工程流体力学-流体物理特性_图文(精)
工程流体力学第二章2020(版)
解：假设两盘之间流体的速度为直线 分布，上盘半径r处的切向应力为：
r
所需力矩为： M
d
0
2 2rdr r
2 d 2 r 3dr
0
d 4 32
d
dr r
牛顿流体：切向应力和流体的速度梯度成正比的流体， 即满足牛顿粘性应力公式的流体。 非牛顿流体：不满足牛顿粘性应力公式的流体。
dvx dy
n
k
上式中， 为流体的表观粘度，k为常数，n为指数。
dx dy
A：牛顿流体，如水和空气
B：理想塑性体，存在屈服应力τ。如牙膏
C：拟塑性体，如粘土浆和纸浆
D：胀流型流体，如面糊
o
D A CB
0
τ
理想流体：假设没有粘性的流体，即 =0。
理想流体是假想的流体模型，客 观上并不存在。实际流体都是有 粘性的。
12
应用1：如下图所示，转轴直径d=0.36m，轴承长度l=1m，轴与轴承 之间的间隙=0.2mm，其中充满动力粘度=0.72Pa·s的油，如果轴 的转速n=200 r/min，求克服油的粘性阻力所消耗的功率。
分析：油层与轴承接触面上的速度为
d
零，与接触面上的速度等于轴面上的
线速度：
r r n 0.18 200 3.77 m/s
出现两种情形： ①润湿：内聚力＞附着力， 液体依附于固体壁面。如：水在玻璃管内。
②不润湿：内聚力＜附着力， 主讲人：宋永军
第二章 流体及其物理性质
2.1 流体的定义和特征
定义：能够流动的物质为流体； 定义（力学）：在任何微小剪切力的作用下都能发生连续 变形的物质称为流体。 特征：流动性、压缩、膨胀性、粘性
物态
固体 液体 气体
流体力学第一章流体的基本特性
第一章 流体的基本特性
将毛细管插入液体内，管内、外的液面产生高度差的现象称为毛 细现象。如果液体能润湿壁面，则管内液面升高；如果液体不能 润湿壁面，则管内液面下降。图1⁃6所示为毛细玻璃管插入水和水 银中的毛细现象。液面高度差主要取决于流体的性质和毛细管的 直径。
图1-5 液体与固体壁面的接触情况
第一章 流体的基本特性
第一章 流体的基本特性
解：轴表面的圆周速度为
图1-4 例1-2图
第一章 流体的基本特性
第一章 流体的基本特性
第一章 流体的基本特性
四、液体的表面张力 1.表面张力 在液体的自由液面上，由ห้องสมุดไป่ตู้液体分子两侧分子吸引力的不平衡， 使自由表面上液体分子受有极其微小的拉力，这种仅存在于液体 自由表面上的拉力称为表面张力。 2.毛细现象
假定两块平行平板，其间充满液体，下板A静止不动，上板B以匀 速度0向右移动，如图1
图1-1 平行平板流体层流速度分布图
第一章 流体的基本特性
2.牛顿内摩擦力定律
3.流体的粘度 粘度是反映流体粘滞性大小的参数，根据用途和测量方法的不同， 常用的粘度有以下几种。 (1)动力粘度μ 即粘性动力系数，其物理意义是在相同的速度梯度 dwg/dy下，表征流体粘滞性的大小。 (2)运动粘度ν 即粘性运动系数，它是流体动力粘度μ与流体密度ρ 的比值。
第一章 流体的基本特性
二、质量力 质量力是指作用在流体体积内所有流体质点上的力，其大小与流 体的质量成正比。就匀质流体来说，质量与体积成正比，所以质 量力又称为体积力。常见的质量力有重力和惯性力两种。重力是 地球对流体每一个质点的吸引力。惯性力是流体质点受外力作用 后作变速运动时，由于惯性而在流体质点上体现的一种力；其大 小等于该质点质量与其加速度的乘积，方向和加速度的方向相反。
工程流体力学第1章_流体的主要物理性质
第1章 流体的主要物理性质
在工程上，也常用体积弹性系数 E 表示压缩性的大小：
E
1 KT
单位：Pa（即N/m2），大气压
E值越大，表示流体越容易被压缩，还是越不容易被压缩？ 答案：不容易被压缩。
