压强与流体力学

压强与流体力学汇报人：XX2024-01-24目录contents压强基本概念与性质流体静力学原理及应用流体动力学基础知识管道中流体流动特性及影响因素边界层理论与阻力减小措施压强与流体力学在生活和工程应用01压强基本概念与性质010203压强是表示压力作用效果的物理量，指单位面积上所受压力的大小。压强的国际单位是帕斯卡（Pa），1Pa=1N/m²。常用的压强单位还有千帕（kPa）、兆帕（MPa）、巴（bar）等。压强定义及单位绝对压强相对压强真空度绝对压强、相对压强与真空度以完全真空为零点计算的压强称为绝对压强。以当地大气压强为零点计算的压强称为相对压强。当被测流体的绝对压强低于当地大气压强时，可以用真空度来表示其压强的大小，即真空度=当地大气压-绝对压强。液体内部向各个方向都有压强，且在同一深度向各个方向的压强相等。液体内部的压强随深度的增加而增大。不同液体的压强与密度和深度有关，密度越大，深度越深，压强越大。液体内部压强分布规律气体压强与体积的关系在等温条件下，气体压强与体积成反比；在绝热条件下，气体压强与体积的乘积为常数。气体压强与分子数密度的关系气体压强与分子数密度和分子平均平动动能有关，分子数密度越大，分子平均平动动能越大，气体压强越大。气体压强与温度的关系在体积不变的情况下，气体压强与热力学温度成正比。气体压强与温度、体积关系02流体静力学原理及应用03压强传递的实例例如液压千斤顶、液压传动等。01静止流体中压强的概念静止流体中任意一点上受到的各个方向的压强相等，且垂直于作用面。02帕斯卡原理静止流体中，压强能够大小不变地向各个方向传递。静止流体中压强传递原理上端开口、下端连通的容器。连通器的定义连通器原理应用实例连通器里的同一种液体不流动时，各容器中直接与大气接触的液面总保持在同一水平面上。船闸、茶壶、锅炉水位计等。030201连通器原理及其应用123F=pS，其中p为液柱的压强，S为容器底部的面积。液体对容器底部的压力取决于液体的压强和侧壁的形状及面积。液体对容器侧壁的压力例如计算水坝、水塔等建筑物所受液体的压力。计算实例液体对容器底部和侧壁作用力计算大气压强的概念大气对浸在它里面的物体的压强叫做大气压强，简称大气压或气压。大气压强的测量方法常用的有水银气压计和无液气压计（金属盒气压计）。大气压强的应用例如抽水机、人的吸气等。大气压强及其测量方法03流体动力学基础知识关注流场中某一固定点的物理量随时间的变化，即研究物理量在空间的分布和随时间的变化。跟踪流体质点在运动过程中的物理量变化，以流体质点为研究对象。流体运动描述方法拉格朗日法欧拉法连续性方程单位时间内流入、流出控制体的质量流量之差，等于控制体内质量的变化率。反映了流体运动中质量守恒的定律。伯努利方程在重力场中的不可压缩流体，沿流线积分得到的压力、速度和高度之间的关系式。揭示了流体在重力场中运动时，压力、速度和高度之间的转换关系。连续性方程和伯努利方程流体在流动过程中，质点沿着规则的流线运动，各层之间互不干扰，呈现出平滑的流动状态。层流现象在低速、低粘度流体中较为常见。层流当流速增大到一定程度时，流体流动变得不规则，流线紊乱，质点之间相互干扰，形成涡旋和湍动。湍流现象在高速、高粘度流体中较为常见，具有高度的复杂性和随机性。湍流层流与湍流现象分析粘性01流体内部质点间或流体与固体壁面间因相对运动而产生的内摩擦力。粘性是流体的一种固有属性，与流体的种类和温度有关。牛顿内摩擦定律02揭示了流体内部剪切应力与剪切变形速率之间的关系。对于牛顿流体，剪切应力与剪切变形速率成正比；对于非牛顿流体，剪切应力与剪切变形速率之间的关系更为复杂。