流体力学学习总结PPT课件

流体是液体、气体和等离子体的总称。航空航天：空气动力学，石油和天然气开发：渗流力学，燃烧过程：化学流体力学，化学工业：多相流体力学，等离子体运动：电磁流体力学，血液流动：生物流体力学，工作中重要的均匀涂层过程，流体静力学，流体运动学，流体动力学，理想流体动力学，粘性流体动力学，可压缩/不可压缩流体动力学，非牛顿流体动力学，流体作用力的角度，不同的“机械模型”角度，.目录，第1章流体力学基础知识，第2章流体粘度，第3章流体运动，第4章流体搅拌。1.1，流体颗粒和连续介质模型，认为流体是由许多流体胶束(或流体颗粒)组成的，它们彼此紧密接触而没有间隙。这是连续体模型。流体微团聚体(或流体颗粒):宏观上小到足以被认为是没有几何尺寸的点；同时，它在微观层次上足够大，它包含许多分子，并且它的行为已经显示了大量分子的统计性质。第一章流体力学的基本知识，流体的流动是由充满整个流动空间的无数流体粒子的运动组成的。我们称充满流动流体的空间为流场。场论是流体力学的数学基础。1.2.1标量、矢量、张量和场的概念，标量场：物理量是标量，一个元素代表，如温度场；(2)矢量场：物理量是矢量，即大小和方向都由三个元素表示的量，如速度场和加速度场；张量场：物理量为张量，N阶张量场用3n个元素表示，如应力场和应变场。场的概念：在空间的某个区域或所有区域中设定定义某个函数(把物理量看作空间点位置和时间t的函数：)，那么在这个空间区域中定义的函数就叫做场。场是有物理量的空间。1.2学习流体力学知识储备，1.2.2场论的几个概念，梯度：描述场物理参数的变化率；描述场中的空间不均匀性，散度：描述场中单位体积的变化率，运动中的浓度称为辐合，散度称为散度(描述流场中的扩散)，旋度：描述流场中的旋转运动，1.3流体的物理特性，密度：比容：重力：比重：1。易流动性：流体在剪切应力下的连续变形(流动)。粘度(稍后单独介绍)可压缩性：流体的密度或体积随压力或温度而变化的特性。即单位质量所占据的体积，即单位体积物质的重量，即相对密度。1.4作用在流体上的质量力和表面力，1.4.1质量力(体积力):通过物质传递的力作用在流体的质心上，并与质量成比例；假设流体胶束的质量为m，它所受的质量力为：1.4.2表面力：流体表面上的外力与表面积成正比。取微小的单位S，它所受的表面力：质量力的合力：表面力的合力，1.5流体压力及其表示方法，(1)压力单位：在国际单位制中，N/m2=Pa，称为帕斯卡，(2)两种表征压力大小的方法，1atm(标准大气压)=1.013105 Pa=760 MMHg=10.33 MH2o 1AT(工程大气压)=9.807104Pa=735.6mmHg=10mH2O，表压Pm=绝对压力-局部大气压Pa，真空度Pv=局部大气压-绝对压力=-表压，流体p在工程中用来指压力。绝对压力：基于绝对真空，表压：基于局部大气压力，绝对压力p=表压的大气压力，三者之间的关系，第2章流体粘度，运动粘度：测量重力作用下液体流动的内摩擦。它的值是在相同温度下液体的动态粘度与其密度的比值。在国际单位制(si)中，运动粘度的单位用平方米/秒(m2/s)表示。常用的单位是平方毫米/秒(mm2/s)。动态粘度在剪切应力下液体流动的内耗的量度。它的值是应用于流动液体的剪切应力和剪切速率之比。在国际单位制中，动态粘度的单位用帕斯卡表示。常用的单位是海洋保护区。胶液浆的粘度是通过这个粘度来测量的！2.1粘度的定义，粘度-压力关系压力其分子间距离(压缩)内聚粘度通常不考虑压力变化对粘度的影响。粘温关系温度内聚粘度(液体)温度交换容量粘度(气体)温度变化对流体粘度的影响必须注意！粘度与温度图，详细说明：这是因为气体的粘滞力主要来自相邻流动层中分子的横向动量交换：随着温度的升高，这种动量交换也增强。因此，内耗或值将增加。然而，液体是不同的。随着温度的升高，液体的值会降低。原因是液体的粘滞力主要来自相邻流动层之间分子的内聚力。随着温度的升高，液体分子的热运动加剧，液体分子间的距离变大，分子间的内聚力会减小。