5、膨胀性
定义：压力不变时，流体温度升高其体积增大的性质称为膨胀性。 膨胀性大小用 体积膨胀系数 αv 来表示。
dV d V
因此，体积压缩系数又可写作：K 1 d T 根据密度是否变化，将流体分为：
dp
不可压缩流体：密度视为不变的流体， = Const。 可压缩流体：密度视为可变化的流体，气体p = RT， = f(p,T)。
说明：
（1）通常液体的压缩性很小，一般视为不可压缩流体。但当压强变化很大时， 如水击、水中爆炸等，则必须考虑压缩性。 （2）气体的压缩性较大，一般将气体视为可压缩流体。但在流速不高、压强 变化较小时，可按不可压缩流体对待。 14
9
第1章 流体的主要物理性质
2、重度
定义：单位体积流体所具有的重量。
数学表达式：对均质流体：
G V
V 0
对非均质流体： lim G dG
单位：国际单位：N/m3 物理单位：dyn/cm3 工程单位：kgf/m3
V
dV
达因/10-5牛顿
根据牛顿第二定律：G = Mg，两端同除以体积V，则得到重度与密度的关系：
体积膨胀系数αv：在压力不变的条件下，每增加一个单位温度，所发生
的流体体积的相对变化量。
15
第1章 流体的主要物理性质
数学表达式： dV V ，或 V
dt
aV
V V t
式中：V ——原有体积，m3； dV ——体积改变量，m3； dt ——温度的变化，℃，K； αv——体积膨胀系数，1/℃，1/K； 说明：液体的膨胀系数αv较小，工程上一般不考虑液体的膨胀性。 气体的膨胀性系数αv较大，一般应考虑。
工程流体力学第二章 流体及其物理性质
第四节 流体的压缩性和膨胀性
可压缩流体和不可压缩流体
根据流体受压体积缩小的性质，流体可以分为： a.可压缩流体(compressible flow) 流体密度随压强变化不能忽略的流体（ρ ≠ Const ）。 b.不可压缩流体（incompressible flow） 流体密度随压强变化很小，流体的密度可视为常数的流体（ ρ ＝Const ）
第五节 流体的粘性
b. 气体：
气体分子间距离大，内聚力很小，所以粘度主要是由气体分子运 动动量交换的结果所引起的。温度升高，分子运动加快，动量交换频 繁，所以μ值增加。
第五节 流体的粘性
黏度的影响因素：
流体黏度μ的数值随流体种类不同而不同，并随压强、温度变化 而变化。 流体种类：一般的，相同条件下，液体的黏度大于气体的黏度； 压强：对常见的流体，如水，气体等， μ值随压强的变化不大，一般 可以忽略不计。 温度：是影响黏度的主要因素。当温度升高时，液体的黏度减小，气 体的黏度增加。 小问题：下面关于流体黏性的说法中，不正确的是： （ D） A、黏性是流体的固有属性；B、黏性是在运动状态下，流体有抵抗剪 切变形速率能力的量度；C、流体的黏性具有传递运动和阻滞运动的 双重性；D、流体的黏度随温度升高而增大。
1 103 Pa s 0.01P 1.8 105 Pa s 0.00018P
常温常压下空气的运动粘度是水的15倍 水 空气
1 106 m 2 / s 0.01cm 2 / s
15 105 m 2 /s 0.15cm 2 /s
第五节 流体的粘性
牛顿流体和非牛顿流体
牛顿流体: 剪应力和变形速率满足 线性关系。图中A所示。 非牛顿流体：剪切应力和变形速率 之间不满足线性关系的流体。 图中B、C、D均属非牛顿流体。
流体力学基本知识PPT优秀课件
第一节 流体的主要物理性质 第二节 流体静压强及其分布规律 第三节 流体运动的基本知识 第四节 流动阻力和水头损失 第五节 孔口、管嘴出流及两相流体简介
2021/6/3
1
第一节 流体的主要物理性质
一、密度和容重 密度：对于均质流体，单位体积的质量称为
