工程流体力学最新版本ppt课件

1、。流体力学庞胜华电子邮件：pang96210，第1章引言第1节流体力学的任务、发展概况和研究方法1。任务：研究流体平衡和机械运动规律及其在工程中的应用。三层含义：研究对象流体(液体、气体)；研究内容平衡和机械运动；研究目的-应用于工程，2。研究方法理论分析方法：注重理论分析；实验方法：原型观测、模型观测和模拟试验；数值计算方法：3。基本概念1。连续体：1753年，欧拉提出将流体作为由内部没有空隙的致密粒子组成的连续体来研究。在连续介质的基础上，认为流体具有均匀各向同性。无粘性流体为了简化分析，当某些粘度不起作用或起主要作用时，或者为了研究的方便，流体的粘度被暂时忽略。3.不可压缩流体，无论其压

2、缩性和热膨胀性如何，都可以看作是一种密度恒定的流体，称为不可压缩流体。如果气体在大多数情况下可以被认为是不可压缩的流体，当它接近或超过声速时，必须使用可压缩模型。在第二节中，根据作用方式，作用在流体上的力分为质量力和表面力。作用在单位质量流体上的力称为单位质量力，单位质量力在三个坐标轴上的分力用f表示：流体力学中有两种常见的质量力：(1)重力：其单位质量力为g，其方向与重力加速度一致；重力单位质量力在三个坐标轴上的分力：(2)惯性力：其单位质量力为A，方向与加速度相反。作用于流体表面并与作用面积成正比的表面力称为表面力。表面力可以是作用在流体边界表面(液体和固体或气体之间的界面)上的压力和剪切

3、力，或者是作用在相邻流体颗粒的另一部分上的一部分流体质点的压力和剪切力。作用在单位面积上的表面力称为应力，单位为N/m2。压力：作用在单位面积上的压力称为平均压力。剪应力：作用在单位面积上的剪切力，称为平均剪应力。压力和剪应力的单位是帕斯卡，用帕表示。第三节流体的主要物理性质1。流体在静止时不能承受剪切力和抵抗剪切变形。流体的这种性质叫做流动性。同时，流体不能抵抗拉力，但耐压性很强。2.质量和密度质量是一个物体惯性的量度，用m表示。密度(非均质流体)。3。重量和体积密度。重量是质量和重力加速度的乘积，也就是体积密度和密度的关系。4时水的体积密度为9.8071000=9807牛顿/米。4。粘度粘

4、度是指由于抵抗相对运动的相对运动而在流体中的颗粒或流动层之间产生内摩擦的性质。这种内部摩擦力也称为粘滞力。粘度是流体的固有属性，也是运动流体能量损失的来源。牛顿内摩擦定律：1。它与速度梯度成正比；2.它与接触面积成正比；3.它与流体的类型有关；4.它与流体压力无关。公式是单位面积内摩擦力，即剪应力。du/dy是速度梯度，实际上是流体胶束的剪切变形速率。说明如下：取一小块流动流体中的流体胶束abcd，该块下表面的速度为U，dt后，流体变为abcd，剪切变形为d，d=tg=du dt/dy，即du/。在下面关于流体粘度的陈述中，错误的陈述是：粘度是流体的固有属性。粘度是流体抵抗运动中剪切变形率的能

5、力。流体的粘度具有传递运动和阻挡运动的两重性。理想流体有能量损失吗？为什么？流体的粘度随着温度的升高而增加。不。因为理想流体=0，所以没有剪应力。一个可移动板和另一个可移动板之间有一定的液体，两个板相互平行，它们之间的距离h=0.5毫米。如果可移动板以v=0.25m米/秒的水平速度向右移动，为了保持这个速度，每平方米面积的力需要为2N，并计算两个板之间液体的粘度。思考问题：通过了一个很窄的高度为h的缝隙，如图所示，中间有一个平板，平板向右拖动的速度为V，一种液体的动力粘度系数为1，另一种液体的动力粘度系数为2。计算平板的放置位置Y，并计算：(1)平板两侧的剪应力相同；(2)要求最小化拖动平板的

