流體力學(xué)簡結(jié)

1、緒論n 一、流體力學(xué)是研究什么的(what)n 二、我們?yōu)槭裁匆獙W(xué)這門課程(why)n 三、我們?nèi)绾螌W(xué)這門課程(how)n 四、流體力學(xué)與工程技術(shù)一、流體力學(xué)的內(nèi)容n 工程流體力學(xué)是研究流體平衡和運動時的基本規(guī)律及其在工程實踐中應(yīng)用的一門技術(shù)學(xué)科。二、為什么學(xué)（重要性）n 1、在火電廠中的應(yīng)用n 2、在給排水工程中的應(yīng)用n 3、在航天領(lǐng)域的應(yīng)用n 4、在軍事領(lǐng)域的應(yīng)用火力發(fā)電廠生產(chǎn)過程示意圖n 電 廠 工 藝 流 程 示 意 圖.doc三、如何學(xué)u 1、上課認真聽講，記好筆記。u 2、要注重基本理論、基本概念、基本方法的理解掌握；要善于總結(jié)。 中心詞哪些內(nèi)容應(yīng)用公式，得出結(jié)論u 3、要獨立完成

2、作業(yè)u 4、要有扎實的計算能力四、流體力學(xué)與工程技術(shù)從以下圖片可以看出：Ø 1、沒有流體力學(xué)的發(fā)展，現(xiàn)代工業(yè)和高新技術(shù)的發(fā)展是不可能的。Ø 2、流體力學(xué)在推動社會發(fā)展方面作出過重大貢獻，今后將在科學(xué)技術(shù)各領(lǐng)域發(fā)揮更大作用。第一節(jié) 流體的概念n 一、流體n 二、流體的特性n 三、流體的分類一、流體 1、顧名思義：能流動的物質(zhì)稱流體。 2、力學(xué)角度：受任何微小剪切力作用都會連續(xù)變形的物質(zhì)。 * 流體不能抵抗剪切變形，只能抵抗變形速度，即對變形速度呈現(xiàn)一定的阻力。 二、流體的特性n 變形；流體微團之間的相對運動n 變形的宏觀體現(xiàn)：流體的流動n 流體的特性：流動性流體的極易流動的特

3、性三、流體的種類n 固體：具有一定的體積，并且有一定的形狀；u 液體：有一定的體積，但沒有一定的形狀，很容易流動，其形狀隨容器形狀而異，存在自由表面u 氣體：沒有固定的體積，也沒有一定的形狀，總是充滿整個容器，不存在自由表面第二節(jié) 流體的物理性質(zhì)n 一、密度和比體積n 二、壓縮性和膨脹性n 三、流體的粘性一、密度和比體積1. 密度：單位體積流體所具有的質(zhì)量。n 平均密度： n 點的密度：2、比體積n 比體積：又稱比容，指單位質(zhì)量的流體所占有的體積，用v表示 。n 密度與比容之間的關(guān)系：3、影響流體密度的因素n 1.流體的種類n 2.溫度和壓力二、壓縮性和膨脹性n 流體的體積隨流體所承受的壓力和

4、溫度的大小不同而改變。n 壓縮性：流體體積隨壓力增大而縮小的性質(zhì)。n 膨脹性：流體體積隨溫度升高而增大的性質(zhì)。即常說的熱脹冷縮的性質(zhì)。 （一）液體的壓縮性和膨脹性n 1液體的壓縮性 液體壓縮性的大小，用壓縮系數(shù)來表示。n 壓縮系數(shù)；溫度不變時，單位壓力變化所引起的液體體積相對變化量，即 n 用點來表示：n 2液體的膨脹性n 液體膨脹性的大小用膨脹系數(shù)來表示。n 膨脹系數(shù)；壓力不變時，單位溫度變化所引起的液體體積相對變化量，即 n 結(jié)論：液體的壓縮性和膨脹性都較弱，就二者比較，液體的壓縮性弱于膨脹性。（二）氣體的壓縮性與膨脹性 n 溫度和壓力的改變，對氣體的體積影響很大。其壓縮系數(shù)和膨脹系數(shù)都較