流体的密度。 容重：对于均质流体，单位体积的 重量称为
等压面：流体中压强相等的各点所组成 的面为等压面。
2021/6/3
10
压强的度量基准：
（1）绝对压强：是以完全真空为零点计算的 压强，用PA表示。
（2）相对压强：是以大气压强为零点计算的 压强，用P表示。
相对压强与绝对压强的关系为： P=PA-Pa (1-9)
2021/6/3
11
第三节 流体运动的基本知识
水力学基本方程式。式中γ和p0都是常数。
方程表示静水压强与水深成正比的直线分布 规律。方程式还表明，作用于液面上的表面 压强p0是等值地传递到静止液体中每一点上。 方程也适用于静止气体压强的计算，只是式 中的气体容重很小，因此，在高差h不大的 情况下，可忽略项，则p=p0。例如研究气 体作用在锅炉壁上的静压强时，可以认为气 体空间各点的静压强相等。
表面压强为： p=△p/△ω (1-6)
点压强为： lim p=dp/dω ( Pa) 点压强就是静压强
2021/6/3
7
流体静压强的两个特征：
（1）流体静压强的方向必定沿着作用面的 内法线方向。
（2）任意点的流体静压强只有一个值，它 不因作用面方位的改变而改变。
2021/6/3
8
二、流体静压强的分布规律
一、流体运动的基本概念
（一）压力流与无压流 1.压力流：流体在压差作用下流动时，流体 整个周围都和固体壁相接触，没有自由表 面。 2.无压流：液体在重力作用下流动时，液体 的部分周界与固体壁相接触，部分周界与 气体接触，形成自由表面。
工程流体力学课件1流体的概述
边界层
研究流体在流动时接触的壁面 附近的流动特性。
流体力学的应用领域
1
航空航天
研究飞机、火箭和导弹等飞行器的气动力学性能。
2
海洋工程
研究海洋中流动的水体对海洋建筑物和船只的影响。
3
能源工程
研究流体的能量转换和传输，如水电站、风力发电等。
流体力学的基本原理和方程
质量守恒
描述了流体质量在流动过 程中的守恒原理。
流体与固体则不易流动。
变形性
流体容易发生形状变化，而固体则保持形状稳定。
难以保持形状
流体容易变形，它们没有固定的形状，而固体则有固定的形状。
流体的基本性质
1 流动性
流体可以流动并适应容器的形状。
2 不可压缩性
在普通条件下，流体体积几乎不会随压力的变化而改变。
动量守恒
描述了流体在受力作用下 动量守恒的原理。
能量守恒
描述了流体能量在流动过 程中的守恒原理。
3 黏性
流体具有一定的黏性，可以阻碍其流动。
流体的分类
牛顿流体
流体的粘性随剪切速率线性 变化。
非牛顿流体
流体的粘性随剪切速率非线 性变化，可能出现剪切变稀 或剪切变稠。
理想流体
流体无黏性，粘性近似为零。
流体力学的研究对象
流体流动
研究流体在各种形状和尺寸的 通道中的流动行为。
湍流现象
研究流体快速流动时产生的涡 旋和混乱现象。
工程流体力学课件1流体 的概述
流体力学研究流体的运动和力学性质。流体与固体相比，具有流动性和变形 性，且不易保持形状。通过基本性质和分类，我们可以了解流体力学的应用 和原理。
流体力学的定义
流体力学是研究流体运动和力学性质的学科，涉及流体的流动、变形、压力 等方面。它为我们理解各种流体现象和应用提供了基础知识。
流体及其物理性质流体力学PPT课件
临界体积
流体团分子速度的统计平均值曲线
3
B1.1.2 流体质点概念
B1.1.2 流体质点概念
• 为了满足数学分析的需要，引入流体质点模型 (1)流体质点无线尺度，无热运动，只在外力作用下作宏观平 移运动; (2) 将周围临界体积范围内的分子平均特性赋于质点。
基础篇
B1. 流体及其物理性质 B2. 流动分析基础 B3. 微分形式的基本方程 B4. 积分形式的基本方程 B5. 量纲分析与相似原理
1
标题添加
点击此处输入相 关文本内容