边界层03在粘性流体绕固体壁面流动时，由于粘性的作用，在壁面附近形成一个流速梯度很大的薄层。边界层的存在对流体流动和传热传质过程具有重要影响。粘性流体运动特性04管道中流体流动特性及影响因素管道中水流运动状态判断层流和湍流的判断根据雷诺数的大小来判断水流是层流还是湍流，雷诺数小于临界雷诺数为层流，大于临界雷诺数为湍流。流动状态的观测通过观测管道中水流的流线、流速分布等来判断水流的运动状态。沿程损失计算沿程损失是由于流体在管道内流动时，流体与管道壁面之间的摩擦和流体内部的摩擦所引起的能量损失。可采用达西公式进行计算。局部损失计算局部损失是由于管道中流体流经突然扩大、突然缩小、弯头、阀门等局部障碍时，产生旋涡和流速重新分布所引起的能量损失。可采用经验公式或实验数据进行计算。沿程损失和局部损失计算方法以某一具体管道为例，给出管道的几何参数、流体参数和边界条件等。实例描述根据给定的条件，进行管道水力计算，包括沿程损失、局部损失的计算，以及管道中流体的压力、流速等参数的求解。水力计算过程对计算结果进行分析，评估管道的输送能力、流体的流动状态等。计算结果分析管道水力计算实例分析非牛顿型流体可分为塑性流体、假塑性流体、膨胀性流体等。非牛顿型流体的分类不同类型的非牛顿型流体在管道中流动时，表现出不同的流动特性，如剪切应力与剪切速率之间的关系、流动过程中的触变性和震凝性等。流动特性分析非牛顿型流体的流动特性受多种因素影响，如流体的组成、温度、压力等。影响因素探讨非牛顿型流体在管道中流动特性05边界层理论与阻力减小措施边界层定义在流体流过固体表面时，由于黏性作用，在固体表面附近形成的流速梯度较大的薄层。形成过程当流体流过固体表面时，由于黏性作用，流体质点受到固体表面的阻滞作用，流速逐渐减小，形成流速梯度。随着流体继续流动，流速梯度逐渐增大，形成一层很薄的流速变化区域，即边界层。边界层概念及形成过程流速分布连续且平滑；质点流动稳定，无横向混合；阻力较小。层流边界层特点流速分布不连续，存在涡旋和脉动；质点流动不稳定，有横向混合；阻力较大。湍流边界层特点层流边界层和湍流边界层特点比较通过改变物体形状来减小阻力，如流线型设计。改变物体形状对物体表面进行处理以减小摩擦阻力，如涂层、抛光等。表面处理通过控制边界层的形态来减小阻力，如采用层流控制技术等。控制边界层减小阻力措施和方法探讨表面处理对机翼表面进行涂层处理，减小表面粗糙度，降低摩擦阻力。机翼形状优化采用流线型机翼设计，减小机翼表面的摩擦阻力和压差阻力。控制边界层采用层流控制技术等手段，控制机翼表面边界层的形态，减小阻力。实例分析：优化飞机机翼设计减小阻力06压强与流体力学在生活和工程应用当我们用吸管喝饮料时，吸管内的空气被吸走，导致吸管内的压强减小，外部大气压将饮料压入吸管中。吸管原理高压锅通过增加锅内压强，提高水的沸点，从而加快食物的烹饪速度。高压锅原理飞机机翼形状使得机翼上方的空气流速快，压强小，而机翼下方的空气流速慢，压强大，从而产生向上的升力。飞机升力生活中压强现象解释根据流体的密度、粘度、压缩性等性质，选择合适的输送设备和管道材料。管道流体的性质根据工程需求确定所需的输送流量和扬程，进而选择合适的泵或风机等流体输送设备。输送流量和扬程在满足工程需求的前提下，尽量选择效率高、能耗低的流体输送设备。设备效率和能耗工程中流体输送设备选型依据大气湍流扩散研究大气湍流对污染物扩散的作用机制，以及湍流强度、尺度等参数对扩散的影响。污染物排放源强分析不同排放源（如工业排放、交通排放等）的排放特征，以及源强对污染扩散的贡献。大气边界层结构研究大气边界层的温度、湿度、风速等气象要素对大气污染扩散的影响。环境工程中大气污染扩散规律研究血流动力学参数