2.2粘度影响因素，2.3流体类型，2.3.1理想流体和粘性流体，理想流体：=0，即无粘性流体，粘性流体：0，2.3.2牛顿流体和非牛顿流体，牛顿流体：动态粘度不变的流体，非牛顿流体：可变的流体。，0，dv/dy，o，膨胀流体，牛顿流体，假塑性流体，塑性流体，膨胀流体：的增长率随着dv/dy的增加而增加假塑性流体：的增长率随着dv/dy的增加而降低(聚合物溶液，纸浆，血液等)。)在塑性流体克服初始应力0后，与速度梯度成比例(牙膏、新鲜水泥砂浆、中等浓度悬浮液等)。)，2.3.3粘性流体的分类，(a)剪切应力消除后，纯粘性流体在剪切应力期间不会恢复任何变形；当剪切应力从粘弹性流体中移除时，由剪切应力引起的变形将被完全或部分恢复。粘性流体的分类，流体的触变性：在恒定剪切速率下，粘度随时间降低，第3章流体运动，3.1描述了流体运动的两种方法，一种是拉格朗日方法(跟随体方法)，其集中于特定流体粒子在流场中的运动。即跟踪每一个流体粒子，分析其运动参数随时间的变化规律。拉格朗日变量：(a，b，c，t)-区分流体粒子的标记。2.欧拉方法(局部方法，局部方法)主要研究流体颗粒在瞬态流场中不同空间位置的运动规律。欧拉变量：(x，y，z，t)-欧拉变量x，y，z不同于l方法中的粒子位置x，y，z。空间点x，y，z是t的独立变量，即与t无关，而粒子位置x，y，z是t的函数，3.2流体运动特性，流速，体积流速，qv，=，v，t，m3/s，质量流速，kg/s，QM=qv，流速，体积流速，u，=，qv，a，质量流速，m/s，kg/(m2s)，QM=wa=UA，w=u，流线：流线是流场的矢量线，是流场中对应于某一瞬间的曲线。流体粒子在流线上的速度矢量与流线相切。流线是一个符合欧拉观点的概念。轨迹：是流体粒子运动的轨迹，是对应于拉格朗日观点的概念。流面：由流线组成的空间曲面流管：在流场中，取一条与流线不重合的封闭曲线l，与流线同时通过l上的每一点。被这些流线包围的管状曲面被称为流管流束：管中的流体被称为流束，3.3流体运动的一些基本概念，层流：流体粒子的轨迹是一条规则的光滑曲线。湍流：流体粒子不仅以规则平滑的曲线运动，而且不规则随机运动，相互碰撞和混合。稳定流动：在流体流动的过程中，物理量(流速、压力、密度等)。)与任何横截面上的流量相关，不随时间变化。不稳定流动：在流动过程中，任一截面上流体的物理量随时间而变化。流体在运动中所涉及的能量形式有(单位质量)、内能、势能、动能、静压能、热量、功、3.5流体运动中的能量守恒-伯努利方程、流体稳定流动时的能量平衡：输入能量=u1g1z1u12/2p1/1qewe，输出能量=u2g2z2u22/2p2/2。根据能量守恒定律：输入能量=输出能量，假设：u1g1z1u12/2p1/1qewe，=u2g2z2u22/2p2/2，总能量平衡公式：1。理想流体流动过程的能量平衡计算，理想流体：a .流动过程中没有摩擦和能量损失的流体b .不可压缩流体，QE=0，we=0，GZ1U12/2P1/=GZ2U22/2P2/=常数，理想流体的伯努利方程：流体的机械能，2。实际流体流动的能量平衡过程，假设：QE=0，能量损失：Wf(J/kg)，能量补充：WE (J/kg)，GZ1U12/2P1/WE=GZ2U22/2P2/WF，实际流体的伯努利方程：搅拌器类型，小直径高速搅拌器，涡轮搅拌器，螺旋桨搅拌器，大直径低速搅拌器，桨式搅拌器，锚式搅拌器，框架搅拌器，带式搅拌器，第4章流体搅拌，4.1搅拌器类型，4.2搅拌槽中的几种液体流动：轴向流动：流体轴向流入.搅拌雷诺数、叶轮直径、搅拌器速度、液体粘度、液体密度，搅拌雷诺数为4.3，re 10时，叶轮周围的液体以圆周流的形式绕叶轮旋转，远离叶轮的液体基本上是静止的，属于完全层流。10 re 30时，液体的运动到达罐壁，少量的上下循环流动沿着罐壁发生。这种现象是层流的一部分，并且仍然在层流范围内。re 103时，流体达到湍流状态。如果罐壁没有挡板，由于离心力的作用，搅拌轴附近会形成涡流。搅拌器的转速越大，涡流形成的越深。这种现象被称为“旋转”。30 re 103时，叶片附近的液体中已经