流體力學(xué)多媒體課件

流體力學(xué)多媒體課件緒論流體力學(xué)是研究流體機(jī)械運(yùn)動規(guī)律及其應(yīng)用的科學(xué)，是力學(xué)的一個(gè)重要分支。流體力學(xué)研究的對象——液體和氣體。流體力學(xué)發(fā)展簡史流體力學(xué)的研究方法作用在流體上的力流體的主要物理性質(zhì)流體力學(xué)的模型流體力學(xué)發(fā)展簡史第一階段（16世紀(jì)以前）：流體力學(xué)形成的萌芽階段第二階段（16世紀(jì)文藝復(fù)興以后-18世紀(jì)中葉）流體力學(xué)成為一門獨(dú)立學(xué)科的基礎(chǔ)階段第三階段（18世紀(jì)中葉-19世紀(jì)末）流體力學(xué)沿著兩個(gè)方向發(fā)展——?dú)W拉、伯努利第四階段（19世紀(jì)末以來）流體力學(xué)飛躍發(fā)展第一階段（16世紀(jì)以前）：流體力學(xué)形成的萌芽階段公元前2286年－公元前2278年大禹治水——疏壅導(dǎo)滯（洪水歸于河）公元前300多年

李冰都江堰——深淘灘，低作堰公元584年－公元610年隋朝南北大運(yùn)河、船閘應(yīng)用埃及、巴比倫、羅馬、希臘、印度等地水利、造船、航海產(chǎn)業(yè)發(fā)展系統(tǒng)研究古希臘哲學(xué)家阿基米德《論浮體》（公元前250年）奠定了流體靜力學(xué)的基礎(chǔ)返回第二階段（16世紀(jì)文藝復(fù)興以后-18世紀(jì)中葉）流體力學(xué)成為一門獨(dú)立學(xué)科的基礎(chǔ)階段1586年斯蒂芬——水靜力學(xué)原理1650年帕斯卡——“帕斯卡原理”1612年伽利略——物體沉浮的基本原理1686年牛頓——牛頓內(nèi)摩擦定律1738年伯努利——理想流體的運(yùn)動方程即伯努利方程1775年歐拉——理想流體的運(yùn)動方程即歐拉運(yùn)動微分方程第三階段（18世紀(jì)中葉-19世紀(jì)末）流體力學(xué)沿著兩個(gè)方向發(fā)展——?dú)W拉（理論）、伯努利（實(shí)驗(yàn)）工程技術(shù)快速發(fā)展，提出很多經(jīng)驗(yàn)公式1769年謝才——謝才公式（計(jì)算流速、流量）1895年曼寧——曼寧公式（計(jì)算謝才系數(shù)）1732年比托——比托管（測流速）1797年文丘里——文丘里管（測流量）理論1823年納維，1845年斯托克斯分別提出粘性流體運(yùn)動方程組（N-S方程）第四階段（19世紀(jì)末以來）流體力學(xué)飛躍發(fā)展理論分析與試驗(yàn)研究相結(jié)合量綱分析和相似性原理起重要作用1883年雷諾——雷諾實(shí)驗(yàn)（判斷流態(tài)）1903年普朗特——邊界層概念（繞流運(yùn)動）1933-1934年尼古拉茲——尼古拉茲實(shí)驗(yàn)（確定阻力系數(shù)）……流體力學(xué)與相關(guān)的鄰近學(xué)科相互滲透，形成很多新分支和交叉學(xué)科流體力學(xué)的研究方法理論分析方法、實(shí)驗(yàn)方法、數(shù)值方法相互配合，互為補(bǔ)充理論研究方法力學(xué)模型→物理基本定律→求解數(shù)學(xué)方程→分析和揭示本質(zhì)和規(guī)律實(shí)驗(yàn)方法相似理論→模型實(shí)驗(yàn)裝置數(shù)值方法計(jì)算機(jī)數(shù)值方法是現(xiàn)代分析手段中發(fā)展最快的方法之一作用在流體上的力1.質(zhì)量力：作用在所研究的流體質(zhì)量中心，與質(zhì)量成正比重力慣性力單位質(zhì)量力重力2.表面力：外界對所研究流體表面的作用力，作用在外表面，與表面積大小成正比應(yīng)力切線方向：切向應(yīng)力——剪切力內(nèi)法線方向：法向應(yīng)力——壓強(qiáng)ΔFΔAΔFnΔFτ表面力具有傳遞性流體相對運(yùn)動時(shí)因粘性而產(chǎn)生的內(nèi)摩擦力流體的主要物理性質(zhì)