标题添加
点击此处输入相 关文本内容
总体概述
点击此处输入 相关文本内容
点击此处输入 相关文本内容
2
B1.1.1 流体的微观和宏观特性
牛顿在《自然哲学的数学原理》一书中指出：
• “流体的两部分由于缺乏润滑而引起的阻力（若其他情况一 样），同流体两部分彼此分开的速度成正比”;
• “不过，流体的阻力正比于速度，与其说是物理实际，不
如说是数学假设”。
14
B1.3.1 流体粘性的表现(6-2)
牛顿内摩擦假设在过了近一百年后，由库仑 （C.A.Coulomb,1784）用实验得到证实。
• 相邻两流层之间的 分子动量交换表现为 力的作用，称为表观 切应力。气体内摩擦 力即以表观切应力为 主。
18
B1.3.1 流体粘性的表现(6-6)
B1.3.1 流体的粘性 2. 壁面不滑移假设
由于流体的易变形性，流体与 固壁可实现分子量级的粘附作 用。通过分子内聚力使粘• 为了描述流体微团的旋转和变形引入流体质元（流体元）模型： (1)流体元为由大量流体质点构成的微小单元（δx，δy，δz）； (2) 由流体质点的相对运动形成流体元的旋转和变形。
1工程流体力学 第一章流体及其主要物理性质
§1-4 作用在液体上的力（续1）
单位质量力在各轴的分量为X、 Y、 Z。
液体体积为V，质量为M，质量力为F，
在各轴的分量为F x、F y 、 F z 、则：
X
Y
Fx M
Fy
Z
M
Fz
M
§1-4 作用在液体上的力（续2） ❖ 单位质量力表示外力场的强度，
它的物理量纲与加速度相同。 ❖在直角坐标系中，习惯以X,Y,Z
转轴上的摩擦力矩 M 10.89J, 如图1－4所示。
求润滑油的粘性系数 。
§1-2 流体的粘性（续10）
解：根据牛顿内摩擦定律计算摩擦力
在转轴圆心角 d
的微面积为 dA L d d上
2
所受的摩擦力为：
dF du dA du L d d
dy
dy 2
摩擦力对轴心的矩为
dM
d
dF
d
du
dA
d
§1-1 流体与连续介质模型（续3）
引入连续介质模型后,流体的宏观 物理量,如压强(pressure)密度(density) 等,都可表示成空间坐标和时间的连续 函数,可用数学中的连续函数来描述和
分析流体的平衡和运动规律——重要 作用。
§1-2 流体的粘性
一、粘性的概念
如图1-2所示，设
有两块相距h的平行
第一章 流体及其物理性质小结
三、流体的压缩性 体积弹性模量的定义
Ev
dp dV
V
流体的压缩性小,对应的体积弹性模量
值越大。
不可压缩流体:忽略流体密度的变化,不
可压缩流体的密度视为常量,体积弹性模量
为无限大。
第一章 流体及其物理性质小结
流体力学认识流体 流体的性质与特点 PPT
vxt
f'
g'
y
e'
h'
d lim lim vxt / y d x
dt t0 t t0 t
dy
F ' A U
H
dx
dy
牛顿内摩擦定律
粘性切应力由相邻 两层流体之间的速 度梯度决定，而不 是由速度决定。
粘性切应力由流 体元的角变形速 率决定，而不是 由变形量决定。
流体粘性只能影响 流动的快慢，却不 能停止流动。
园板分别为普通金 属板、涂蜡板和表面粘 有细沙板三种。
测量比较三种圆板 的衰减时间。
实验结果 三种圆板的衰减时间均相等
库仑得出结论:
衰减的原因,不是圆板与液体之间的相互 摩擦,而是液体内部的摩擦 。
牛顿内摩擦定律
下板固定,上板移动,且平板面积有足够大,能够 忽略边缘对流体的影响。其中 h为两平板间的距离, A为平板面积。
流动快慢 阻力大小
感谢您的聆听！
壁面不滑移假设
由于流体的易变形性,流 体与固壁可实现分子量级的粘 附作用。通过分子内聚力使粘 附在固壁上的流体质点与固壁 一起运动。
