运动的等值反向的摩擦力，叫做内摩擦力。流体的粘滞性：流体流动时产生内摩擦力的性质。二、理想流体与实际流体粘性流体：具有粘性的流体（实际流体）。理想流体：忽略了粘滞性的流体。三、流体流动的基本概念 1稳定流动与非稳定流动 (1) 稳定流动 运动流体内任意点的速度和压力仅仅是空间坐标的函数，而不随时间变化而变化。 (2)非稳定流动 运动流体内任意点的速度和压力不仅是空间坐标的函数，也随时间而不同。 2迹线与流线 (1)迹线 流体质点的运动轨迹。 (2)流线流场：流体流动的空间。流线：是流场中某一瞬间绘出的一条曲线，在这条曲线上所有各流体质点的流速矢量与该曲线相切。流线的性质： 稳定流动时，流线形状不随时间而变化； 稳定流动时，同一点的流线始终保持不变，且流线上质点的迹线与流线重合，即流线上的质点沿流线运动； 流线既不会相交，又不能转折，只能是光滑的曲线。 假定某一瞬间有两条流线相交于M点或转折。M处就该有两个速度矢量，这是不符合流线的定义。 3流管、微小流速及总流 (1)流管 在流场中取出一段微小的封闭曲线，过这条曲线上各点引出流线，这些流线族所围成的封闭管状曲面。 (2)微小流束及总流流束：在流管中运动的流体。微小流束：断面无穷小的流束称为微小流束。微小流束断面上各点的运动要素相等。流管内的流体只能在流管内流动，流管外的流体也只能在流管外流动。 伯努利方程一、理想流体的伯努利方程仅在重力作用下作稳定流动的理想流体=常数和：过流断面1-1和2-2距基准面0-0的高度，和：断面1-1和2-2的流速，和：断面1-1和2-2的压力，：为流体密度。二、理想流体伯努利方程的意义(1)物理意义 设有以质量为的流体质点沿流束1-2流动，这质点在1处所具有的能量： 位能； 压能； 动能。 所以，该点的总机械能为 将上式除以可得单位重量流体的总机械能,称为总比能，即由伯努利方程可知，在1处和2处的总比能相等，所以，对微小流束上任何过流断面来说 常数为比位能，为比压能，为比动能。伯努利方程表明：在重力作用下不可压缩理想流体稳定流动时，沿同一微小流束上所有各点的比位能、比压能和比动能三者之和是相等的。所以，该方程是机械能守恒原理在流体力学中的表达式。 (2)几何意义：位置水头，：压力水头， ：测压管水头，：速度水头。理想流体伯努利方程的几何意义速度水头，表示所研究的流体质点在位置时，以速度沿垂直方向向上喷射(不计空气阻力)时所能达到的高度。 = (初速度+末速度)2时间又因末速度=初速度，即0=，则所以速度水头总水头：位置水头、压力水头及速度水头三者之和。根据伯努利方程，理想流体的总水头线是和水平基准面平行的水平直线。这也说明理想流体各过流断面上的总水头永远是相等的。如把表示微小流束上各点测压管水头线的垂直线上端连成一线，则得测压管水头线。此线不一定是水平的，其形状随速度水头和压力水头而变化。三、实际流体的伯努利方程 1实际流体微小流束伯努利方程因为实际流体有粘性，流体为了克服这些阻力，就会有部分机械能耗损。因此，实际流体的伯努利方程为： ：单位重量流体从断面1流至断面2所消耗的能量实际流体伯努利方程的几何意义 由于沿着流动方向有机械能的损失，所以总水头线是沿着流动方向逐渐下降的。思考与练习一、简答题1. 流体的密度、质量体积和重度之间是怎样的关系？2. 什么是帕斯卡定律？试举例说明帕斯卡定律在实际生活中的应用。3. 什么是迹线？什么是流线？在同一流场中，同一时刻不同流体质点组成的曲线是否都是流线？4. 流体流动的形态有哪几种?如何判别液流处于哪种流态？5. 请简述理想流体伯努利方程的物理意义和几何意义。二、计算题1.某燃料油体积为492，其质量为0.446，试求以国际单位表示的密度和重度w各为多少？2已知水柜水面上大气压，试求水柜深度为5m和10m处的静水压力各为多少？3如何所示的差动式比压计中的水银柱高h0.03m，其余液体为水，容器A,B的中心位置高差H1m，求A,B容器中心处的压力差。习题6-3图4某船上一淡水管路，直径，水的流速，水温=20，判别圆管中的流