工程流體力學(xué)01

1、工程流體力學(xué)（緒論）油氣儲運教研室：邊娟2 公共郵箱： 密碼：yqcy1234。分享教學(xué)資料郵箱：。電話（6702）。聯(lián)系方式：關(guān)于本課程的幾點說明教材：工程流體力學(xué) 楊樹人等 石油工業(yè)出版社1.課時：總共1432.關(guān)于本課程的幾點說明學(xué)習(xí)基礎(chǔ)：高等數(shù)學(xué) 線性代數(shù) 理論力學(xué) 材料力學(xué) 以及部分的矢量分析1.關(guān)于本課程的幾點說明1005%020%05%0最終得分=Max（，）70%100%考核方式點名平時作業(yè)個人課堂表現(xiàn)總分期末考試第一章 緒論部分1. 認(rèn)識流體與流體力學(xué)2. 流體力學(xué)的發(fā)展歷史3. 流體力學(xué)在油氣儲運中的應(yīng)用4. 如何學(xué)好流體力學(xué)第一章 緒論部分1.

2、認(rèn)識流體與流體力學(xué)一、流體的定義、特征1、定義：能夠流動的物質(zhì)為流體，包括氣體和液體。力學(xué)定義，則在任何微小切力的作用下都能發(fā)生連續(xù)變形的物質(zhì)稱為流體。2、特征：流動性、壓縮、膨脹性、粘性分子間的作用力、分子間距離的影響下分子間的作用力、分子間距離的影響下物態(tài)物態(tài)固定固定體積體積固定固定形狀形狀自由自由液面液面明顯壓明顯壓縮縮抵抗微抵抗微小剪力小剪力抵抗力抵抗力固體固體有有有有否否否否能能拉、壓拉、壓液體液體有有無無有有否否否否壓壓氣體氣體無無無無無無是是否否壓壓第一章 緒論部分1. 認(rèn)識流體與流體力學(xué)剛體彈性體塑性體流體無任何變形變形力與作用力大小成正比作用消失后只能部分恢復(fù)形狀無論作用多少

3、力，其變形都將持續(xù)下去，直至剪切力消失剪切力剪切力第一章 緒論部分1. 認(rèn)識流體與流體力學(xué)對“海底人”怎么看？第一章 緒論部分生命存活于海洋已經(jīng)生命存活于海洋已經(jīng)4040億年了。億年了。1. 認(rèn)識流體與流體力學(xué)第一章 緒論部分人類在空氣中已經(jīng)生活了人類在空氣中已經(jīng)生活了700700萬年了。萬年了。1. 認(rèn)識流體與流體力學(xué)第一章 緒論部分雖然生活在流體環(huán)境中，人們對于一些“司空見慣”的問題未必能道出隱藏其背后的“流體力學(xué)”的深意，例如：1.高爾夫球的表面為什么是粗糙的？2. 汽車外形的演變與“流體力學(xué)”有關(guān)嗎？1. 認(rèn)識流體與流體力學(xué)第一章 緒論部分高爾夫球的外表面為什么采用粗糙的，而不是光滑的

4、？高爾夫球的外表面為什么采用粗糙的，而不是光滑的？1. 認(rèn)識流體與流體力學(xué)第一章 緒論部分高爾夫球運動起源于15世紀(jì)的蘇格蘭。1. 認(rèn)識流體與流體力學(xué)第一章 緒論部分起初，人們認(rèn)為表面光滑的球飛行阻力小，因此當(dāng)時用皮革制球。最早的高爾夫球（皮革已龜裂）后來發(fā)現(xiàn)表面有很多劃痕的舊球反而飛得更遠。1. 認(rèn)識流體與流體力學(xué)第一章 緒論部分這個謎直到20世紀(jì)建立流體力學(xué)邊界層理論后才解開。光滑的球表面有凹坑的球1. 認(rèn)識流體與流體力學(xué)第一章 緒論部分現(xiàn)在的高爾夫球表面有許多窩，在同樣大小和重量下，飛行距離為光滑球的5倍。1. 認(rèn)識流體與流體力學(xué)第一章 緒論部分馬車型馬車型箱箱 型型流線型流線型（甲殼蟲