壁面不滑移假设已获得大量实验 证实,被称为:壁面不滑移条件。
μ 称为动力粘度，
根据牛顿粘性定律 可得：
dx dy
蒸馏水:1、003 CP
厘泊 CP (centipoise)
2 cos r2hg
h 2 cos
gr
h
θ
2R
接触角(θ):
θ为锐角,流体浸润壁面。 θ为钝角,流体不浸润壁面。
表面力与质量力
作用于流体上的力
作用于流体上的力
表面力是作用 在流体的表面 或截面上且与 作用面的面积 成正比的力。
工程流体力学课件：流体的物理特性-
1.1 流體力學的研究內容和方法 1.2 流體力學發展簡史 1.3 流體的連續介質模型 1.4 量綱和單位 工程實例
流體的物理特性
教學提示：理解流體的基本特性是應用流體力學基本原 理解決實際問題所必需的。本章的重點是流體的粘性。
教學要求：掌握流體黏度、理想流體、不可壓縮流體等 基本概念。
2.2.2 流體的膨脹性
2.2.3 可壓縮流體和不可壓縮流體
實際上，自然界中的所有流體都是可壓縮的，不管是氣 體還是液體，但是有些情況下如果我們忽略了流體的 壓縮性會對問題的解決提供便利，或者不影響問題求 解的精度。因此，人們引入了不可壓縮流體這樣一個 理想化的概念。所謂不可壓縮流體(incompressible flui ds)就是受壓體積不縮小，受熱體積不膨脹，即密度為 常數的流體。反之，密度不為常數的流體成為可壓縮 流體(Compressible fluids)。
2.4 體的表面張力
2.4.1 表面張力
液體的壓縮性很小，當壓強和溫度變化時，液體的密度 只發生微小的變化，因此通常認為液體是不可壓縮流 體。
氣體的壓縮性很大。根據熱力學的知識我們知道，當溫 度不變時，完全氣體(與後面的理想氣體概念不同)的體 積與壓強成反比，即壓強增加一倍，體積縮小一半；
2.3 流體的粘性
2.3.1 牛頓內摩擦定律
首先來分析一個實驗，原理圖如圖2-1所示。兩個面積很 大的平行平板間充滿某種流體，使下麵的平板不動， 上面的平板以恒速U向右運動。觀察平板間流體的運動 發現，緊貼上平板的流體以同樣的速度U向右運動，緊 貼下平板的流體則靜止不動，兩板之間的流體沿著垂 直速度U的方向自下向上逐漸增加。
2.1 流體的重度
在物理學中，我們已經熟悉了物質的密度的概念，即單 位體積物質的品質。密度 的倒數定義為比容，或稱為 比體積(specific volume)，用符號 表示。即
工程流体力学-流体物理特性_图文(精)
工程流体力学机械工程学院主讲:杨阳(博士、副教授2013年03月本课程的性质和任务《工程流体力学》是机械设计制造及自动化、车辆工程、材料成形与控制工程等专业一门主要技术基础课程。
它的主要任料成形与控制工程等专业门它的主要任务是通过各教学环节,运用各种教学手段和方法,使学生掌握流体运动的基本概念、基本原理、基本计算方法;培养学生分流体运动的基本概念基本原基本计算方法培养学生分析、解决问题的能力和实验技能,为学习后继课程、从事工程技术工作和科学研究以及开拓新技术领域打下坚实的基础。
总学时:32总学时教学方法:课堂讲授与实验教学相结合,采用多媒体演示完成。
考试方式闭卷考试方式:闭卷第一章绪论¾有关流体运动与流体力学的三个问题;¾流体力学的发展概况;¾流体力学的概念;¾流体力学的概述与应用;¾流体力学课程的性质、目的、基本要求;流体力学课程的性质目的基本要求;¾流体力学的研究方法;¾流体的连续介质模型;¾流体的主要物理性质——惯性、粘性、压缩性;¾理想流体与实际流体、可压缩流体与不可压缩流体、牛顿流体与非牛顿流体概念顿流体与非牛顿流体概念。
第一节流体力学及其发展概况有关流体运动与流体力学的问题人类虽然长期生活在空气和水环境中,对一些流体运动现象却缺乏认识,现举三例。
