流體力學第1章 緒論課件

1、人類祖先在海洋里生活了人類祖先在海洋里生活了4040億年億年有關(guān)流動的幾個問題有關(guān)流動的幾個問題人類在空氣里也生活了人類在空氣里也生活了700700萬年萬年高爾夫球高爾夫球起源于起源于1515世紀的蘇格蘭世紀的蘇格蘭起初，人們認為表面光滑的球飛行阻力小，因此用起初，人們認為表面光滑的球飛行阻力小，因此用皮革制球皮革制球后來發(fā)現(xiàn)用舊的球反而飛得遠，這個謎到了后來發(fā)現(xiàn)用舊的球反而飛得遠，這個謎到了2020世紀世紀流體邊界層理論得建立才得以解開流體邊界層理論得建立才得以解開 光滑球光滑球 粗糙球粗糙球現(xiàn)在高爾夫球表面制作成很多凹坑，阻力減小到光現(xiàn)在高爾夫球表面制作成很多凹坑，阻力減小到光滑球的滑球的

2、1/51/5左右左右汽車阻力汽車阻力 汽車發(fā)明于汽車發(fā)明于1919世紀末世紀末當時，人們認為汽車阻力主要來自前部空氣的撞擊當時，人們認為汽車阻力主要來自前部空氣的撞擊因此早期的汽車后部是陡峭的，稱為箱型車，因此早期的汽車后部是陡峭的，稱為箱型車，阻力系數(shù)阻力系數(shù)C CD D很大，約很大，約0.80.8。 實際上，汽車阻力主要取決于后部形成的尾流。實際上，汽車阻力主要取決于后部形成的尾流。 2020世紀世紀3030年代起，人們開始運用流體力學原年代起，人們開始運用流體力學原理，改進了汽車的尾部形狀，出現(xiàn)了甲殼蟲理，改進了汽車的尾部形狀，出現(xiàn)了甲殼蟲型，阻力系數(shù)下降至型，阻力系數(shù)下降至0.60.6

3、。 50506060年代又改進為船型，阻力系數(shù)為年代又改進為船型，阻力系數(shù)為0.450.45。 8080年代經(jīng)風洞實驗系統(tǒng)研究后，進一步改年代經(jīng)風洞實驗系統(tǒng)研究后，進一步改進為魚型，阻力系數(shù)為進為魚型，阻力系數(shù)為0.30.3。 后來又出現(xiàn)楔型，阻力系數(shù)為后來又出現(xiàn)楔型，阻力系數(shù)為0.20.2。 9090年代以后，科研人員研制開發(fā)了氣動性年代以后，科研人員研制開發(fā)了氣動性能更優(yōu)良的汽車，阻力系數(shù)僅為能更優(yōu)良的汽車，阻力系數(shù)僅為0.1370.137。 經(jīng)過近經(jīng)過近8080年的改進，汽車的阻力已經(jīng)減少到年的改進，汽車的阻力已經(jīng)減少到原來的原來的1/51/5目前在汽車外形設(shè)計中，流體力學性能研究目前在

4、汽車外形設(shè)計中，流體力學性能研究已占主導地位，合理的外形使汽車具有更好已占主導地位，合理的外形使汽車具有更好的動力學性能和更低的耗油率。的動力學性能和更低的耗油率。 機翼升力機翼升力 當鳥類停止撲翼在空中滑翔時，當鳥類停止撲翼在空中滑翔時，人們的直觀印象是空氣從下面沖擊著鳥的翅膀，人們的直觀印象是空氣從下面沖擊著鳥的翅膀，把鳥托在空中，類似于船舶受到水面向上壓力把鳥托在空中，類似于船舶受到水面向上壓力 1919世紀初建立的流體繞流環(huán)量理論徹底世紀初建立的流體繞流環(huán)量理論徹底改變了人們的傳統(tǒng)觀念。改變了人們的傳統(tǒng)觀念。 翼型周圍的速度環(huán)流使其產(chǎn)生升力。翼型周圍的速度環(huán)流使其產(chǎn)生升力。足球運動的香