5、型）（甲殼蟲型）船船 型型魚魚 型型楔楔 型型汽車外形的演變與汽車外形的演變與“ “流體力學(xué)流體力學(xué)” ”的發(fā)展有關(guān)嗎？的發(fā)展有關(guān)嗎？1. 認(rèn)識流體與流體力學(xué)第一章 緒論部分汽車阻力 汽車發(fā)明于19世紀(jì)末。1. 認(rèn)識流體與流體力學(xué)第一章 緒論部分當(dāng)時人們認(rèn)為汽車高速前進時的阻力主要來自車前部對空氣的撞擊。1. 認(rèn)識流體與流體力學(xué)第一章 緒論因此早期的汽車后部是陡峭的，稱為箱型車，阻力系數(shù)CD很大，約0.8。1. 認(rèn)識流體與流體力學(xué)第一章 緒論空氣阻力系數(shù)：又稱風(fēng)阻系數(shù)，是計算汽車空氣阻力的一個重要系數(shù)。它是通過風(fēng)洞實驗和下滑實驗所確定的一個數(shù)學(xué)參數(shù)，用它可以計算出汽車在行駛時的空氣阻力?？諝庾?/p>

6、力是汽車行駛時所遇到最大的也是最重要的外力。風(fēng)洞就是用來產(chǎn)生人造氣流(人造風(fēng))的管道。1. 認(rèn)識流體與流體力學(xué)風(fēng)阻系數(shù)正面風(fēng)阻力2(空氣密度迎風(fēng)面積車速平方)第一章 緒論部分實際上，汽車阻力主要取決于后部形成的尾流。1. 認(rèn)識流體與流體力學(xué)第一章 緒論部分20世紀(jì)30年代起，人們開始運用流體力學(xué)原理，改進了汽車的尾部形狀，出現(xiàn)了甲殼蟲型，阻力系數(shù)下降至0.6。1. 認(rèn)識流體與流體力學(xué)第一章 緒論部分5060年代又改進為船型，阻力系數(shù)為0.45。1. 認(rèn)識流體與流體力學(xué)第一章 緒論部分80年代經(jīng)風(fēng)洞實驗系統(tǒng)研究后，進一步改進為魚型，阻力系數(shù)為0.3。1. 認(rèn)識流體與流體力學(xué)第一章 緒論部分后來又

7、出現(xiàn)楔型，阻力系數(shù)為0.2。1. 認(rèn)識流體與流體力學(xué)第一章 緒論部分90年代以后，科研人員研制開發(fā)了氣動性能更優(yōu)良的未來型汽車，阻力系數(shù)僅為0.137。1. 認(rèn)識流體與流體力學(xué)第一章 緒論部分經(jīng)過近80年的研究和改進，汽車阻力系數(shù)從0.8降至0.137，減少到原來的1/5。1. 認(rèn)識流體與流體力學(xué)第一章 緒論部分1. 認(rèn)識流體與流體力學(xué)Fluid Mechanics 第一章 緒論部分1. 認(rèn)識流體與流體力學(xué)建立理論模型建立理論模型建立方程組建立方程組與定解條件與定解條件求解析解求解析解算算例驗證例驗證普適性好普適性好數(shù)學(xué)難度大，數(shù)學(xué)難度大，分析解有限分析解有限建立實驗?zāi)Ｐ筒⑦x取實驗介建立實驗?zāi)?/p>

8、型并選取實驗介質(zhì)質(zhì)測定有關(guān)物理量測定有關(guān)物理量擬合擬合實驗數(shù)據(jù)找出準(zhǔn)則方程式實驗數(shù)據(jù)找出準(zhǔn)則方程式發(fā)現(xiàn)新現(xiàn)象、新發(fā)現(xiàn)新現(xiàn)象、新原理，驗證其它原理，驗證其它方法得到的結(jié)論方法得到的結(jié)論普適性差普適性差建立理論模型建立理論模型建立方程組建立方程組與定解條件與定解條件編制計算程序編制計算程序計算并分析答案計算并分析答案應(yīng)用面廣泛，結(jié)應(yīng)用面廣泛，結(jié)果直觀果直觀數(shù)值數(shù)值實驗實驗近似性、不近似性、不穩(wěn)定性穩(wěn)定性第一章 緒論部分2. 流體力學(xué)的發(fā)展歷史早在公元前，人類研究流體運動已經(jīng)取得了不少的成就，如早在公元前，人類研究流體運動已經(jīng)取得了不少的成就，如: :公元前2280年大禹治水第一章 緒論部分2. 流

9、體力學(xué)的發(fā)展歷史早在公元前，人類研究流體運動已經(jīng)取得了不少的成就，如早在公元前，人類研究流體運動已經(jīng)取得了不少的成就，如: :公元前3世紀(jì)，中國四川都江堰水利工程第一章 緒論部分2. 流體力學(xué)的發(fā)展歷史早在公元前，人類研究流體運動已經(jīng)取得了不少的成就，如早在公元前，人類研究流體運動已經(jīng)取得了不少的成就，如: :公元前4世紀(jì)，古羅馬供水系統(tǒng)第一章 緒論部分2. 流體力學(xué)的發(fā)展歷史早在公元前，人類研究流體運動已經(jīng)取得了不少的成就，如早在公元前，人類研究流體運動已經(jīng)取得了不少的成就，如: :公元前3世紀(jì)，阿基米德浮力定律Archimedes(C. 287-212 BC)建立了包括物理浮力定律和浮體穩(wěn)