A.高尔夫球:表面光滑还是粗糙?B.汽车阻力:来自前部还是后部?C.机翼升力:来自下部还是上部?A.高尔夫球:表面光滑还是粗糙?高尔夫球运动起源于15世纪的苏格兰,当时人们认为表面光滑的球飞行阻力小,因此用皮革制球。
表面光滑的球飞行阻力小因此用皮革制球后来发现表面有很多划痕的旧球反而飞得更远,这个谜直到20世纪建立流体力学边界层理论后才解开。
现在的高尔夫球表面有很多窝坑,在同样大小和重量下,飞行距离为光滑球的5倍。
思考题:表面凹窝状的高尔夫球飞得更远是因为:考表窝的高尔夫球得为A与气流接触的外表面积减小了;凹窝状表面使球更容易旋转B凹窝状表面使球更容易旋转;C其它。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
工程流体力学机械工程学院主讲:杨阳(博士、副教授2013年03月本课程的性质和任务《工程流体力学》是机械设计制造及自动化、车辆工程、材料成形与控制工程等专业一门主要技术基础课程。
它的主要任料成形与控制工程等专业门它的主要任务是通过各教学环节,运用各种教学手段和方法,使学生掌握流体运动的基本概念、基本原理、基本计算方法;培养学生分流体运动的基本概念基本原基本计算方法培养学生分析、解决问题的能力和实验技能,为学习后继课程、从事工程技术工作和科学研究以及开拓新技术领域打下坚实的基础。
总学时:32总学时教学方法:课堂讲授与实验教学相结合,采用多媒体演示完成。
考试方式闭卷考试方式:闭卷第一章绪论¾有关流体运动与流体力学的三个问题;¾流体力学的发展概况;¾流体力学的概念;¾流体力学的概述与应用;¾流体力学课程的性质、目的、基本要求;流体力学课程的性质目的基本要求;¾流体力学的研究方法;¾流体的连续介质模型;¾流体的主要物理性质——惯性、粘性、压缩性;¾理想流体与实际流体、可压缩流体与不可压缩流体、牛顿流体与非牛顿流体概念顿流体与非牛顿流体概念。
第一节流体力学及其发展概况有关流体运动与流体力学的问题人类虽然长期生活在空气和水环境中,对一些流体运动现象却缺乏认识,现举三例。
A.高尔夫球:表面光滑还是粗糙?B.汽车阻力:来自前部还是后部?C.机翼升力:来自下部还是上部?A.高尔夫球:表面光滑还是粗糙?高尔夫球运动起源于15世纪的苏格兰,当时人们认为表面光滑的球飞行阻力小,因此用皮革制球。
表面光滑的球飞行阻力小因此用皮革制球后来发现表面有很多划痕的旧球反而飞得更远,这个谜直到20世纪建立流体力学边界层理论后才解开。
现在的高尔夫球表面有很多窝坑,在同样大小和重量下,飞行距离为光滑球的5倍。
思考题:表面凹窝状的高尔夫球飞得更远是因为:考表窝的高尔夫球得为A与气流接触的外表面积减小了;凹窝状表面使球更容易旋转B凹窝状表面使球更容易旋转;C其它。
汽车发明于19世纪末当时人们认为汽车的阻力主要来B.汽车阻力:来自前部还是后部?汽车发明于19世纪末,当时人们认为汽车的阻力主要来自前部对空气的撞击,因此早期的汽车后部是陡峭的,称为箱型车,阻力系数(C 很大,约为0.8。
箱型车阻力系数D 很大约为实际上汽车阻力主要来自后部形成的尾流,称为形状阻力。
50-60年代改进为船型,阻力系数为0.45。
20世纪30年代起,人们开始运用流体力学原理改进汽车尾部形状,出现甲壳虫型阻力系数降至06出现甲壳虫型,阻力系数降至0.6。
80年代经过风洞实验系统研究后,又改进为鱼型,阻力系数为03,90年代后,科研人员研制开发的未来型汽车阻力系数仅为0137进为鱼型,阻力系数为0.3,汽车,阻力系数仅为0.137。
经过近80年的研究改进,汽车阻力系数从0.8降至0.137阻力减小为经过近80年的研究改进汽车阻力系数从08降至0137阻力减小为原来的1/5 。