5、大。n 結(jié)論：1、氣體的壓縮性強于膨脹性。 2、氣體壓縮性和膨脹性均強于液體的壓縮性和膨脹性。 3、液體的密度和比容一般情況下可看作常數(shù)，液體?？梢哉J為是不可壓縮流體。 4、氣體?？梢哉J為是可壓縮流體。三、粘性n （一）粘性的概念：n 定義：當流體流動時，在流體層與層之間產(chǎn)生內(nèi)摩擦力抵抗其相對運動的特性，稱為流體的粘性。n 原因：分子之間的作用力n 結(jié)果：流動時粘性產(chǎn)生內(nèi)摩擦，消耗能量，造成流動阻力損失n 粘性是流體在流動時呈現(xiàn)的阻礙流動的性質(zhì)。 流體的內(nèi)摩擦（二）牛頓內(nèi)摩擦定律n 1.表達式2.速度梯度n 表示與流速相垂直的y方向上速度的變化率，速度梯度的物理意義代表流體微團的角變形速度 （

6、三）流體的粘度 n 二者之間的關(guān)系：（四）粘性的影響因素 n 1流體的種類 n 2流體的溫度 液體的粘性隨溫度升高而降低 ； 氣體的粘性隨溫度升高而升高。n 3、流體的壓力五、流體的分類1、理想流體與實際流體2、牛頓流體與非牛頓流體 3、可壓縮流體與不可壓縮流體n 思考：流體在靜止和均勻運動時，速度梯度為零，是不是流體就沒有粘性？第三節(jié) 流體的表面性質(zhì) n 一、表面張力 在液體自由表面存在著的試圖使其表面積縮小至最小的力，稱為表面張力。毛細管現(xiàn)象二、毛細現(xiàn)象 n 毛細現(xiàn)象 ：把兩端開口的細管立于液體中，表面張力可以引起相當顯著的液面上升或下降，形成上凸或下凹的曲面。n 1、附著力大于內(nèi)聚力 ：

7、液面上升，浸潤液體n 2、附著力小于內(nèi)聚力 ：液面下降，不浸潤液體n 大多數(shù)場合由于固體邊界足夠大，同液體所受其他作用力相比，表面張力可忽略不計。但在液滴或氣泡的形成，液體的霧化和液體射流的破碎，汽液兩相流動的傳熱等問題上，就必須考慮表面張力的作用，否則將得到與事實不符的錯誤結(jié)果。 第四節(jié) 流場 連續(xù)性假定 一、連續(xù)性假定1、定義：流體是由數(shù)流體質(zhì)點（微團）組成，在流體質(zhì)點之間沒有任何空隙存在，也就是流場內(nèi)的流體是由無數(shù)流體質(zhì)點組成的連續(xù)介質(zhì)。 流體力學(xué)常應(yīng)用這種連續(xù)介質(zhì)模型作為研究的物理模型。二、水力要素 1有效截面：液流中與所有流線相垂直的截面稱為有效截面（過流斷面），用A表示。 二、水力

8、要素n 2濕周 有效截面上液體與固體壁接觸線的長度叫做濕周。用字母表示 n 3水力半徑 水力半徑是有效截面面積與該斷面濕周的比值。水力半徑用R表示，即 二、水力要素n 當量直徑：在非圓形的有效截面中，水力半徑的四倍，用de表示。思考：n 計算下面管道的當量直徑三、運動要素 1.動壓力2.流速、流量、平均速度：流量：單位時間內(nèi)通過有效截面的流體的數(shù)量體積流量：單位時間內(nèi)通過有效截面的流體體積，用qv來表示，單位m3/s。質(zhì)量流量：單位時間內(nèi)通過有效截面的流體質(zhì)量，用qm來表示，單位kg/s。平均速度：假想速度 第二章 流體靜力學(xué)n 靜力學(xué)：研究流體（液體）在平衡時的基本規(guī)律。n 本章研究的中心問