10、定性在內(nèi)的液體平衡理論，編寫了流體力學(xué)第一部著作“論浮體”，奠定了流體靜力學(xué)的基礎(chǔ)。第一章 緒論部分2. 流體力學(xué)的發(fā)展歷史1 71 7 世 紀(jì)世 紀(jì)帕斯卡 靜止流體中流體的概念帕斯卡（Blaise Pascal ，16231662）1650年，帕斯卡提出了靜止流體中壓力的概念。第一章 緒論部分2. 流體力學(xué)的發(fā)展歷史1 71 7 世 紀(jì)世 紀(jì)牛頓 內(nèi)摩擦定律Newton(1642-1727) 1686年牛頓（Newton,I.）發(fā)表了名著自然哲學(xué)的數(shù)學(xué)原理對普通流體的黏性性狀作了描述，即現(xiàn)代表達為黏性切應(yīng)力與速度梯度成正比牛頓內(nèi)摩擦定律。第一章 緒論部分2. 流體力學(xué)的發(fā)展歷史1818世紀(jì)世

11、紀(jì)1919世紀(jì)，流體力學(xué)得到了較大的發(fā)展，成為獨立的一門學(xué)科世紀(jì)，流體力學(xué)得到了較大的發(fā)展，成為獨立的一門學(xué)科。伯努利 伯努利方程伯努利（D.Bernoulli，17001782）瑞士科學(xué)家。 古典流體力學(xué)的奠基人是瑞士數(shù)學(xué)家他和他的親密朋友歐拉(Euler，L.)。 在1738年出版的名著流體動力學(xué)中，建立了流體位勢能、壓強勢能和動能之間的能量轉(zhuǎn)換關(guān)系伯努利方程。在此歷史階段，諸學(xué)者的工作奠定了流體靜力學(xué)的基礎(chǔ)，促進了流體動力學(xué)的發(fā)展。第一章 緒論部分2. 流體力學(xué)的發(fā)展歷史1818世紀(jì)世紀(jì)1919世紀(jì)，流體力學(xué)得到了較大的發(fā)展，成為獨立的一門學(xué)科世紀(jì)，流體力學(xué)得到了較大的發(fā)展，成為獨立的一

12、門學(xué)科。歐拉 連續(xù)介質(zhì)模型 歐拉方程歐 拉（L.Euler，17071783） 1755年發(fā)表流體運動的一般原理，提出了流體的連續(xù)介質(zhì)模型，建立了連續(xù)性微分方程和理想流體的運動微分方程，給出了不可壓縮理想流體運動的一般解析方法。他提出了研究流體運動的兩種不同方法及速度勢的概念，并論證了速度勢應(yīng)當(dāng)滿足的運動條件和方程。第一章 緒論部分2. 流體力學(xué)的發(fā)展歷史1818世紀(jì)世紀(jì)1919世紀(jì)，流體力學(xué)得到了較大的發(fā)展，成為獨立的一門學(xué)科世紀(jì)，流體力學(xué)得到了較大的發(fā)展，成為獨立的一門學(xué)科。達朗貝爾 達朗貝爾佯謬達朗貝爾（J.le R.dAlembert,17171783） 1744年提出了達朗貝爾疑題（

13、又稱達朗伯佯謬），即在理想流體中運動的物體既沒有升力也沒有阻力。從反面說明了理想流體假定的局限性。第一章 緒論部分2. 流體力學(xué)的發(fā)展歷史1818世紀(jì)世紀(jì)1919世紀(jì)，流體力學(xué)得到了較大的發(fā)展，成為獨立的一門學(xué)科世紀(jì)，流體力學(xué)得到了較大的發(fā)展，成為獨立的一門學(xué)科。拉格朗日拉格朗日J(rèn). L. Lagrange (1736-1813)提出了新的流體動力學(xué)微分方程，使流體動力學(xué)的解析方法有了進一步發(fā)展。嚴(yán)格地論證了速度勢的存在，并提出了流函數(shù)的概念，為應(yīng)用復(fù)變函數(shù)去解析流體定常的和非定常的平面無旋運動開辟了道路。第一章 緒論部分2. 流體力學(xué)的發(fā)展歷史1818世紀(jì)世紀(jì)1919世紀(jì)，流體力學(xué)得到了較大