慣性、粘性、壓縮（膨脹）性1.慣性密度常見的密度（在一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下）：4℃時(shí)的水20℃時(shí)的空氣容重（重度）比重2.粘性：在外力作用下，流體微元間出現(xiàn)相對運(yùn)動時(shí)，隨之產(chǎn)生阻抗相對運(yùn)動的內(nèi)摩擦力微觀機(jī)制：分子間吸引力、分子不規(guī)則運(yùn)動的動量交換牛頓內(nèi)摩擦定律：切應(yīng)力：zvv+dvvxzdzya.速度梯度的物理意義——角變形速度（剪切變形速度）vdt(v+dv)dtdvdtdzdθ流體與固體在摩擦規(guī)律上完全不同正比于dv/dz正比于正壓力，與速度無關(guān)b.動力粘度（系數(shù)）μ：與流體性質(zhì)有關(guān)Pa·S運(yùn)動粘度（系數(shù)）：m２/s微觀機(jī)制：液體吸引力T↑μ↓氣體熱運(yùn)動T↑μ↑τdv/dz牛頓流體o牛頓流體——服從牛頓內(nèi)摩擦定律的流體（水、大部分輕油、氣體等）c.牛頓流體與非牛頓流體ττ0dv/dzo塑性流體非牛頓流體塑性流體——克服初始應(yīng)力τ0后，τ才與速度梯度成正比（牙膏、新拌水泥砂漿、中等濃度的懸浮液等）τdv/dzo擬塑性流體擬塑性流體——τ的增長率隨dv/dz的增大而降低（高分子溶液、紙漿、血液等）τdv/dzo膨脹型流體膨脹型流體——τ的增長率隨dv/dz的增大而增加（淀粉糊、挾沙水流）ττ0dv怒/d信zo膨脹型才流體牛頓首流體擬塑性冶流體塑性嶄流體例：汽負(fù)缸內(nèi)壁耍的直徑D=12cm，活塞伐的直棚徑d=11.歉96cm，活塞長導(dǎo)度L=14cm，活塞綿往復(fù)耕運(yùn)動閃的速籃度為1m/s，潤滑控油的μ=0.注1P楚a·s。求作循用在業(yè)活塞挎上的仰粘性再力。解：注意：融面積、罵速度梯焰度的取英法dDL例：備旋轉(zhuǎn)掉圓筒籌粘度龜計(jì)，荷外筒鑒固定癢，內(nèi)近筒轉(zhuǎn)迎速n=10垮r/m顯in。內(nèi)外筒彈間充入孤實(shí)驗(yàn)液壯體。內(nèi)努筒r1=1.確93c站m，外筒r2=2禾cm，內(nèi)筒附高h(yuǎn)=7c求m，轉(zhuǎn)軸僅上扭蒼距M=0添.0禾04嬌5N·m。求該濫實(shí)驗(yàn)插液體阿的粘裁度。解：注意腐：1.面積A的取法辮；2.單位統(tǒng)尿一hnr1r2得3.壓縮（蠢膨脹）務(wù)性a.壓縮系劃數(shù)β在一定溫度下，墓密度凡的變劉化率莫與壓朱強(qiáng)的熟變化想成正耀比——體積僚模量譜（彈晴性模撲量）b.膨脹系惹數(shù)α在一定壓強(qiáng)下，團(tuán)體積抱的變水化率趴與溫愚度的唯變化捎成正茫比c.氣體理想慰氣體紹狀態(tài)屑方程R——?dú)怏w余常數(shù)賽空塞氣R=8.獎(jiǎng)31/0.0投29=2娘87害J/視kg爬·K等溫盼過程職：壓涼縮系哄數(shù)等壓轟過程累：膨晚脹系罪數(shù)絕熱固過程榮：壓搞縮系尖數(shù)低速（定標(biāo)準(zhǔn)狀睬態(tài)，v<68伍m/s）氣流可葵按不可喇壓縮流趨體處理表面貧張力侵和毛醒細(xì)現(xiàn)忙象1.表面張陷力σ：由分兔子的庫內(nèi)聚刮力引述起買單位邊：N/矛m發(fā)生田在液睬氣接免觸的制周界滿、液管固接奇觸的臂周界禁、不鴿同液茂體接盛觸的質(zhì)周界2.毛細(xì)現(xiàn)諷象：液鼓固接觸液固章間附情著力雹大于煙液體派的內(nèi)債聚力液固隙間附讓著力之小于