6、阻力。牛顿内摩擦定律适用条件：它只能适用于牛顿流体。可压缩性和热膨胀流体被压缩、体积减小、密度增加的特性称为流体的可压缩性。流体受热、体积膨胀、密度降低的特性称为流体热膨胀。(1)液体的压缩性和热膨胀液体的压缩性一般用压缩系数表示。或者。压缩系数的倒数称为流体的体积模量或体积弹性系数，也就是说，注：(1)E越大，压缩越困难，当E，这意味着流体绝对不可压缩。(2)流体的和E随温度和压力变化。(3)不同类型的流体具有不同的和E值。(4)在一定温度和介质压力下，水的体积弹性模量变化不大。(2)压缩性和热膨胀气体具有显著的压缩性和热膨胀性。当温度不太低、压力不太高时，气体密度、压力和温度之间的关系符合

7、理想气体状态方程。也就是说，在实施例：中，当水的体积减少0.1%和1%时，压力应该增加多少？(EV=2000MPa兆帕)，示例：当压力为1兆帕时，圆柱形容器中的可压缩流体的体积为1000立方厘米。如果压力升至2MPa，体积为995cm3，尝试寻找其压缩系数的解决方案。1。比较重力场中水和汞的单位质量力(质量力只是重力)。不一定是2。单位质量的力是多少(fx。fy。在自由落体中的液体和在X方向上运动的加速度？水=水银，自由落体：fx=fy=fz=0，加速运动：fx=-a，fy=0，FZ=-g。什么样的力作用在静态流体上？4.什么样的力作用在理想流体上？重力和压应力，不能承受剪切力。重力和压应力，

8、因为没有粘性，所以没有剪切力。流体力学的任务是研究流体的宏观力学运动，并提出流体流动性的概念，即流体在静止时不能抵抗剪切变形，在任何微小的剪切应力下都会变形或流动。同时，引入了连续介质模型的假设，将流体视为无孔隙的连续介质，因此流体中的所有物理量(如速度u和密度)都可以视为时间和空间的连续函数，而函数论可以作为分析工具。流体的可压缩性一般可用体积压缩性和体积弹性模量来描述。通常，当压力变化很小时，它们可视为不可压缩流体。粘度是流体的主要物理性质，是抵抗流动流体剪切变形的一种性质，流体的粘度由动态粘度或动态粘度v来反映，其中温度是粘度的影响因素。牛顿内摩擦定律表明，流体的剪应力与速度梯度或角变形

9、率或剪切变形率成正比，这是区分流体和固体的一个重要特征(固体的剪应力与剪切变形成正比)。5.作用在流体上的力：质量力和表面力；最常见的质量和力是重力和惯性力，表面力通常分为垂直于表面的压力和平行于表面的剪切力。第二章流体静力学本章讨论流体静力平衡的力学规律，重点研究静态流体中的压力分布规律和总作用力的计算方法静止的流体颗粒之间没有相对运动，因此不会显示流体的粘度，也没有剪切应力。静态流体中没有拉伸应力，只有压缩应力。流体颗粒之间或颗粒与边界之间的相互作用只能以压应力的形式反映出来。因为这种压应力发生在静态流体中，所以被称为流体静压，它不同于运动流体中的压应力(称为动压)。第1节流体静压特性两个

10、特性：1 .静态液体压力垂直指向活动表面。2.静态液体中任一点的静压力与作用方向无关，或者作用在所有方向上同一点的静压力相等。静水压力各向同性的理论证明：作为一个微四面体MABC，四面体的三个正交面垂直于坐标轴，每条边的长度分别为dx、dy和dz。作用在四面体上的流体静压力为px、py、pz和pn，作用在四面体上的单位质量力为x、Y和z、Y、现在分析X方向的力平衡：整理出静态流体中任一点的压力与通过该点的作用方向无关，而只是该点坐标的连续函数。也就是说。流体平衡微分方程第二节，流体平衡微分方程中的静态流体，取六面体胶束dx、dy、dz，并取坐标，如图所示。x轴表面力的合力是微六面体在表面力和质

11、量力的共同作用下处于平衡状态，因此x轴方向作用力分量之和等于零，即。同样，上述公式是流体的平衡微分方程，也称为欧拉平衡公式。它表明，对于处于平衡状态的流体，质量分力x，y，z和表面分力相应地相等。2.流体平衡微分方程综合公式。将各种欧拉方程乘以dx、dy和dz，得到DP=(XDXYDZ)。3.等压面。1.定义由流体中压力相等的点组成的表面等压表面。(等压面可以是平的或弯曲的。)等压面上有dp=0。静态流体中的等压面是水平面。旋转流体的等压面是旋转抛物面。等压面的性质。不同密度流体的界面必须是等压面。2.在静态流体中，质量力垂直于等压面。证明了在平衡液体中取任意等压面时，质点M的质量为dm，ds