14、的發(fā)展，成為獨立的一門學(xué)科世紀(jì)，流體力學(xué)得到了較大的發(fā)展，成為獨立的一門學(xué)科。納維 斯托克斯 N-S方程納維（L.Navier，17851836，法國）斯托克斯（G.Stokes，18191903，英國）納維（C.-L.-M.-H.Navier）首先提出了不可壓縮粘性流體的運動微分方程組。斯托克斯（G.G.Stokes）嚴(yán)格地導(dǎo)出了這些方程，并把流體質(zhì)點的運動分解為平動、轉(zhuǎn)動、均勻膨脹或壓縮及由剪切所引起的變形運動。后來引用時，便統(tǒng)稱該方程為納維-斯托克斯方程。第一章 緒論部分2. 流體力學(xué)的發(fā)展歷史1919世紀(jì)末開始，理論分析和實驗研究逐漸密切結(jié)合起來。世紀(jì)末開始，理論分析和實驗研究逐漸密切

15、結(jié)合起來。雷 諾 流態(tài) 雷諾數(shù)雷 諾（O.Reynolds，1842-1912）1883年用實驗證實了粘性流體的兩種流動狀態(tài)層流和紊流的客觀存在，找到了實驗研究粘性流體流動規(guī)律的相似準(zhǔn)則數(shù)雷諾數(shù)，以及判別層流和紊流的臨界雷諾數(shù)，為流動阻力的研究奠定了基礎(chǔ)。第一章 緒論部分2. 流體力學(xué)的發(fā)展歷史現(xiàn)代意義上的流體力學(xué)形成于現(xiàn)代意義上的流體力學(xué)形成于2020世紀(jì)初，以邊界層理論為標(biāo)志世紀(jì)初，以邊界層理論為標(biāo)志普朗特 邊界層理論普朗特（L.Prandtl，18751953） 建立了邊界層理論，解釋了阻力產(chǎn)生的機制。以后又針對航空技術(shù)和其他工程技術(shù)中出現(xiàn)的紊流邊界層，提出混合長度理論。1918-191

16、9年間，論述了大展弦比的有限翼展機翼理論，對現(xiàn)代航空工業(yè)的發(fā)展作出了重要的貢獻。第一章 緒論部分2. 流體力學(xué)的發(fā)展歷史2020世紀(jì)，航空航天事業(yè)方面取得了迅猛的發(fā)展。世紀(jì)，航空航天事業(yè)方面取得了迅猛的發(fā)展。儒科夫斯基 建立了二維升力理論的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)等儒科夫斯基 H. E. (1847-1921)從1906年起，發(fā)表了論依附渦流等論文，找到了翼型升力和繞翼型的環(huán)流之間的關(guān)系，建立了二維升力理論的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)。他還研究過螺旋槳的渦流理論以及低速翼型和螺旋槳槳葉剖面等。他的研究成果，對空氣動力學(xué)的理論和實驗研究都有重要貢獻，為近代高效能飛機設(shè)計奠定了基礎(chǔ)。第一章 緒論部分2. 流體力學(xué)的發(fā)展歷史我 國我

17、 國周培源周培源 （19021993) 主要從事物理學(xué)的基礎(chǔ)理論中難度最大的兩個方面，即愛因斯坦廣義相對論引力論和流體力學(xué)中的湍流理論的研究與教學(xué)并取得出色成果 。第一章 緒論部分2. 流體力學(xué)的發(fā)展歷史我 國我 國錢學(xué)森錢學(xué)森（19112009）在動力、制導(dǎo)、氣動力、結(jié)構(gòu)、材料、計算機、質(zhì)量控制和科技管理等領(lǐng)域具有豐富知識，為中國火箭導(dǎo)彈和航天事業(yè)的創(chuàng)建與發(fā)展作出了杰出的貢獻。 第一章 緒論部分3. 流體力學(xué)在石油儲運中的應(yīng)用地面集輸管網(wǎng)的工藝計算，以及設(shè)備的選型、運行參數(shù)的確定等地面集輸管網(wǎng)的工藝計算，以及設(shè)備的選型、運行參數(shù)的確定等第一章 緒論部分3. 流體力學(xué)在石油儲運中的應(yīng)用原油、天

18、然氣以及成品油長輸管網(wǎng)和城市燃氣管網(wǎng)設(shè)計和運行的工藝計算，管道的 管 徑 、 壁 厚 的 確 定 ， 泵 或 者 壓 縮 機 的 選 型 和 安 裝 位 置 的 確 定 等第一章 緒論部分3. 流體力學(xué)在石油儲運中的應(yīng)用油罐強度的校核、罐區(qū)管線的設(shè)計計算等等油罐強度的校核、罐區(qū)管線的設(shè)計計算等等第一章 緒論部分3. 流體力學(xué)在石油儲運中的應(yīng)用油品的裝卸時間的確定油品的裝卸時間的確定第一章 緒論部分3. 流體力學(xué)在石油儲運中的應(yīng)用油品、天然氣的計油品、天然氣的計量量第一章 緒論部分3. 流體力學(xué)在石油儲運中的應(yīng)用煉廠工藝設(shè)計中配管的工藝計算；油品的煉制過程中，油品在設(shè)備間輸轉(zhuǎn)的工藝參數(shù)的確定等煉