目前在汽车外形设计中,流体力学性能研究已占主导地位,合理的外形使汽车具有更好的动力学性能和更低的耗油率外形使汽车具有更好的动力学性能和更低的耗油率。
人们的直观印象是空气从下面冲击着鸟的翅膀把鸟托在空中C.机翼升力:来自下部还是上部?人们的直观印象是空气从下面冲击着鸟的翅膀,把鸟托在空中。
19世纪初建立的流体力学环量理论,彻底改变了人们的传统观念。
脱体涡量与机翼环量大小相等方向相反足球的香蕉球现象可帮助理解环量理论流体力学的任务和应用丰富多彩的流动图案背后隐藏着复杂的力学规律,具有高度智慧的人类为揭示流动奥秘建立了流体力学学科,研究和解决生产、科研、生活中的流体运动问题就是流体力学的任务。
生活中的流体运动问题就是流体力学的任务航空、航海、水利、水文、气象、环境保护、农业、渔业国防等部门必需掌握水和空气的宏观运动规律业、国防等部门必需掌握水和空气的宏观运动规律。
航空、航天、造船、机械、动力、冶金、化工、石油等部门设备中工作介质都是流体,为了改进流程、提高效率需要流体力学的知识。
油压千斤顶磨床油压系统1、活塞右移2、活塞左移3、溢流阀溢流4、油泵卸荷体液利用流体动力的液力变矩器后驱式前驱式AT轿车的驱动形式流体力学发展简史流体力学是在人类同自然界作斗争和在生产实践中逐步发展起来的。
古时中国有大禹治水疏通江河的传说;秦朝李冰父子带领劳动人民修建的都江堰,至今还在发挥着作用;大约与此同时,古罗马人建成了大规模的供水管道系统等视频规模的供水管道系统等。
对流体力学学科的形成作出第一个贡献的是古对流体力学学科的形成作出第个贡献的是古希腊的阿基米德,他建立了包括物理浮力定律和浮体稳定性在内的液体平衡理论奠定了流体静力学体稳定性在内的液体平衡理论,奠定了流体静力学的基础。
此后千余年间,流体力学没有重大发展。
直到15世纪,意大利达·芬奇的著作才谈到水波、管流、水力机械、鸟的飞翔原理等问题;17世纪,管流水力机械鸟的飞翔原理等问题17世纪帕斯卡阐明了静止流体中压力的概念。
流体力学尤其是流体动力学作为一门严密的科学,却是随着经典力学建立了速度、加速度,力、流场等概念,以及质量、动量、能量三个守恒定律的奠定之后才逐步形成的。
17世纪,力学奠基人牛顿研究了在流体中运动的物体所受到的阻力,得到阻力与流体密度、物体迎流截面积以及运动速度的平方成正比的关系。
他针对粘性流体运动时的内摩擦力也提出了牛顿粘性定律。
但是,牛顿还没有建立起流体动力学的理论基础,他提出的许多力学模型和结论同实际情形还有较大的差别。
法国皮托发明了测量流速的皮托管;达朗贝尔对运河中船只的阻力进行了许多实验工作,证实了阻力同物体运动速度之间的平方关系。
作证实了阻力同物体运动速度之间的平方关系瑞士的欧拉采用了连续介质的概念,把静力学中压力的概念推广到运动流体中,建立了欧拉方程,正确地用微分方程组描述了无粘流体的运动;伯努利从经典力学的能量守恒出发,研究供水管道中水的流动,精心地安排了实验并加以分析,得到了流体定常运动下的流速、压力、管道高程之间的关系--伯努利方程。
欧拉方程和伯努利方程的建立,是流体动力学作为一个分支学科建立的标志,从此开始了用微分方程和实验测量进行流体运动定量研究的阶段。
普朗特学派从1904年到1921年逐步将N-S方程普朗特学派从1904年到1921年逐步将N S方程作了简化,从推理、数学论证和实验测量等各个角度,建立了边界层理论,能实际计算简单情形下,度建立了边界层理论能实际计算简单情形下边界层内流动状态和流体同固体间的粘性力。
同时普朗克又提出了许多新概念,并广泛地应用到飞机和汽轮机的设计中去。
这一理论既明确了用到飞机和汽轮机的设计中去这理论既明确了理想流体的适用范围,又能计算物体运动时遇到的摩擦阻力。
使上述两种情况得到了统一。
