工程流體力學-1

1、 流體的特性1流體不能承受拉力,因而流體內(nèi)部永遠不存在抵抗拉伸變形的拉應(yīng)力2流體在宏觀平衡狀態(tài)下不能承受剪切力,任何微小的剪切力都會導致流體連續(xù)變形,平衡破壞,產(chǎn)生流動 連續(xù)介質(zhì)假設(shè)1流體是由無數(shù)個無窮小的,緊密相連,連續(xù)不斷,無間隙的流體質(zhì)點組成2流體的各種參數(shù)都可以看成空間和時間的單值連續(xù)函數(shù) 作用在流體上的力的分類1一類是重力場作用的結(jié)果,稱為質(zhì)量力,其大小和流體質(zhì)量成正比2另一類是表面力,是分離體以外的其他物體通過分離體表面作用在分離體上的力,分為剪切應(yīng)力和法向應(yīng)力 表面張力1它是一種特殊的表面力,它不是接觸面以外物質(zhì)的作用結(jié)果,而恰恰是由液體內(nèi)的分子對處于表面層的分子的吸引而產(chǎn)生的2

2、液體自由表面上單位長度的流體線所受到的拉力稱為表面張力系數(shù)3液體與固體壁面接觸時,在液體表面與固壁面的交界處作液體表面的切面,此切面與固壁面在液體內(nèi)部所夾的角度稱為接觸角 拉普拉斯表面張力方程 當液體表面發(fā)生彎曲時,液體內(nèi)部的壓強 與外部的流體介質(zhì)的壓強 之差與曲面的兩個主曲率半徑 有關(guān),其中常數(shù)為表面張力系數(shù)pop21,RR)11(21RRppo 空氣中的液滴a.不考慮重力影響,則液體內(nèi)部壓強為常數(shù)又根據(jù)對稱性,兩個曲率半徑相等內(nèi)外壓強差為b.考慮重力影響,則越靠近下方,液滴的曲率半徑越小Rppo2CRR2111 液體氣泡:液體氣泡有內(nèi)表面和外表面,其半徑氣泡內(nèi)氣體壓強為氣泡外部空氣壓強為液

3、體的壓強為對內(nèi)表面和外表面分別代入拉普拉斯方程,則有若內(nèi)外徑相等,得 21,RRpop1p211122RppRppoRppo4 流體的壓縮系數(shù)及膨脹系數(shù)1壓縮系數(shù):一定溫度下單位壓強增量引起的體積變化率,即壓縮系數(shù)的倒數(shù)也可以衡量流體的壓縮性.即流體的體積模量2膨脹系數(shù):一定壓強下單位溫度上升引起的體積變化率dPdVVPVVPVVkt1dVdpVkKt1dTdVVTVVTVVV1 氣體狀態(tài)方程: 在工程實際中,氣體必須同時考慮壓強和溫度的共同影響,其密度和壓強關(guān)系如下 P 氣體絕對壓強T 氣體的熱力學溫度R 氣體常數(shù)m 氣體質(zhì)量mRTpV 不可壓縮流體1目的:為了研究問題方便,規(guī)定等溫壓縮率和

4、體脹系數(shù)完全為零的流體為不可壓縮流體2實際中絕對不可壓縮流體并不存在,但在通常條件下,液體及低速運動氣體的壓縮性對其運動和平衡問題并無太大影響,忽略其可壓縮性,而直接用不可壓縮流體理論,即在作為近似分析問題時可以采用不可壓縮流體理論處理該問題 流體黏性:流體流動時,流體質(zhì)點發(fā)生相對滑移產(chǎn)生摩擦力的性質(zhì);流體在靜止時不承受切應(yīng)力,但在運動時,對相鄰兩層流體間的相對運動有抵抗,在層與層之間產(chǎn)生內(nèi)部摩擦力或切應(yīng)力/ 動力黏度:流體黏度大小用動力黏度來表示 牛頓內(nèi)摩擦定律: 其中比例系數(shù)為動力黏度 運動黏度為動力黏度與流體密度的比值dydvx 形成流體黏性的原因a.分子間的引力:流體微團要產(chǎn)生相對運動

5、.首先克服分子間的引力,該因素是液體黏性的主要原因b.分子熱運動:流體分子的熱運動在不同流速層間的動量交換形成的黏性阻力.該因素是氣體黏性的主要因素 影響?zhàn)ば缘囊蛩販囟?溫度升高時分子距離增大,液體分子間的引力減小,故液體黏性減小;溫度升高時氣體的熱原動加劇,故氣體的黏性增大壓強:壓強上升時,液體分子距離減小,分子間的引力增大,故液體黏性增大;氣體的熱運動加劇,故氣體的黏性增大 黏性流體和理想流體1實際流體都有黏性2理想流體假設(shè)無黏性的流體,并不實際存在a.理想流體在運動時不僅內(nèi)部不存在摩擦力,而且在它與固體接觸的邊界上也不存在著摩擦力,計算起來比考慮黏性力時簡單得多b.有些問題黏性不起主要作用,忽略黏性可以容易分析其力學關(guān)系,所得結(jié)果與實際并無太大出入c.有些問題雖然流體黏性不可忽視,但可先討論理想流體再對其進行修正,計算較容易,結(jié)果與實際有一些差別,但可以作為定性分析3黏性切應(yīng)力計算 如果流體作一元運動,速度不太大,黏性系數(shù)比較大,邊界條件簡單,則速度變化可看成線性變化,由此