5、蕉球現(xiàn)象可以幫助理解環(huán)流理論：足球運動的香蕉球現(xiàn)象可以幫助理解環(huán)流理論： 旋轉(zhuǎn)的球帶動空氣形成環(huán)流，一側(cè)氣流加速，旋轉(zhuǎn)的球帶動空氣形成環(huán)流，一側(cè)氣流加速，另一側(cè)氣流減速。形成壓力差，使足球拐彎，另一側(cè)氣流減速。形成壓力差，使足球拐彎，稱為稱為馬格努斯效應(yīng)馬格努斯效應(yīng)。 機翼的特殊形狀，使它不用旋轉(zhuǎn)就能產(chǎn)生環(huán)流，機翼的特殊形狀，使它不用旋轉(zhuǎn)就能產(chǎn)生環(huán)流，上部流速加快形成吸力，下部流速減慢成壓力。上部流速加快形成吸力，下部流速減慢成壓力。兩者合力形成升力兩者合力形成升力測量和計算表明上部吸力的貢獻比下部要大。測量和計算表明上部吸力的貢獻比下部要大。 數(shù)百噸重的飛機懸浮在空氣中和萬噸巨輪懸數(shù)百噸重的

6、飛機懸浮在空氣中和萬噸巨輪懸浮在水面上的流體力學原理完全不同浮在水面上的流體力學原理完全不同與圓柱繞流相似：高爾夫球和汽車后部流動圖像與圓柱繞流相似：高爾夫球和汽車后部流動圖像與前部有顯著差別，正是這種差別導致運動的阻與前部有顯著差別，正是這種差別導致運動的阻力力機翼運動時的流動圖像則表明，尾部的旋渦與繞機翼運動時的流動圖像則表明，尾部的旋渦與繞機翼的環(huán)流同時產(chǎn)生，正是這種環(huán)流導致機翼的機翼的環(huán)流同時產(chǎn)生，正是這種環(huán)流導致機翼的升力。升力。豐富多彩的流動圖案背后隱藏著復雜的力學規(guī)豐富多彩的流動圖案背后隱藏著復雜的力學規(guī)律，有些動物具有巧妙運用這些規(guī)律的本領(lǐng)。律，有些動物具有巧妙運用這些規(guī)律的本

7、領(lǐng)。 具有高度智慧的人類為了揭開流動奧秘，具有高度智慧的人類為了揭開流動奧秘，建立了流體力學學科。建立了流體力學學科。 1.1流體力學發(fā)展史簡述流體力學發(fā)展史簡述卡門卡門 錢學森錢學森周培源周培源他們在空氣動力學和湍流理論作出了基礎(chǔ)性和開創(chuàng)性的他們在空氣動力學和湍流理論作出了基礎(chǔ)性和開創(chuàng)性的貢獻。邊界層理論與機翼理論和氣體動力學一道成為了貢獻。邊界層理論與機翼理論和氣體動力學一道成為了現(xiàn)代流體動力學的基石?，F(xiàn)代流體動力學的基石。 20世紀中葉以來，工業(yè)生產(chǎn)和尖端技術(shù)的發(fā)展需要促使流體世紀中葉以來，工業(yè)生產(chǎn)和尖端技術(shù)的發(fā)展需要促使流體力學與其他學科進行交叉融合，形成了包括多個學科的分支力學與其他

8、學科進行交叉融合，形成了包括多個學科的分支體系。目前已包括：體系。目前已包括：（普通）流體力學、粘性流體力學、氣體動力學、稀薄氣體（普通）流體力學、粘性流體力學、氣體動力學、稀薄氣體動力學、水動力學、滲流力學、非牛頓流體力學、多相流體動力學、水動力學、滲流力學、非牛頓流體力學、多相流體力學、磁、化學、生物、地球、計算流體力學等力學、磁、化學、生物、地球、計算流體力學等1.2 流體力學研究內(nèi)容、方法和應(yīng)用流體力學研究內(nèi)容、方法和應(yīng)用流體力學研究內(nèi)容（任務(wù)）流體力學研究內(nèi)容（任務(wù)）研究方法研究方法理論分析方法理論分析方法實驗方法實驗方法數(shù)值分析方法數(shù)值分析方法流體力學研究方法流體力學研究方法優(yōu)點：