12、在质量力F的作用下沿等压面移动。沿ds移动力F所做的功可以写成矢量F和ds的乘积：因为J=F*ds=0。也就是说，质量力必须垂直于等压面。注意： (1)当静态流体的质量力只是重力时，等压面必须是水平的；(2)与大气接触的静态流体的自由表面是等压表面；(3)不同流体的界面是等压面。1.相对平衡流体的等压面是水平面吗？为什么？在什么条件下等压面是水平面？2.图中哪一部分是等压面？一个C-C截面，(不一定，相对平衡的流体有惯性力，质量力只是静态流体在重力作用下的等压面是水平面)，一个B-B截面，第三节，重力作用下流体的压力分布规律，仅受重力质量力的流体通常称为静态重力流体。分析：在每个坐标轴方向上作

13、用在单位重量流体上的质量力的分量为X=0，Y=0，z=-g，因此：dp=(Xdx Ydy Zdz)=-gdz=-dz，对于不可压缩均匀流体，积分公式为：p=-z C1或z p/=C，其中C是由边界条件决定的积分常数。对于静态流体中的任意两点，上述公式可写成：或p2=p1(Z1Z2)=p1h，上述两个公式称为流体静力学基本方程。将上述公式应用于液面和液面以下的任何一点，可以得到z p/=z0 p0/=常数或p=P0(z0z)=P0h，上述公式也称为流体静力学基本方程，其中h=z0-z表示自由面以下该点的浸没深度称为浸没深度。压力调节器上的气压以上所有内容仅适用于均匀连续介质；2.只有在重力的作用

14、下，静态流体中某一点的流体静压随深度线性增加；3.任意点的压力由两部分组成，一部分是自由表面压力p0，另一部分是液体质量产生的压力 h。4.自由表面下所有深度h相同的点都有相同的压力。只有在重力作用下相同的连续连接的静态流体的等压面才是水平面；5.证明帕斯卡原理：施加在静态液体边界上的压力将等值传递给液体中的每一点；6.概括：如果你知道一点的压力和两点之间的深度差，你可以找到另一点的压力。嘿。(a)、(b)、(c)中，具有相同淹没深度的所有点具有相同的静压，该静压仅适用于仅具有重力作为其质量力的相同连续介质。对于不连续液体或穿过两种不同介质的水平面，同一水平面上各点的压力不相等。流体静力学基本

15、方程的物理意义和几何意义。几何意义：方程的所有维度都是长度，可以用几何高度来表示。在流体力学中，方程中的z称为位置压头、p/压头和z p/测压头。在静态流体中，压力计的压头等于一个常数。能量含义：z:单位重量流体的重力势能，简称势能。P/:单位重量流体的压力势能，简称压力能。如图所示，在压力p的作用下，液体上升一个高度hp=p/。因为作用在液体上压力有一个功能力，流体静力学基本方程的物理意义是，在静态流体中任何一点的单位势能和单位势能之和是常数。液体自由下落时，开口容器壁上的压力分布是多少？2.在静态流体中，每一点上的压力计头是相等的吗？DP=(fxdx fydy fzdz)=0p=c，p=0

16、 p=0在自由液面上，相等。第四节，压力的测量单位和表达方法，一个或三个测量单位：1。从压力的基本定义开始，用单位面积的力来表示。在纬度45，海平面上的压力，以大气压表示，相当于760毫米汞柱底部产生的压力，即1atm=1.013105帕.工程大气压力相当于735毫米汞柱或10米水柱底部产生的压力1at=9.8104 pa。(0.1兆帕)。3。通常用水柱高度或水银柱高度来表示，与工程大气压相对应的水银柱高度为h=h=9.8104/(133.28103)=0.735 mm2。两种表达方法：1 .绝对压力：假设没有大气的绝对真空状态以在零点测得的压力存在，称为绝对压力，始终为相对压力：从作为压力零点的局部大气压力计算出的压力值称为相对压力，以p表示。它们之间的关系：p=p- pa相对压力可以是正的