9、題是靜壓力的分布規(guī)律。n 熱力發(fā)電廠中廣泛使用的液柱式測壓計、水位計以及承壓容器的計算等，都必須確定平衡流體靜壓力或總壓力。 第一節(jié) 作用在流體上的力單位面積流體受到的表面力稱為應(yīng)力。表面力可以是外力，也可以是內(nèi)力 。切向應(yīng)力：二、質(zhì)量力G=mg F=ma F=mr2Ø 注意區(qū)分：單位質(zhì)量力的單位為N/kg，加速度的單位m/s2，表面不同，本質(zhì)是一樣的，但前者屬“力”的概念，后者屬“運動” 概念 。n 流場中流體的壓力p、切應(yīng)力、密度、質(zhì)量力f等是隨地點和時間變化的連續(xù)函數(shù) 。第二節(jié) 靜壓力的概念和表示方法n 一、靜壓力的概念n 壓力（壓強)：在流體內(nèi)部或流體與固體壁面間存在的單位面

10、積上的法向作用力。n 靜壓力：流體處于靜止狀態(tài)或相對靜止狀態(tài)時，流體的壓力。二、靜壓力的特性n 1流體靜壓力的方向和作用面垂直，并指向作用面。 三、壓力的表示方法n 1絕對壓力（真實壓力）：以絕對真空（完全真空）為基準點計算的壓強值稱為絕對壓力，以字母p表示。n 在熱力發(fā)電廠中處于正壓狀態(tài)下工作的管道有：主蒸汽管道系統(tǒng)、給水管道系統(tǒng)、高壓加熱器等。四、壓力的單位表示u 1、用帕斯卡表示， Pa 、 KPa、 MPa 、 bar 1Pa =10-3 KPa =10-6 MPa =10-5 bar 平衡微分方程式u 以上表達式表明： 平衡的必要條件：是微元體上的表面力和質(zhì)量力的合力為零，或者表面力

11、和質(zhì)量力的分力在三個方向上的合力均為零。 二、不可壓縮流體平衡微分方程 三、等壓面n 等壓面的特征：n （1）等壓面上的每一個點上的單位質(zhì)量力，必與過該點的等壓面垂直。靜止流體中等壓面為水平面。n （2）流場中的等壓面互不相交且等壓面是不能突然轉(zhuǎn)折的光滑曲面。n （3）對應(yīng)于不同的壓力值，在流體中就應(yīng)有不同的等壓面。因此在流體中存在著若干個（確切說是無數(shù)多個）等壓面。n （4）靜止狀態(tài)下互不相溶的兩種流體的分界面必為等壓面。自由表面必為等壓面。第四節(jié) 流體靜力學(xué)基本方程式 n 一、流體靜力學(xué)基本方程式 n 分別以A和B為上下限積分：(1)在重力作用下同種連通靜止的液體中各點的z+p/g之和都相

12、等，為一個常數(shù)。 此式表明：壓力的變化與液體數(shù)量多少無關(guān)，只與淹深大小有關(guān)比較圖示容器底部液體壓力的大小:3、第三表達式 用高度差表示n 深度較大的2點的靜壓力等于深度較小的1點的靜壓力再加上兩點的位置高度差、液體密度、重力加速度三者的乘積。反之，深度較小的1點的靜壓力等于深度較大的2點的靜壓力再減去兩點的位置高度差、液體密度、重力加速度三者的乘積。 二、流體靜力學(xué)基本方程式的意義 n 1物理意義 n 2幾何意義3流體力學(xué)意義n 在重力作用下，同種、連通、靜止的液體中，各點的位置能頭和壓力能頭之間可以互相轉(zhuǎn)換，但是液體的靜力能頭面S-S和測壓管能頭面P-P一定是同一水平面。 第五節(jié) 流體靜力學(xué)

13、基本方程式的應(yīng)用n 一、連通器n 鍋爐汽包水位計觀測的水位比實際水位低。二、液柱式測壓計1測壓管（單管測壓計）n 例題2-6 如圖2-21所示，一密閉容器，內(nèi)部盛裝水，兩側(cè)各裝一直管測壓計，右管上端封閉，其中液高 ，液面絕對壓力 ，左管液面為大氣壓, 問容器內(nèi)自由液面上外壓力 是多少？左面測壓管高度 又是多少？ 解：閉口管A-A為等壓面，則 又因為： 所以 n 例題2-7 用于測量凝汽器真空的水銀測壓計如圖2-22所示，已知一汽輪機組的凝汽器水銀真空高度 ，當?shù)卮笃麎毫?，求凝汽器內(nèi)的絕對壓力、相對壓力和真空值。單位用帕斯卡表示。解：選取大氣壓力面為等壓面2水銀測壓管3水銀差壓計4高壓差測量多