9、可以揭示流動的本質(zhì)和規(guī)律，因此具有普遍的適用性。優(yōu)點：可以揭示流動的本質(zhì)和規(guī)律，因此具有普遍的適用性。缺點：但由于數(shù)學上的困難，許多實際流動問題難以精確求解。缺點：但由于數(shù)學上的困難，許多實際流動問題難以精確求解。地球表面水和空氣的運動，地球表面水和空氣的運動，影響氣候和生態(tài)環(huán)境是氣影響氣候和生態(tài)環(huán)境是氣象、水文、水利、環(huán)保、象、水文、水利、環(huán)保、農(nóng)業(yè)、航空、航海、漁業(yè)、農(nóng)業(yè)、航空、航海、漁業(yè)、國防等部門研究的對象。國防等部門研究的對象。 流體力學的應(yīng)用流體力學的應(yīng)用凡是有流體存在的地方，就有流體力學的應(yīng)用場合凡是有流體存在的地方，就有流體力學的應(yīng)用場合航空、航天、造船、機械、動力、冶金、化工

10、、航空、航天、造船、機械、動力、冶金、化工、石油、建筑等部門設(shè)備中的工作介質(zhì)都是流體，石油、建筑等部門設(shè)備中的工作介質(zhì)都是流體，為正確設(shè)計和操作這些設(shè)備，改進流程，提高效為正確設(shè)計和操作這些設(shè)備，改進流程，提高效率，需要掌握流體介質(zhì)運動規(guī)律，即流體力學。率，需要掌握流體介質(zhì)運動規(guī)律，即流體力學。 1.3 流體的定義、特征流體的定義、特征 連續(xù)介質(zhì)假設(shè)連續(xù)介質(zhì)假設(shè)1.1.1 1.1.1 流體的定義和特征流體的定義和特征 固體固體物質(zhì)物質(zhì) 液體液體 氣體氣體流體流體有一定的幾何外形和體積，不易變形有一定的幾何外形和體積，不易變形無一定的形狀，易于變形（無一定的形狀，易于變形（易流動易流動）這些宏觀

11、表象差別在于受這些宏觀表象差別在于受分子間作用力分子間作用力影響影響液體液體和和氣體氣體的區(qū)別：的區(qū)別：1 1、氣體易于壓縮；而液體難于壓縮；、氣體易于壓縮；而液體難于壓縮； 2 2、液體有一定的體積，存在一個自由液面；氣體能充滿任意形、液體有一定的體積，存在一個自由液面；氣體能充滿任意形狀的容器，無一定的體積，不存在自由液面。狀的容器，無一定的體積，不存在自由液面。流體在靜止狀態(tài)僅流體在靜止狀態(tài)僅能承受法向壓應(yīng)力，不能承受法向拉力，能承受法向壓應(yīng)力，不能承受法向拉力，只有在運動狀態(tài)方只有在運動狀態(tài)方能同時承受法向應(yīng)力和切向應(yīng)力能同時承受法向應(yīng)力和切向應(yīng)力；只要剪；只要剪切力存在，不管大小，流

12、體發(fā)生連續(xù)變形。剪切應(yīng)力依賴于切力存在，不管大小，流體發(fā)生連續(xù)變形。剪切應(yīng)力依賴于剪切變形速率，去掉力后不可能恢復原狀，所以在有速度梯剪切變形速率，去掉力后不可能恢復原狀，所以在有速度梯度的流場中就會產(chǎn)生阻礙流動的剪切力，把阻止流體運動的度的流場中就會產(chǎn)生阻礙流動的剪切力，把阻止流體運動的性質(zhì)叫粘性。性質(zhì)叫粘性。在任何微小剪切力的持續(xù)作用下能夠連續(xù)不斷變形的物質(zhì)稱在任何微小剪切力的持續(xù)作用下能夠連續(xù)不斷變形的物質(zhì)稱為為流體，易流動性流體，易流動性是其最基本特性。是其最基本特性。流體流體和和固體固體在力學差別：在力學差別：固體固體在靜止時能承受法向應(yīng)力和切向應(yīng)力，它可以通過微小在靜止時能承受法向

13、應(yīng)力和切向應(yīng)力，它可以通過微小變形抵抗外力，在彈性范圍內(nèi)只要外力不變，則固體不再變變形抵抗外力，在彈性范圍內(nèi)只要外力不變，則固體不再變形；固體在彈性范圍內(nèi)剪切應(yīng)力與剪切變形成比例，去掉力形；固體在彈性范圍內(nèi)剪切應(yīng)力與剪切變形成比例，去掉力就會恢復原狀。就會恢復原狀。力學上的力學上的流體定義：流體定義：連續(xù)介質(zhì)假設(shè)連續(xù)介質(zhì)假設(shè)提出原因提出原因從分子物理角度，物質(zhì)由分子組成，從分子物理角度，物質(zhì)由分子組成，工程上工程上1mm1mm3 3通常算很小的體積通常算很小的體積氣體：氣體：1mm1mm3 3 含含2.72.710101616個分子，分子間距為個分子，分子間距為10107 7 cm cm液體：