19、廠工藝設(shè)計中配管的工藝計算；油品的煉制過程中，油品在設(shè)備間輸轉(zhuǎn)的工藝參數(shù)的確定等第一章 緒論部分4. 如何學(xué)習(xí)“流體力學(xué)”第一章 緒論部分4. 如何學(xué)習(xí)“流體力學(xué)”第一章 緒論部分4. 如何學(xué)習(xí)“流體力學(xué)”第一章 流體及其主要物理性質(zhì)部分1. 連續(xù)介質(zhì)假設(shè)2. 密度3. 壓縮性和膨脹性4. 粘性5. 表面張力6. 作用在流體上的力第一章 流體及其主要物理性質(zhì)部分1. 連續(xù)介質(zhì)假設(shè)u 從微觀角度分析：流體分子從單個分子運動出發(fā)開始研究u 大量分子不停地做無規(guī)則的熱運動，并且頻繁碰撞，則相應(yīng)的物理量隨著時間做隨機的變化；u 由于分子間存在空隙，物理量的空間分布是不連續(xù)的。第一章 流體及其主要物理性

20、質(zhì)部分1. 連續(xù)介質(zhì)假設(shè)u 流體力學(xué)所研究的并不是流體個別分子的熱運動，而是研究由大量分子組成的流體在外力作用下而引起的宏觀運動規(guī)律。 F第一章 流體及其主要物理性質(zhì)部分1. 連續(xù)介質(zhì)假設(shè)u 若將研究對象擴大到含有大量分子的流體團。u只要分子數(shù)足夠多，統(tǒng)計平均值在時間上是確定的，如分子速度 。v第一章 流體及其主要物理性質(zhì)部分1. 連續(xù)介質(zhì)假設(shè)u 臨界體積 具有的特點是：u 宏觀上足夠?。籾 微觀上足夠大，包含的分子數(shù)足夠多，使得物理量統(tǒng)計平均值在時間上是確定的。*第一章 流體及其主要物理性質(zhì)部分1. 連續(xù)介質(zhì)假設(shè)u 若將臨界體積 所包含的流體微團作為流體的最小基本單元，有兩個缺點： 雖然很小

21、 ，其仍然有線尺度，不能與數(shù)學(xué)上的點的概念統(tǒng)一； 在流體流動過程中，微團將變形，不再符合點的概念。u若將臨界體積 所包含的流體微團模型化，引出“流體質(zhì)點”的概念。*第一章 流體及其主要物理性質(zhì)部分1. 連續(xù)介質(zhì)假設(shè)u “流體質(zhì)點”： 流體質(zhì)點無線尺度，流體質(zhì)點不作隨機運動 ， 只在外力作用下作宏觀運動。 F第一章 流體及其主要物理性質(zhì)部分1. 連續(xù)介質(zhì)假設(shè)u 連續(xù)介質(zhì)假設(shè)： 1753年歐拉（Euler）首先采用連續(xù)介質(zhì)作為流體宏觀運動的模型，即不考慮流體分子的存在，把真實的流體看成是由無限多流體質(zhì)點組成的稠密而無間隙的連續(xù)介質(zhì)。u 在流體質(zhì)點概念和連續(xù)介質(zhì)假設(shè)的基礎(chǔ)上： 每個流體質(zhì)點都具有確定

22、的宏觀物理量， ； 根據(jù)物理學(xué)基本定律，可建立該物理量滿足的流體運動微分方程； 數(shù)學(xué)求解，可獲得該物理量隨空間位置和時間連續(xù)變化的規(guī)律。( , , , )B x y z t第一章 流體及其主要物理性質(zhì)部分1. 連續(xù)介質(zhì)假設(shè)u 對某一種實際流動能否按連續(xù)介質(zhì)假設(shè)下的理論來研究，有一個簡單的判斷式： 其中，d是就是前面所定義的極限體積的特征尺寸，如 ； 則 ； 是所研究的流體分子運動的平均自由程，在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下，氣體的 約為10-7cm，液體的 約為10-8cm；ldL310dcm*9310 cmlll第一章 流體及其主要物理性質(zhì)部分1. 連續(xù)介質(zhì)假設(shè) L則為所研究流體中，宏觀物理量將發(fā)生顯著變化的

