流体力学多媒体课件.ppt

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 f a fn f 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 z v v dv v x z dz y a 速度梯度的物理意义 角变形速度 剪切变形速度 vdt v dv dt dvdt dz d 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 与流体性质有关pa s 运动粘度 系数 m s 微观机制 液体吸引力t 气体热运动t dv 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 0 dv dz o 塑性流体 非牛顿流体 塑性流体 克服初始应力 0后 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 例 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 1pa s 求作用在活塞上的粘性力 解 注意 面积 速度梯度的取法 d d l 3 压缩 膨胀 性 a 压缩系数 在一定温度下 密度的变化率与压强的变化成正比 体积模量 弹性模量 b 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 c 气体 理想气体状态方程 r 气体常数空气r 8 31 0 029 287j kg k 等温过程 压缩系数 等压过程 膨胀