14、液體：1mm1mm3 3 含含3.43.410101919個分子，分子間距為個分子，分子間距為10108 8 cm cm既便是既便是1 1立方微米的流體所含分子個數(shù)也在立方微米的流體所含分子個數(shù)也在10107 710101010要討論流體運動規(guī)律，是否有必要討論每一個分子運動規(guī)律？要討論流體運動規(guī)律，是否有必要討論每一個分子運動規(guī)律？只需要討論分子運動的統(tǒng)計平均值（流體宏觀特性）。只需要討論分子運動的統(tǒng)計平均值（流體宏觀特性）。不考慮流體分子的存在，把真實流體看成是由無限多不考慮流體分子的存在，把真實流體看成是由無限多流體質(zhì)流體質(zhì)點點組成的稠密而無間隙的連續(xù)介質(zhì)，組成的稠密而無間隙的連續(xù)介質(zhì)，

15、甚至考慮到流體距離固甚至考慮到流體距離固體邊壁接近體邊壁接近0的極限情況也認為如此。的極限情況也認為如此。這個假設(shè)叫流體連續(xù)這個假設(shè)叫流體連續(xù)介質(zhì)假設(shè)，也叫稠密性假設(shè)。介質(zhì)假設(shè)，也叫稠密性假設(shè)。連續(xù)介質(zhì)假設(shè)提出意義連續(xù)介質(zhì)假設(shè)提出意義 1 1）排除了分子運動的復雜性。）排除了分子運動的復雜性。 2 2）物理量）物理量B B作為時空連續(xù)函數(shù)，即作為時空連續(xù)函數(shù)，即B BB B（x x，y y，z,t),z,t),則可以則可以利用連續(xù)函數(shù)這一數(shù)學工具來研究問題。利用連續(xù)函數(shù)這一數(shù)學工具來研究問題。連續(xù)介質(zhì)假設(shè)主要內(nèi)容（連續(xù)介質(zhì)假設(shè)主要內(nèi)容（1755年歐拉）年歐拉）流體質(zhì)點流體質(zhì)點是體積無窮小而又包

16、含大量分子的流體微團，從宏是體積無窮小而又包含大量分子的流體微團，從宏觀上看，和流動所涉及到的物體特征尺度相比，微團尺度充觀上看，和流動所涉及到的物體特征尺度相比，微團尺度充分小，小到數(shù)學上可以作為一個點來處理；微觀上和分子平分小，小到數(shù)學上可以作為一個點來處理；微觀上和分子平均自由程相比，該微團的尺寸又充分大，包含有足夠的分子，均自由程相比，該微團的尺寸又充分大，包含有足夠的分子，使得分子共同物理屬性的統(tǒng)計平均值有意義。使得分子共同物理屬性的統(tǒng)計平均值有意義。dVdVmzyxVmFFFf00lim1lim),(kjifzyxfffdVtzyxV),(fF重力場中：重力場中：kgfg1.4 作

17、用在流體上的力作用在流體上的力按作用方式分為質(zhì)量力和表面力按作用方式分為質(zhì)量力和表面力1.質(zhì)量力（體積力）：質(zhì)量力（體積力）：透過物質(zhì)傳遞的力（作用在質(zhì)點上的力）。透過物質(zhì)傳遞的力（作用在質(zhì)點上的力）。分離體內(nèi)任取一微元體積分離體內(nèi)任取一微元體積V V，其質(zhì)量，其質(zhì)量m m，質(zhì)量力，質(zhì)量力FgxzSFPnVSVnnpnptfnSdsPp0limnSdSdS PPpnnnppntp nSFPnVSVnnpnptf1.5 流體的主要物理性質(zhì)流體的主要物理性質(zhì)1.5.1 密度密度 相對密度相對密度 比體積、混合氣體密度比體積、混合氣體密度 密度密度（DensityDensity）：單位體積流體的質(zhì)量

