第二节-流体力学-课件

特征：具有流动性。即

就是能够流动的连续介质，是气体和液体的总称。就是研究流体流动的规律以及它们与固体的相互作用的学科。

在外力作用下其内部发生相对运动。只能承受压缩力作用，不能承受拉伸力和剪切力作用；无固定形状，随容器的形状而变化；流体:流体力学：第三节流体力学基础1§1.3.1理想流体的定常流动一、理想流体无粘滞性不可压缩性实际流体稳定流动:不定常流动：二、定常流动、流线和流管2二、定常流动、流线和流管定常流动流体在空间各点的速度不随时间变化流线流管A2u2u1A1uA33A4u4特点特点3三、流体的连续性原理定常流动一段流管质量密度面积速度在t

时间内流过两个截面的流体质量相等连续性原理ρ1

v1S1

ρ2

v2S24定义体积流量QV由于两截面是任意取的，QV=vS单位时间内通过某截面的流体的体积单位：m3/s5推广有分支管道时6四、伯努利方程理想流体定常流动的动力学方程推导思路图示各量意义外力作的总功机械能的变化功能定理7a1a2v2,S2,ρv1,S1,ρP1S1P2S1b1b2h1h2在定常流动理想流体中取一段流管a1a2，隔离这段流管，分析其受力情况：在Δt时间内这段流管移动到b1b2，外力做功：只考虑a1b1和a2b2两段流体的机械能变化机械能增量8根据功能原理即

——伯努利方程或实质：能量守恒在理想流体定常流动中的体现，是流体动力学的基本方程9推导思路图示各量意义外力作的总功机械能的变化功能定理适用条件定常流动的理想流体同一流管中的各点表述：理想流体作定常流动时，沿同一流线的每单位体积的动能、势能及该点的压强之总和等于一个常量。10连续流体；两截面均应与流动方向相垂直。用伯努利方程式解题时的注意事项：基准面是用以衡量势能大小的基准。伯努利方程式中的压强P1与P2只能同时使用计示压强或绝对压强，不能混合使用。(1)选取截面(2)确定基准面(3)压力

计示压强＝绝对压强-大气压强11绝对压强计示压强表压大气压当地大气压（表压为零）绝对压强为零7计示压强与绝对压强

绝对压强：以完全真空为基准计量的压强。计示压强：以当地大气压强为基准计量的压强。计示压强＝绝对压强-大气压强伯努利方程中，两种压强都可以使用，但两边要一至。12伯努利方程的应用

例：小孔流速的计算图小孔流速如图所示，大桶侧壁有一小孔，桶内盛满了水，求水从小孔流出的速度。 hAP0

BAB两点之间为一条流线13应用举例1喷雾器空吸作用很小12大气压14空吸作用液体在如图水平管中流动，求液体恰能被吸上水平管时上升的高度。其中SA、SB分别为管道A、B

处横截面积，Q为流量。解：如图

在水平管中由伯努利方程有

盆中液体在压强差作用下向上流入水平管。15三式联立得

设恰能上升的高度为h，则16应用举例2汾丘里管测量流体通过管中的流量体积流量质量流量1·2·17应用举例3比多管测量流速的仪器密度为的液体在管中流动A：B：ABh18应用举例4虹吸PQVv1v2P1P219§1.2黏性流体的流动一、流体的黏滞性实际流体存在内摩擦力能量损耗流体的黏滞性任意截面上各点的速度不同20黏滞性的机理黏性定律f为层与层之间内摩擦力S为层与层之间接触面积为比例常数，黏滞系数速度梯度单位为Pa·s或N·s/m2或泊（poise）。21液体温度°C10-3Pa·S气体温度°C10-5Pa·S水020501001.791.010.550.28空气206711.824.2水蒸气01000.91.27水银0201.691.55CO2203021.474.7酒精0201.841.20氢202510.891.3轻机油1511.3氦201.96重机油1566CH4201.10各种物质的黏滞系数22液体分子力气体动量迁移温度:液体—温度，粘度下降；气体—温度，粘度。影响粘度的因素:产生摩擦现象的原因：粘性流体的伯努利方程

23实例：红细胞轴向迁移现象

观察和实验发现，红细胞沿血管截面分布是不均匀的。血管壁附近主要是粘滞性很小的血浆边缘层，越靠近血管轴线红细胞越密集。这种现象称为红细胞轴向集中效应。如下图所示：24分析：红细胞呈卵圆形，起初它在血管中的方位是随机的。血液在生理条件下可看作不可压缩的粘滞流体，血液速度服从泊肃叶定律分布。管轴处血流速度最快，越靠近管壁血流速度越慢。速度梯度使前进中的红细胞旋转，直至与管轴平行为止。根据伯努利方程，流速快的轴线处压强低，流速慢的管壁处压强高，血流中存在由管壁指向管轴的压强差，迫使红细胞向管轴集中，出现红细胞轴向迁移现象。(b)红细胞轴向迁移25二、泊肃叶定律

前提：

粘性流体在等截面的水平细管中作稳定流动，且是层流状态。rr26边界条件r

=R时，v=0在管心r=0处，有在管壁r=R处，有速度分布曲线流速随圆管半径的变化规律27在管中取一半径为r、厚度为dr的圆管状流体元，该流体元的截面积为：流体通过该流体元截面的流量为：通过整个管截面的流体流量为：drrdr在圆管中取半径从r~r+dr的圆环，因dr很小，可认为圆环各处流速相等，28测量黏滞系数的实验方法lh29实例理想模型植物叶片上气孔的蒸腾作用流体动力学研究伯努利方程泊肃叶定律与实验测定符合蒸腾水汽通量30三、斯托克司定律（Stokes’slaw）

在粘性流体中运动时，物体表面附着有一层流体，因而与周围流体存在粘性力。半径为r的球体以速度v运动，且流体对于球体作层流运动，则小球所受阻力大小为：小球周围的流线分布31fF合斯托克司定律应用

半径为r的小球在黏滞流体中竖直下落，均速下降时：F合=0测量32庐山三叠泉33贵州黄果树瀑布34四川九寨沟35张家界金鞭溪36四、层流和湍流当流速缓慢时，流体流动可视为分层流动，不同流层流速不同，与固体接触的流层，流速为零。当流速增加到一定程度，层流消失，流动紊乱，出现横向速度，甚至还有逆流称为湍流37