23、特征長度，例如，所研究的是管道中的流動，則特征長度可取管道直徑或長度，如果研究的是流體繞過物體的流動，則可取物體的長度、寬度或高度作為特征長度。u 不適用的情況，高空稀薄氣體中航天器的運行問題；血液在微細血管（直徑10-3cm）的運動等第一章 流體及其主要物理性質(zhì)部分1. 連續(xù)介質(zhì)假設(shè)u 為了描述流體微團的旋轉(zhuǎn)和變形引入流體質(zhì)元（流體元）模型： 流體元為由大量流體質(zhì)點構(gòu)成的微小單元， ； 由流體質(zhì)點的相對運動形成流體元的旋轉(zhuǎn)和變形。(,)xyzzyx第一章 流體及其主要物理性質(zhì)部分1. 連續(xù)介質(zhì)假設(shè)流體微團u大量流體質(zhì)點組成u具有線性尺度效應(yīng)u微小流體團流體質(zhì)點u微觀充分大，宏觀充分小u不具有

24、線性尺度效應(yīng)u分子團流體質(zhì)點流體微團流體變形、旋轉(zhuǎn)等第一章 流體及其主要物理性質(zhì)部分1. 連續(xù)介質(zhì)假設(shè)1.按連續(xù)介質(zhì)的概念,液體質(zhì)點是指_A.液體的分子 B.液體內(nèi)的固體顆粒 C.幾何的點 D.一塊體積為無窮小的微量流體，包含有眾多分子，反映大量分子運動的統(tǒng)計平均值。2.什么是連續(xù)介質(zhì)假設(shè)？流體質(zhì)點是一塊體積為無窮小的微量流體，包含有眾多分子，反映大量分子運動的統(tǒng)計平均值。將流體視為由無數(shù)連續(xù)分布的流體質(zhì)點所組成的連續(xù)介質(zhì)。第一章 流體及其主要物理性質(zhì)部分2. 密度u 2.1 單位體積流體所具有的質(zhì)量稱為密度，以表示，單位為 kg/m3 。表征流體的質(zhì)量在空間的密集程度。m v對于均質(zhì)流體：

25、第一章 流體及其主要物理性質(zhì)部分2. 密度0lim VmdmVdV對于非均值流體： 密度是空間坐標(biāo)和時間的函數(shù)，( , , , )x y z t M m/V 第一章 流體及其主要物理性質(zhì)部分2. 密度1=u 2.2 流體的比容：單位質(zhì)量的流體所占有的體積，用 表示，即：u 2.3 液體的相對密度：指其密度與標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下與4時液態(tài)水密度的比值。水這是一個定值， 3=1000/kg m水u 2.4 氣體的相對密度：指氣體密度與特定溫度和壓力下空氣的密度（或氫氣）密度的比值，沒有統(tǒng)一的規(guī)定。第一章 流體及其主要物理性質(zhì)部分2. 密度u 2.5 流體的重度：流體單位體積內(nèi)所具有的重量稱為重度，或稱為容

26、重、重率，以 表示，單位為 。30()lim (N/m )Vmgd mggVdV 3/Nm第一章 流體及其主要物理性質(zhì)部分3. 壓縮性與膨脹性u 3.1 流體的壓縮性：指在溫度T不變的條件下，流體的體積會隨壓力的變化而變化的性質(zhì)。 問題：問題：如何表示流體的可壓縮性大小？如何表示流體的可壓縮性大?。縰壓縮系數(shù)：在給定溫度條件下，單位壓強所引起流體體積的變化率。11pdV VdVPadpV dp 問題：問題：1）為什么上式右邊要增加一負號？）為什么上式右邊要增加一負號？ 第一章 流體及其主要物理性質(zhì)部分3. 壓縮性與膨脹性流體被壓縮時，其質(zhì)量并不改變，根據(jù) ，微分得：u 根據(jù)密度是否變化，將流體

27、分為：MVConst0dMdVVddVdV 1pddp因此，體積壓縮系數(shù)也可寫成=p不可壓縮流體：密度 視為不變的流體，Const可壓縮流體：密度 視為可變化的流體，氣體RT, =f(p,T)u 說明：（1） 通常液體的壓縮性很小，一般視為不可壓縮流體。但當(dāng)壓強變化很大時，如水擊、水中爆炸等，則必須考慮壓縮性。（2） 氣體的壓縮性較大，一般將氣體視為可壓縮流體。但在流速比較低時，可按不可壓縮流體處理。第一章 流體及其主要物理性質(zhì)部分3. 壓縮性與膨脹性u體積彈性系數(shù)(模量)：流體壓縮系數(shù)的倒數(shù)被稱作該種流體的彈性系數(shù)。1/pdpEdVV 問題：問題：1） 越大，表示越容易被壓縮還是越不容易被壓