18、。單位：）：單位體積流體的質(zhì)量。單位：kg/mkg/m3 3 。它表征流體質(zhì)量在空間的密集程度。它表征流體質(zhì)量在空間的密集程度。P體積體積v質(zhì)量質(zhì)量 mVmv v內(nèi)流體平均密度內(nèi)流體平均密度連續(xù)介質(zhì)中一點連續(xù)介質(zhì)中一點P處的密度定義處的密度定義dVdmVmV0lim277K277K時水的密度：時水的密度： =1000 =1000 kg/mkg/m3 3 288K288K時空氣的密度時空氣的密度: : = = 1.226 kg/m 1.226 kg/m3 3比體積比體積：單位質(zhì)量流體所占有的體積，即密度的倒數(shù)。：單位質(zhì)量流體所占有的體積，即密度的倒數(shù)。 單位：單位：m3/kg。v v=1/=1/

19、 容重容重( (重度，重率）：重度，重率）：指單位體積流體的重量。單位：指單位體積流體的重量。單位：N/mN/m3 3 。VGV0lim均質(zhì)流體內(nèi)部各點處的容重均相等：均質(zhì)流體內(nèi)部各點處的容重均相等： =G/V =G/V = g g水的容重常用值：水的容重常用值： = =9800 N/m9800 N/m3 3相對密度（比重）相對密度（比重）液體：液體：是指液體重量與同體積標準水重量之比，沒有單位，是指液體重量與同體積標準水重量之比，沒有單位，是無量綱數(shù)。是無量綱數(shù)。wwwGGd標準純水：標準純水：a.a.物理學上物理學上44水為標準，水為標準， =1000 =1000 kgkg / / m m

20、3 3；b.b.工程上工程上 2020的蒸餾水為標準，的蒸餾水為標準， =1000 =1000 kgkg / / m m3 3；不同流體有不同密度，同一種流體，特別是氣體密度通常不同流體有不同密度，同一種流體，特別是氣體密度通常隨壓力和溫度的變化而變化，即隨壓力和溫度的變化而變化，即),(Tp氣體：氣體：同樣壓強、溫度條件下氣體重度與空氣重度之比同樣壓強、溫度條件下氣體重度與空氣重度之比混合氣體密度混合氣體密度inii1組分組分i體積百分比體積百分比組分組分i密度密度1.5.2 1.5.2 流體的壓縮性與膨脹性流體的壓縮性與膨脹性壓縮性：壓縮性：當作用在流體上的壓力增加時，流體體積將減小，流體

21、當作用在流體上的壓力增加時，流體體積將減小，流體的這種特性稱為流體的壓縮性；通常用體積壓縮率的這種特性稱為流體的壓縮性；通常用體積壓縮率表示。它是表示。它是指一定質(zhì)量的流體溫度不變時，壓力每增加一個單位，單位體積指一定質(zhì)量的流體溫度不變時，壓力每增加一個單位，單位體積流體的體積增加量，即流體的體積增加量，即膨脹性：膨脹性：當溫度變化時，流體的體積也隨之變化，溫度升高體積當溫度變化時，流體的體積也隨之變化，溫度升高體積膨脹，這種特性稱為流體的膨脹性，用膨脹系數(shù)膨脹，這種特性稱為流體的膨脹性，用膨脹系數(shù)V表示。它是表示。它是指一定質(zhì)量流體當壓力保持不變，溫度升高指一定質(zhì)量流體當壓力保持不變，溫度升

22、高1K時單位體積流體時單位體積流體體積增加量，即體積增加量，即/21NmpVV/11KTVVVVVpK1體積（壓縮）模量，值越大，壓體積（壓縮）模量，值越大，壓縮性越小縮性越小液體壓縮系數(shù)和膨脹系數(shù)比較小，一般工程上不考慮其壓液體壓縮系數(shù)和膨脹系數(shù)比較小，一般工程上不考慮其壓縮性和膨脹性。但當流場中壓力和溫度變化比較大時，如縮性和膨脹性。但當流場中壓力和溫度變化比較大時，如高壓鍋爐內(nèi)等特殊問題，就必須考慮液體的壓縮性和膨脹高壓鍋爐內(nèi)等特殊問題，就必須考慮液體的壓縮性和膨脹性。性。氣體密度（體積）隨壓力和溫度變化較大，熱力學中用氣體氣體密度（體積）隨壓力和溫度變化較大，熱力學中用氣體狀態(tài)方程來描

