流体力学与传热学教案设计

1、流体力学与传热学教案设计流体力学与传热学流体静力学：研究静止流体中压强分布规律及对固体接触面的作用问题流体动力学：研究运动流体中各运动参数变化规律，流体与固体作用面的相互作用力的问题传热学研究内容：研究热传导和热平衡规律的科学上篇：流体力学基础第一章 流体及其主要力学性质第一节 流体的概念一 流体的概述 流体的概念:流体是液体和气体的统称 流体的特点:易流动性在微小剪切力的作用下,都将连续不断的产生变形(区别于固体的特点) 液体:具有固定的体积;在容器中能够形成一定的自由表面;不可压缩性 气体;没有固定容积;总是充满所占容器的空间;可压缩性二 连续介质的模型 连续介质的概念 所谓连续介质即是将

2、实际流体看成是一种假想的,由无限多流体质点所组成的稠密而无间隙的连续介质.而且这种连续介质仍然具有流体的一切基本力学性质. 连续介质模型意义 所谓流体介质的连续性,不仅是指物质的连续不间断,也指一些物理性质的连续不间断性.即反映宏观流体的密度,流速,压力等物理量也必定是空间坐标的连续函数(可用连续函数解决流体力学问题)第二节 流体的性质一 密度-表征流体质量性质 密度定义:单位体积内所具有的流体质量 对于均质流体：= m / v 式中 流体的密度（/m3） m流体的质量（） v流体的体积（m3） 对于非均质流体：=比体积（比容）：单位质量流体所具有的体积（热力学和气体动力学概念 ） 对于均质流

3、体：v = v / m = 1/（m3/）3液体的密度在一般情况下，可视为不随温度或压强而变化；但气体的密度则随温度和压强可发生很大的变化.二 流体的压缩性和膨胀性 压缩性 定义:当温度不变时,随作用在流体上的压力增大被所产生的流体体积减小,称为流体的压缩性. 压缩性的大小表示 流体压缩系数 t 等温压缩率 当温度不变时,由压强变化所引起的流体体积的相对变化量。即 式中 kt 体积压缩系数(pa-1) v压缩前后流体体积改变量(m3) v流体原有体积(m3) p压强的变化量(pa) 体积弹性系数(弹性模量) e -单位形变所需压力 （pa）一般情况下,液体可看作不可压缩流体.只有当水击现象发生

4、时需考虑液体的可压缩性.一般情况下,气体是可压缩流体,但当气体温度、压力不大,流速不高时,同样可看作不可压缩流体. 膨胀性 定义:当压力不变时,流体因温度升高而产生的体积增大,被成为流体的膨胀性 膨胀性大小表示体膨胀系数 含义:表示压强不变时,流体温度每变化1引起的体积变化量.即 (1/)正常情况下,不考虑液体的膨胀性,考虑气体的膨胀性. 总之,液体在一般情况下的压缩性、膨胀性很小可略去不记,其密度可看作是常数不可压缩流体反之,若流体的压缩性、膨胀性很大,其密度不为常数可压缩流体三 粘性 粘性的概念:运动着的流体如果各流体层的速度不同,在相邻的两个流层之间的接触面上将形成一对阻碍两流层相对运动

5、的等值而反向的摩擦力内摩擦力.流体的这一性质称为粘性,或粘滞性. 粘性的大小表示动力粘度和运动粘度 动力粘度 牛顿内摩擦定律:流体运动所产生的内摩擦力与流层接触面积以及沿接触面法线方向的速度梯度成正比.与流体的物理性质有关,而与接触面上的压力无关.即 f = s dv/dy式中 f流层之间的内摩擦力(n) dv/dy-流体沿法线方向的速度梯度(s-) s流层之间的接触面积() 动力粘度(pas)单位面积上的内摩擦力(切应力)为 = f/s=dv/dy 运动粘度 通常用动力粘度与密度的比值来表示粘性-运动粘度 =/ (/s) 流体粘度的数值与温度和压力有关,但普遍压力对粘度影响极微,可认为流体粘度只随温度变化.理想流体 牛顿流体:遵循牛顿内摩擦定律 非牛顿流体:不遵循牛顿内摩擦定律理想流体:不考虑粘性四 表面张力 表面张力现象 概念:液体自由表面有明显的欲成球形的收缩趋势,引起这种收缩趋势的力称为表面张力 来源:表面张力是由分子内聚力引起的,使液体表面看起来象是一张均匀受力的弹性膜 表面张力大小的描述 (表面张力系数) -单位长度上所受的表面力(n/m) 几种常见液体的(20 与空气接触)液体名称酒精苯煤油润滑油原油水水银（10-3n/m）22.328.927363072.8465润湿现象 流体和固体相接触时,有些液体能润湿固体,有些液体不能润湿固体 90opa； c. p0re上