28、縮？越大，表示越容易被壓縮還是越不容易被壓縮？ 2） E越大，表示越容易被壓縮還是越不容易被壓縮？越大，表示越容易被壓縮還是越不容易被壓縮？ 第一章 流體及其主要物理性質(zhì)部分3. 壓縮性與膨脹性u 3.2 流體的膨脹性：在壓力不變的條件下，流體的體積會隨著溫度的變化而變化的性質(zhì)稱為膨脹性。問題：問題：如何表示流體的膨脹性大??？如何表示流體的膨脹性大?。縰體積膨脹系數(shù)：在一定壓強P下，單位溫升引起的體積變化率，單位（K-1）。111otdV VdVKCdtV dt或u膨脹性： 液體的膨脹系數(shù)較小，工程上一般不考慮液體的膨脹性； 氣體的膨脹系數(shù)較大，一般應(yīng)考慮。第一章 流體及其主要物理性質(zhì)部分4.

29、 粘性u 如果流體質(zhì)點沿著軸向運動，我們可以把管中流體流動看作是許多無限薄的圓形流體層的運動。u 流體層與層之間有相對運動，快層對慢層有一個托動力，同時慢層對快層也有一個阻力，托動力和阻力構(gòu)成一對作用力和反作用力，這就是粘性的表現(xiàn)。粘性：流體所具有的阻礙流體流動，即阻礙流體質(zhì)點間相對運動的性質(zhì)稱為粘滯性，簡稱粘性。u這對大小相等方向相反的力稱為內(nèi)摩擦力或粘滯力。第一章 流體及其主要物理性質(zhì)部分4. 粘性u 4.2 粘性產(chǎn)生的原因： 流體內(nèi)摩擦力實質(zhì)上是流體微觀分子作用的宏觀表現(xiàn)。分析其產(chǎn)生的物理原因，需要從分子微觀運動來說明。 對于液體：由于分子間距小，在低速流動時，不規(guī)則運動較弱，因此，粘性

30、力的產(chǎn)生主要取決于分子間的引力。 對于氣體：由于分子間距大，吸引力很小，不規(guī)則運動強烈，因此，其粘性力產(chǎn)生的原因主要取決于分子不規(guī)則運動的動量交換。由于分子間的吸引力（內(nèi)聚力）；粘性產(chǎn)生的原因有兩個由于分子不規(guī)則運動的動量交換。第一章 流體及其主要物理性質(zhì)部分4. 粘性氣體分子的隨機運動范圍大，流層之間的分子交換頻繁。當(dāng)兩層液體作相對運動時，緊靠的兩層液體分子的平均距離加大，產(chǎn)生吸引力，這就是分子內(nèi)聚力。第一章 流體及其主要物理性質(zhì)部分4. 粘性u 在自然界中，一切流體都具有一定的粘性，粘性是流體本身固有的物理特性，是一個重要的物理性質(zhì)，它對流體運動影響很大。粘性是流體中發(fā)生機械損失的根源。u

31、 4.3 牛頓內(nèi)摩擦定律 1686年牛頓提出牛頓內(nèi)摩擦定律。xy0u)(yuT 牛頓內(nèi)摩擦實驗yu 實驗方法 設(shè)有兩個足夠大，相距y很小的平行平板。中間充滿一般的均質(zhì)流體，下板固定，上板在切向力T 作用下作勻速直線運動，速度為u0。平板面積A足夠大，以至于可忽略平板邊緣的影響。第一章 流體及其主要物理性質(zhì)部分4. 粘性u 實驗表明：運動平板所受到的阻力與其運行速度、面積成正比，與兩平板的間距成反比，即0uTyA粘性系數(shù)或動力粘性系數(shù)2Ns mPa s或者內(nèi)摩擦力或者粘性剪切力TN單位0uFAy粘性應(yīng)力：第一章 流體及其主要物理性質(zhì)部分4. 粘性xyU)(yuF 牛頓內(nèi)摩擦實驗hdududydy

32、 推廣注意：注意：是指流體質(zhì)點間沒有相對運動，即流體處于靜止或相對靜止?fàn)顟B(tài)是指流體質(zhì)點間沒有相對運動，即流體處于靜止或相對靜止?fàn)顟B(tài)時，不存在內(nèi)摩擦力，粘性表現(xiàn)不出來，但不能說流體沒有粘性。時，不存在內(nèi)摩擦力，粘性表現(xiàn)不出來，但不能說流體沒有粘性。0= =0duTdy當(dāng)時，即第一章 流體及其主要物理性質(zhì)部分4. 粘性u 4.4 粘性系數(shù)（粘度） 動力粘度（粘度）的數(shù)值等于速度梯度引起的粘性切應(yīng)力的大小。dudydudy大，則 大當(dāng)速度梯度相同時，客觀上反映了流體粘性大小。小，則 小22,111001101000Pa sPPcPPa sPcP 的國際單位，物理單位dyn s/cm 稱為“泊”，符號