23、述它們的關(guān)系，完全氣體狀態(tài)方程狀態(tài)方程來描述它們的關(guān)系，完全氣體狀態(tài)方程根據(jù)壓縮系數(shù)和膨脹系數(shù)的定義，可得根據(jù)壓縮系數(shù)和膨脹系數(shù)的定義，可得RTpTVp/1,/1氣體的體積模量隨氣體的變化過程不同而不同。由熱力學知氣體的體積模量隨氣體的變化過程不同而不同。由熱力學知識，多變過程的方程為識，多變過程的方程為.constnpvRTpv 或或.constnpv微分后得微分后得npdpdpnvdvnnpv或或vdv01npVdVdpVVpVK0limn1，pvc等溫過程等溫過程pK n，pv c等熵過程等熵過程pK注意：注意： 這里這里是絕熱指數(shù)，對空氣是絕熱指數(shù)，對空氣1.4，p是氣體壓強，是氣體壓

24、強，1個標準大氣壓是個標準大氣壓是1.01325105Pa，1個工程大氣壓是個工程大氣壓是9.8104Pa。注意：注意：可壓縮流體和不可壓縮流體的劃分并不是絕對的，通常可以把可壓縮流體和不可壓縮流體的劃分并不是絕對的，通常可以把氣體看成是可壓縮流體。但當氣體的壓力和溫度在整個流動過氣體看成是可壓縮流體。但當氣體的壓力和溫度在整個流動過程中變化很小時（如通風系統(tǒng)），它的重度和密度變化也很小，程中變化很小時（如通風系統(tǒng)），它的重度和密度變化也很小，可以近似地看作常數(shù)；再如，當氣體的速度比當?shù)芈曀傩〉枚嗫梢越频乜醋鞒?shù)；再如，當氣體的速度比當?shù)芈曀傩〉枚鄷r，氣體密度的變化可以忽略。對于能把氣體密度

25、看成常數(shù)的時，氣體密度的變化可以忽略。對于能把氣體密度看成常數(shù)的情況，可按不可壓縮流體來處理。情況，可按不可壓縮流體來處理。在一般情況下，液體的壓縮系數(shù)和膨脹系數(shù)都很小，通常不在一般情況下，液體的壓縮系數(shù)和膨脹系數(shù)都很小，通常不考慮其壓縮性和膨脹性，對于能夠忽略其壓縮性的流體稱為考慮其壓縮性和膨脹性，對于能夠忽略其壓縮性的流體稱為不可壓縮流體。不可壓縮流體的密度和重度可以看作常數(shù)。不可壓縮流體。不可壓縮流體的密度和重度可以看作常數(shù)。反之可以稱為可壓縮流體。反之可以稱為可壓縮流體。1.5.3 1.5.3 流體的粘性流體的粘性Ff固態(tài)之間存在相對運固態(tài)之間存在相對運動時，二者之間存在動時，二者之間

26、存在滑動摩擦滑動摩擦Vv拖曳力拖曳力阻滯力阻滯力流體所具有的抵抗兩層流體相對流體所具有的抵抗兩層流體相對滑動或剪切變形的性質(zhì)稱為滑動或剪切變形的性質(zhì)稱為流體流體的粘性的粘性。它是一種在流體內(nèi)產(chǎn)生。它是一種在流體內(nèi)產(chǎn)生內(nèi)摩擦力的性質(zhì)。通常流體中的內(nèi)摩擦力的性質(zhì)。通常流體中的內(nèi)摩擦力也叫粘性剪切力。內(nèi)摩擦力也叫粘性剪切力。1 1 流體的粘性流體的粘性注意：注意：粘性粘性是流體的是流體的固有固有屬性，但流體只有流動時才表現(xiàn)出粘性，屬性，但流體只有流動時才表現(xiàn)出粘性，靜止流體不呈現(xiàn)粘性，粘性的作用表現(xiàn)為阻止流體相對滑靜止流體不呈現(xiàn)粘性，粘性的作用表現(xiàn)為阻止流體相對滑動，只能延緩滑動過程不能停止它。動，

27、只能延緩滑動過程不能停止它。 流體粘性形成原因流體粘性形成原因: :(1)(1)兩層液體之間的粘性力主要由分子內(nèi)聚力形成兩層液體之間的粘性力主要由分子內(nèi)聚力形成(2)(2)兩層氣體之間的粘性力主要由分子動量交換形成兩層氣體之間的粘性力主要由分子動量交換形成流體粘性是微觀作用通過流體粘性是微觀作用通過內(nèi)摩擦力內(nèi)摩擦力的形式的宏觀表現(xiàn)。的形式的宏觀表現(xiàn)。2 牛頓粘性定律牛頓粘性定律hUAF 牛頓內(nèi)摩擦定律：牛頓內(nèi)摩擦定律：切應(yīng)力：切應(yīng)力：hUAFdydudyduAFhuyUFFOxy是在速度垂直方向單位長度速度是在速度垂直方向單位長度速度增量，稱為速度梯度。增量，稱為速度梯度。yyuuu對于微元流

