流體力學多媒體課件

1、流體力學是研究流體機械運動規(guī)律及其應用的科學，是力學的一個重要分支。流體力學研究的對象液體和氣體。流體力學發(fā)展簡史流體力學的研究方法作用在流體上的力流體的主要物理性質(zhì)流體力學的模型n第一階段（16世紀以前）：流體力學形成的萌芽階段n第二階段（16世紀文藝復興以后-18世紀中葉）流體力學成為一門獨立學科的基礎階段n第三階段（18世紀中葉-19世紀末）流體力學沿著兩個方向發(fā)展歐拉、伯努利n第四階段（19世紀末以來）流體力學飛躍發(fā)展第一階段（第一階段（16世紀以前）：流體力學形成的萌芽階段世紀以前）：流體力學形成的萌芽階段n公元前2286年公元前2278年大禹治水疏壅導滯（洪水歸于河）n公元前300

2、多年李冰都江堰深淘灘，低作堰n公元584年公元610年隋朝南北大運河、船閘應用埃及、巴比倫、羅馬、希臘、印度等地水利、造船、航海產(chǎn)業(yè)發(fā)展n系統(tǒng)研究古希臘哲學家阿基米德論浮體（公元前250年）奠定了流體靜力學的基礎返回第二階段（第二階段（16世紀文藝復興以后世紀文藝復興以后-18世紀中葉）流體力學世紀中葉）流體力學成為一門獨立學科的基礎階段成為一門獨立學科的基礎階段n1586年斯蒂芬水靜力學原理n1650年帕斯卡“帕斯卡原理”n1612年伽利略物體沉浮的基本原理n1686年牛頓牛頓內(nèi)摩擦定律n1738年伯努利理想流體的運動方程即伯努利方程n1775年歐拉理想流體的運動方程即歐拉運動微分方程第三階

3、段（第三階段（18世紀中葉世紀中葉-19世紀末）流體力學沿著兩個方世紀末）流體力學沿著兩個方向發(fā)展向發(fā)展歐拉（理論）、伯努利（實驗）歐拉（理論）、伯努利（實驗）n工程技術(shù)快速發(fā)展，提出很多經(jīng)驗公式1769年謝才謝才公式（計算流速、流量）1895年曼寧曼寧公式（計算謝才系數(shù)）1732年比托比托管（測流速）1797年文丘里文丘里管（測流量）n理論1823年納維，1845年斯托克斯分別提出粘性流體運動方程組（n-s方程）第四階段（第四階段（19世紀末以來）流體力學飛躍發(fā)展世紀末以來）流體力學飛躍發(fā)展n理論分析與試驗研究相結(jié)合n量綱分析和相似性原理起重要作用1883年雷諾雷諾實驗（判斷流態(tài)）1903年

4、普朗特邊界層概念（繞流運動）1933-1934年尼古拉茲尼古拉茲實驗（確定阻力系數(shù)）流體力學與相關的鄰近學科相互滲透，形成很多新分支和交叉學科理論分析方法、實驗方法、數(shù)值方法相互配合，互為補充n理論研究方法力學模型物理基本定律求解數(shù)學方程分析和揭示本質(zhì)和規(guī)律n實驗方法相似理論模型實驗裝置n數(shù)值方法計算機數(shù)值方法是現(xiàn)代分析手段中發(fā)展最快的方法之一kzjyixmflimfm01.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gmmgzafa0lim2.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力切線方向：切向應力剪切力內(nèi)法線方向：法向應力壓

5、強aflimpna0afa0limfafnf表面力具有傳遞性流體相對運動時因粘性而產(chǎn)生的內(nèi)摩擦力慣性、粘性、壓縮（膨脹）性vmv0limvm3/1000mkg1.慣性密度常見的密度（在一個標準大氣壓下）：4時的水20時的空氣容重（重度）比重g1v3/2 . 1mkg2.粘性：在外力作用下，流體微元間出現(xiàn)相對運動時，隨之產(chǎn)生阻抗相對運動的內(nèi)摩擦力微觀機制：分子間吸引力、分子不規(guī)則運動的動量交換牛頓內(nèi)摩擦定律：切應力：dzdvaf dzdvafdzdvafzvv+dvvxzdzya.速度梯度的物理意義角變形速度（剪切變形速度）dzdvdzdvdttgdddtddzdvvdt(v+dv)dtdvdt

6、dzd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b.動力粘度（系數(shù)）：與流體性質(zhì)有關pas運動粘度（系數(shù)）：m/s)t(f)p,t(f微觀機制：液體吸引力t氣體熱運動tdv/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0dv/dzo塑性流體 非牛頓流體 塑性流體克服初始應力0后，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）例：汽缸內(nèi)壁的直徑d=12cm，活塞的直徑d=11.96cm，活塞長度l=14cm，活塞往復運動的速度為1m/s，潤滑油的 =0.1pas。求作用在活塞上的粘性力。解：dndvat2053014011960m.dladndvnt5 .261051 . 0053. 03注意：面積、速度梯度的取法ddl131052/ )1196. 012. 0(012/ )(0sddv3.壓縮（膨脹）性a.壓縮系數(shù)在一定溫度下，密度的變化率與壓強的變化成正比dpddpd/1e體積模量（彈性模量）b.膨脹系數(shù)dtvdv在一定壓強下，體積的變化率與溫度的變化成正比dtvdv /dpvdv /dtd/c.氣體 理想氣體狀態(tài)方程rtpr氣體常數(shù)空氣r=8.31/0.029=287j/kgk 等溫過程：壓縮系數(shù) 等壓過程：膨脹系數(shù) 絕熱過程：壓縮系數(shù)