流體力學(xué)第二章課件

第一章 緒論§1-1

流體與流體力學(xué)§1-2

連續(xù)介質(zhì)模型§1-3

流體的密度及粘性§1-4

作用在流體上的力§1-5

表面張力流體力學(xué)基礎(chǔ)部分、等離子態(tài)和超固態(tài)牛頓流體油、水、空氣等§1-1

流體與流體力學(xué)一、研究對(duì)象物質(zhì)狀態(tài)固態(tài)、液態(tài)、氣態(tài)第一章緒論二、發(fā)展歷史三、研究方法四、基本原理墨翟（前468-前376，戰(zhàn)國(guó)初）

—《墨經(jīng)》，浮力現(xiàn)象；春秋末《考工記》，利用浮力檢查車(chē)輪；沈括（1031-1095）

—《浮漏儀》—漏壺渴鳥(niǎo)（虹吸管）；達(dá).芬奇（1452-1519）

—簡(jiǎn)單的流體機(jī)械，水中的旋渦。17世紀(jì)中葉以前，對(duì)流動(dòng)現(xiàn)象的樸素認(rèn)識(shí)二、發(fā)展歷史1.1流體與流體力學(xué)20世紀(jì)初至中葉流體力學(xué)迅猛發(fā)展普朗特

(1904,哥廷根大學(xué))—?jiǎng)潟r(shí)代的邊界層理論馮.卡門(mén)

(1929)—加州理工學(xué)院航天實(shí)驗(yàn)室20世紀(jì)初人類(lèi)進(jìn)入航空時(shí)代

—40-50年代跨聲障、越熱障

—60年代載人宇宙航行1.1流體與流體力學(xué)20世紀(jì)中葉以后流體力學(xué)發(fā)展特點(diǎn)多學(xué)科的交叉和滲透

—

如能源、環(huán)境、生命科學(xué)、宇宙探索從高超聲速到復(fù)雜流動(dòng)

—

微尺度、大規(guī)模，伴隨傳質(zhì)、傳熱湍流基礎(chǔ)研究

—

湍流機(jī)理和控制湍流1.1流體與流體力學(xué)1.實(shí)驗(yàn)流體力學(xué)?

直接解決生產(chǎn)問(wèn)題，檢驗(yàn)和建立理論；?

發(fā)現(xiàn)新現(xiàn)象；?

普適性較差，受到費(fèi)用和環(huán)境限制。三、研究方法1.1流體與流體力學(xué)2.理論流體力學(xué)?

明確給出各物理量與流動(dòng)參數(shù)的函數(shù)關(guān)系；?

建立簡(jiǎn)化的數(shù)學(xué)模型時(shí)需要一定的假設(shè)，必須證實(shí)簡(jiǎn)化模型的合理性；?

由于數(shù)學(xué)上的困難，能獲得分析解的問(wèn)題的數(shù)量有限。1.1流體與流體力學(xué)1.1流體與流體力學(xué)§1-2連續(xù)介質(zhì)模型流體的連續(xù)介質(zhì)模型假設(shè)流體質(zhì)點(diǎn)無(wú)間隙地充滿(mǎn)流場(chǎng)。數(shù)學(xué)分析要求連續(xù)性在什么條件下成立？1mm3空氣2.71016個(gè)分子。第一章緒論流體在微小剪切力作用下不能保持形狀，具有流動(dòng)性1.3流體的密度及粘性二、流體的粘性固體可以在靜止?fàn)顟B(tài)承受切向力比較：固體摩擦力與流體粘性阻力流體以持續(xù)變形承受切向力

流體不能承受切向應(yīng)力而保持平衡。無(wú)論這個(gè)力多么小,都將使流體發(fā)生連續(xù)變形。1.流體的力學(xué)定義2.流體的粘性—

流體的固有屬性—

流體抵抗剪切變形的能力—

流體質(zhì)點(diǎn)之間發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，產(chǎn)生切向阻力的性質(zhì)1.3流體的密度及粘性?

流體粘性形成原因（１）兩層液體之間的粘性力決定于分子內(nèi)聚力（２）兩層氣體之間的粘性力決定于分子動(dòng)量交換粘附在固壁上的流體質(zhì)點(diǎn)與固壁一起運(yùn)動(dòng)?壁面無(wú)滑移假定在一般條件下的大量實(shí)驗(yàn)證實(shí)了壁面無(wú)滑移假定溫度對(duì)流體粘度的影響大，壓強(qiáng)對(duì)粘度的影響小1.3流體的密度及粘性3.牛頓平板實(shí)驗(yàn)速度分布：粘附在板上的流體u(h)=U，u(0)=0

兩板間的流體u(y)=Uy/h1.3流體的密度及粘性4.牛頓內(nèi)摩擦定律A

—接觸面積，m2F

—

內(nèi)摩擦力，Ndu/dy

—垂直于流動(dòng)方向的速度梯度，1/s

—?jiǎng)恿φ扯龋琍as1.3流體的密度及粘性關(guān)于牛頓內(nèi)摩擦定律的應(yīng)用——縫隙流動(dòng)局部為近似的平行直線(xiàn)流DdU1.3流體的密度及粘性w5.流體的分類(lèi)（1）牛頓流體和非牛頓流體（2）粘性流體和理想流體（3）可壓縮流體和不可壓縮流體1.3流體的密度及粘性(按流體的物理性質(zhì))§1-4作用在流體上的力特性一：壓強(qiáng)大小與作用面的方向無(wú)關(guān)。只有指向作用面的法向應(yīng)力（壓強(qiáng)）。特性二:拉伸作用力？第一章緒論一、質(zhì)量力二、表面力及應(yīng)力三、理想流體（或靜止流體）內(nèi)的應(yīng)力特征應(yīng)力特性二證明：微元四面體受力分析pypnpxpz以

y方向的力平衡為例f質(zhì)量力投影慣性力投影ABC壓力投影AOC壓力1.4作用在流體上的力aAOC面積=dxdz/2

當(dāng)液體與其它流體和固體接觸時(shí)，在分界面上產(chǎn)生表面張力。一、表面張力表面張力系數(shù)的單位N/m§1-5表面張力第一章緒論界面法向力的平衡壓強(qiáng)差與表面張力關(guān)系界面為三維曲面時(shí)R

曲率半徑氣體與液體的分界面1.5表面張力接觸角>/2二、毛細(xì)現(xiàn)象接觸角</2接觸角接觸角1.5表面張力例：套筒固定，軸均勻旋轉(zhuǎn)，其間隙充滿(mǎn)油液，求施于軸上的扭矩。油=900kg/m3；油=2105m2/s；=150s-1；D=100mm；d=99.5mm；L=120mm。縫隙內(nèi)局部近似為平行直線(xiàn)流1.4作用在流體上的力例題解：軸表面

處處相等，切應(yīng)力產(chǎn)生阻力矩。測(cè)量流體粘性的原理

統(tǒng)一用國(guó)際單位制=0.5油油d3L/(D-d）=1.0Nmq=例題油=900kg/m3,油=2105m2/s,

=150s-1D=100mm；d=99.5mm；L=120mm1.4作用在流體上的力例：與底面平行的水平平板下有兩層均勻油膜，平板在水平方向勻速運(yùn)動(dòng)。求牽引力T。

1=0.142N.s/m2，h1=0.8mm，2=0.235N.s/m2，

h2=1.2mm

。板面積A=0.1m2，速度U=0.4m/s.1.4作用在流體上的力例題兩層流體在界面上速度和應(yīng)力耦合

1.界面速度相等