28、層速度梯度為：對于微元流層速度梯度為：dyduyuy)(lim0du/dy0取負號；否則正號，這樣，內(nèi)摩擦取負號；否則正號，這樣，內(nèi)摩擦力總是正值。作用在低速層上切應(yīng)力的方向力總是正值。作用在低速層上切應(yīng)力的方向與低速流層速度方向相同，作用在高速流層與低速流層速度方向相同，作用在高速流層上切應(yīng)力的方向與高速層速度方向相反。上切應(yīng)力的方向與高速層速度方向相反。切應(yīng)力：切應(yīng)力：dydudyduAFdu/dy0取負號；否則正號，這樣，內(nèi)摩擦取負號；否則正號，這樣，內(nèi)摩擦力總是正值。作用在低速層上切應(yīng)力的方向力總是正值。作用在低速層上切應(yīng)力的方向與低速流層速度方向相同，作用在高速流層與低速流層速度方向

29、相同，作用在高速流層上切應(yīng)力的方向與高速層速度方向相反。上切應(yīng)力的方向與高速層速度方向相反。注意：注意：目前，大部分流體力學教材上的牛頓切應(yīng)力公式，并沒有正、目前，大部分流體力學教材上的牛頓切應(yīng)力公式，并沒有正、負號，形式如下：負號，形式如下：dyduAF實際上上式隱含著這樣一條假定：流體速度沿著坐標軸方向增實際上上式隱含著這樣一條假定：流體速度沿著坐標軸方向增加（這是很多流場微元體受力分析的基本假定，很多教材都是加（這是很多流場微元體受力分析的基本假定，很多教材都是這樣默認的，并沒有給予明確說明），如果實際計算結(jié)果這樣默認的，并沒有給予明確說明），如果實際計算結(jié)果為負為負值，意味著值，意味著

30、與假定速度方向獲得的切應(yīng)力方向相反與假定速度方向獲得的切應(yīng)力方向相反。a.a.速度梯度的物理意義速度梯度的物理意義角變形速度（剪切應(yīng)變率）角變形速度（剪切應(yīng)變率）dydudydudttgdddtddyduudt(u+du)dtdudtdyd流體流體與與固體固體在摩擦規(guī)律上完全不同在摩擦規(guī)律上完全不同正比于正比于du/dy正比于正壓力，與速度無關(guān)正比于正壓力，與速度無關(guān)b.b.動力粘度（系數(shù)）動力粘度（系數(shù)）：與流體性質(zhì)有關(guān)：與流體性質(zhì)有關(guān)Pas，其，其大小是衡量粘性強弱的標志。大小是衡量粘性強弱的標志。運動粘度（系數(shù)）：運動粘度（系數(shù)）：m m/s/s)T(f)p,T(f微觀機制：微觀機制：液

31、體吸引力液體吸引力T氣體熱運動氣體熱運動Tdu/dy牛頓流體牛頓流體o 牛頓流體牛頓流體服從牛頓內(nèi)摩擦定律的流體（水、大服從牛頓內(nèi)摩擦定律的流體（水、大部分輕油、氣體等）部分輕油、氣體等）c.c.牛頓流體與非牛頓流體牛頓流體與非牛頓流體0du/dyo塑性流體塑性流體 非牛頓流體非牛頓流體 塑性流體塑性流體克服初始應(yīng)力克服初始應(yīng)力0 0后，后，才與速度梯度成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）正比（牙膏、新拌水泥砂漿、中等濃度的懸浮液等）du/dyo擬塑性流體擬塑性流體 擬塑性流體擬塑性流體的的增長率增長率隨隨du/dy的增大而降低（高的增大而降低（高分子溶液、紙漿、血液等）分子溶液、紙漿、血液等）du/dyo膨脹型流體膨脹型流體 膨脹型流體膨脹型流體的的增長率增長率隨隨du/dy的增大而增加（淀的增大而增加（淀粉糊、挾沙水流）粉糊、挾沙水流）0du/dyo膨脹型流體膨脹型流體牛頓流體牛頓流體擬塑性流體擬塑性流體