14、U形管式測壓計5微壓測量微壓計三、應(yīng)用靜力學(xué)基本方程式的步驟 1選擇正確的等壓面第六節(jié) 流體的相對平衡 n 相對平衡：是指盛有流體（以液體為例）的容器相對于地球來說是運動的，但流體相對于容器來說是靜止的，流體質(zhì)點之間沒有相對運動。 一、勻加速直線運動容器中流體的相對平衡 二、以等角速度繞垂直軸旋轉(zhuǎn)容器中液體的相對平衡例題2-13 如圖所示，一個油箱長 ，高 ，盛油的深度 。油可經(jīng)底部中心流出。問油箱作勻加速直線運動的加速度a為多大時將中斷供油?并求出此時油箱底部距中心處K點的靜壓力。油的密度 。第七節(jié) 靜止流體對壁面的作用力1、工程 背景：壓力容器，水壩，潛艇，活塞等；結(jié)構(gòu)強度，安全性能，運動

15、規(guī)律計算等。第三章 理想流體流動的基本規(guī)律l 第一節(jié) 描述流體流動的方法l 第二節(jié) 跡線與流線l 第四節(jié) 流體流動的類型第一節(jié) 描述流體流動的方法l 流體流動的特點l 流體流動的研究方法 1.拉格朗日法 2.歐拉法l 歐拉法的速度和加速度二 描述流體運動的方法 拉格朗日法 歐拉法加速度l 根據(jù)速度場的數(shù)學(xué)表達式和加速度的定義式，可以寫出加速度分量的表達式：l 流體質(zhì)點在一段時間內(nèi)的運動軌跡，稱為跡線。l 許多流體質(zhì)點的集合，稱為系統(tǒng)。第五節(jié) 流體流動的連續(xù)性方程式 質(zhì)量守恒定律一、連續(xù)性方程式的微分形式 二、一元管流的連續(xù)方程式第六節(jié) 流體流動的伯努里方程式 能量守恒定律l 物理意義：伯努里方

16、程式表明理想流體流動過程中總能量是守恒的，流過不同斷面單位重量流體所具有的動能、壓力勢能、位置勢能的份額不同，可以相互轉(zhuǎn)化，但總和是相等的。 【例】消防救火用水龍帶，直徑 d1=75mm，水帶末端裝有消防噴頭，其出口直徑d2=20mm，若l=1.5m ，消防栓接頭處的相對壓力P1=240kPa ,不計損失，求消防噴頭噴出的水流能到達的高度H。 第七節(jié) 流體的動量方程式- 動量守恒定律 l 當流體運動的速度不論是大小還是方向改變時，即流體的動量發(fā)生變化時，就會對接觸的固體壁面產(chǎn)生作用力，比如流體流過彎管時對管道的作用力，流體繞流葉片時對葉片的作用力，射流的沖力和反推力，都要用到動量方程。 l 噴

17、嘴對水流的作用力的方向與x軸正方向相反，向左。其反作用力即水流對噴管的作用力也是噴管作用在螺栓上的拉力,方向向右。第六章 氣體動力學(xué)基礎(chǔ) 工程上常常將壓縮性比較小的液體當作是不可壓縮流體。氣體的可壓縮性程度比液體要大得多，但常溫下低速氣體的密度變化也很小，所以也常被當作不可壓縮流體來處理。 高速氣流若受擾動，必然會引起很大的壓力變化，以致密度和溫度也會發(fā)生顯著的變化，此時必須考慮壓縮性的影響。 第一節(jié) 微弱擾動波的傳播及音速 一、音速第二節(jié) 微弱擾動波在流場中的傳播 馬赫數(shù)馬赫數(shù)：氣體的流動速度與當?shù)匾羲僦?，用Ma表示： 第三節(jié) 可壓縮一元定常管流基本方程式 l 不管是可壓縮流體還是不可壓縮流體，在本質(zhì)上它們均