33、為“P”，即dyn s/cm第一章 流體及其主要物理性質(zhì)部分4. 粘性在流體力學(xué)中，還常用動力粘度和流體密度的比值來度量流體的粘度，稱為運動粘度，以符號 表示。222242/ ,1/111001/10/msmsmsStStcStmsms的國際單位，物理單位c物理單位也叫“沱”或者“斯”，符合為“St”，即：cc第一章 流體及其主要物理性質(zhì)部分4. 粘性通常情況下形成流體粘性的因素有兩個方面：一是流體分子間的引力在流體微團相對運動時形成的粘性；二是流體分子的熱運動在不同流速流層間的動量交換所形成的粘性。當(dāng)溫度升高時：氣體的粘性增大，液體的粘性減小。對于氣體，形成粘性的主要因素是分子的熱運動對于液

34、體，形成粘性的主要因素是分子間的引力u 4.5 溫度對粘度的影響 第一章 流體及其主要物理性質(zhì)部分4. 粘性u 4.5 溫度對粘度的影響 第一章 流體及其主要物理性質(zhì)部分4. 粘性理想流體是假想的流體模型，客觀上并不存在。實際流體都是有粘性的?？梢园褜嶋H流體看成理想流體的情況：實際流體的粘性顯現(xiàn)不出來，如靜止的流體、等速直線運動的流體等粘性不起主導(dǎo)作用采用理想流體假設(shè)可以大大簡化理論分析過程。u 4.6 理想流體：假設(shè)沒有粘性的流體，即=0。第一章 流體及其主要物理性質(zhì)部分4. 粘性kdydvnx式中，為流體的表觀粘度，k為常數(shù)，n為指數(shù)。DACxddyB0oA：牛頓流體，如水和空氣B：理想塑

35、性體，存在屈服應(yīng)力。如牙膏C：擬塑性體，如粘土漿和紙漿D：脹流型流體，如面糊u 4.7 牛頓流體和非牛頓流體第一章 流體及其主要物理性質(zhì)部分5. 表面張力u 表面張力液體表面總是取收縮趨勢，這種趨勢表明液體表面各部分之間存在相互作用的拉力，使其表面總是處于緊張狀態(tài)。液體表面單位長度上的這種拉力就稱為表面張力，以表示，單位N/m液體分子間存在吸引力，影響距離很小，在10-8-10-6cm，形成吸引力影響球。 水面下的影響球的吸引力達到平衡。在水面臨近，吸引力不能平衡，存在向下的合力。此合力把水面緊緊向內(nèi)部拉。在自由表面上處處產(chǎn)生拉力。第一章 流體及其主要物理性質(zhì)部分5. 表面張力u 毛細現(xiàn)象在表

36、面張力作用下，管中液體將上升或下降一個高度，稱為毛細管現(xiàn)象。液體與固體接觸時，存在兩種力：內(nèi)聚力：液體分子之間的吸引力；附著力：液體與固體分子間的吸引力出現(xiàn)兩種情形：潤濕：內(nèi)聚力附著力，液體相聚成團，不依附壁面。例如：水銀在細玻璃管中液面下降。表面張力在一般情況下可以忽略，而在毛細現(xiàn)象中不可忽略。表面張力在一般情況下可以忽略，而在毛細現(xiàn)象中不可忽略。第一章 流體及其主要物理性質(zhì)部分5. 表面張力潤濕性壁面非潤濕性壁面第一章 流體及其主要物理性質(zhì)部分5. 表面張力2cos44cosddghhgd 對管內(nèi)液體靜力平衡分析則：u 毛細現(xiàn)象液體在細管中上升或下降的高度與表面張力有關(guān)。密度為的液體在潤濕

37、管壁的表面張力作用下，沿直徑為d的細管上升，到h高度后停止，達到平衡狀態(tài)，即表面張力向上分力的合力與升高液柱的重量相等，設(shè)液面與固體壁面的接觸角(液體表面的切面與固壁表面的夾角)為，則：第一章 流體及其主要物理性質(zhì)部分5. 表面張力1.下列敘述中_是正確的。A.靜止液體的動力粘度為0B.靜止液體的運動粘度為0C.靜止液體的受到的切應(yīng)力為0D.靜止液體的受到的壓應(yīng)力為02.流體的相對密度是某種流體的密度與_的比值。A.標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下0水的密度B.工程大氣壓下0水的密度C.標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下4水的密度D.工程大氣壓下4水的密度CC第一章 流體及其主要物理性質(zhì)部分5. 表面張力3.在通常情況下，流體的粘性大小與流體的_有關(guān)。A.流速 B.流動表面狀況 C.