摩擦阻力使上述两种情况得到了统20世纪初,飞机的出现极大地促进了空气动力世纪初飞机的出现极大地促进了空气动力学的发展。
航空事业的发展,期望能够揭示飞行器周围的压力分布飞行器的受力状况和阻力等问题周围的压力分布、飞行器的受力状况和阻力等问题,这就促进了流体力学在实验和理论分析方面的发展。
20世纪初,以儒科夫斯基、恰普雷金、普朗克等为代表的科学家,开创了以无粘不可压缩流体位势流理论为基础的机翼理论,阐明了机翼怎样会受到举力,从而空气能把很重的飞机托上天空机翼到举力,从而空气能把很重的飞机托上天空。
机翼理论的正确性,使人们重新认识无粘流体的理论,肯定了它指导工程设计的重大意义。
肯定了指导程设计的大意义机翼理论和边界层理论的建立和发展是流体力学的次重大进展,它使无粘流体理论同粘性流体学的一次重大进展它使无粘流体理论同粘性流体的边界层理论很好地结合起来。
随着汽轮机的完善和飞机飞行速度提高,又迅速扩展了从19世纪就开始的对空气密度变化效应的实验和理论研究,为高速飞行提供了理论指导。
20世纪40年代以后,由于喷气推进和火箭技术的应用,实现了航天飞行,使气体高速流动的研究的应用实现了航天飞行使气体高速流动的研究进展迅速,形成了气体动力学、物理-化学流体动力学等分支学科学等分支学科。
以这些理论为基础,20世纪40年代,关于炸药或天然气等介质中发生的爆轰波又形成了新的理论,为研究原子弹、炸药等起爆后,激波在空气或水中的传播,发展了爆炸波理论。
流体力学又发展了许多分支,如高超声速空气动力学、超音速空气动力学、稀薄空气动力学、电磁流体力学、计算流体力学、两相(气液或气固流等等流等等。
这些巨大进展是和采用各种数学分析方法和建立大型、精密的实验设备和仪器等研究手段分不开的的。
从年代子计算机断完善使原来用 50年代起,电子计算机不断完善,使原来用分析方法难以进行研究的课题,可以用数值计算方法来进行出现了计算流体力学这新的分支学科法来进行,出现了计算流体力学这一新的分支学科。
与此同时由于民用和军用产的需要液体动与此同时,由于民用和军用生产的需要,液体动力学等学科也有很大进展。
20世纪60年代,根据结构力学和固体力学的需要,出现了计算弹性力学问题的有限元法。
经过十多年的发展,有限元分析这项新的计算方法又开始在流体力学中应用,尤其是在低速流和流体边界形状甚为复杂问题中,优越性更加显著。
近年来又开始了用有限元方法研究高速流的问题,也出现了有限元方法和差分方法的互相渗透和融合。
从20世纪60年代起,流体力学开始了流体力学和其他学科的互相交叉渗透,形成新的交叉学科或边缘学科,如物理-化学流体动力学、磁流体力学等;原来基本上只是定性地描述的问题,逐步得到定量的研究,生物流变学就是一个例子。
第二节流体力学的概念和研究对象一、流体力学概念流体力学是力学的一个独立分支,是一门研究流体的平衡和流体机械运动规律及其实际应用的技术科学。
体机械动规律其实际应用技术科学所研究的基本规律,有两大组成部分:关于流体平衡的规律,它研究流体处于静止(或相对平衡状态时作用于流体上的各种力之间的关系关于流体运动的规律,它研究流体在运动状态时,作用于流体的力与运动要素之间的关系以及流体的运动特征与能量转状态时,作用于流体上的各种力之间的关系——流体静力学;体的力与运动要素之间的关系,以及流体的运动特征与能量转换等——流体动力学。
流体力学在研究流体平衡和机械运动规律时,要应用物理学及理论力学中有关物理平衡及运动规律的原理,如力系平衡定理、动量定理、动能定理,等等。
因为流体在平衡或运动状态下,也同样遵循等等因为流体在平衡或运动状态下也同样遵循这些普遍的原理。
所以物理学和理论力学的知识是学习流体力学课程必要的基础。
学习流体力学课程必要的基础理论研究方法通过对液体物理性质和流动特性的科学抽象(近似,提出合理的理论模型。