流体力学泵与风机优秀课件

五、流体力学的研究方法
1. 理论方法
理论分析的一般过程是：建立力学模型，用物理学基 本定律推导流体力学数学方程，用数学方法求解方程，检 验和解释求解结果。
理论基础：1、质量守恒原理 2、能量守恒原理
3、动量定理
4、牛顿三大定律
理论分析结果能揭示流动的内在规律，具有普遍适用 性，但分析范围有限。
2. 实验方法 实验研究的一般过程是：在相似理论的指导下建立模
3. 数值方法 数值研究的一般过程是：对流体力学数学方程作简化和数
值离散化，编制程序作数值计算，将计算结果与实验结果比较。
常用的方法有：有限差分法、有限元法、有限体积法、边界 元法、谱分析法等。
计算的内容包括：飞机、汽车、河道、桥梁、涡轮机等流 场计算；湍流、流动稳定性、非线性流动等数值模拟。大型工 程计算软件已成为研究工程流动问题的有力武器。
牛顿内摩擦定律
圆管流
• 实验证明内摩擦力T与两流层间速度差du和流
层的接触面积A成正比，与流层间距离dy成反
比，与流体的种类有关，与流体的压力大小无
关
TAdu,
拟实验系统，用流体测量技术测量流动参数，处理和分析 实验数据。
典型的流体力学实验有：风洞实验、水洞实验、水池实验等。 测量技术有：热线、激光测速；粒子图像、迹线测速；高速 摄影；全息照相；压力、密度测量等。 现代测量技术在计算机、光学和图像技术配合下，在提高空 间分辨率和实时测量方面已取得长足进步。 实验结果能反映工程中的实际流动规律，发现新现象，检验 理论结果等，但结果的普适性较差。
➢ 水往低处流——司马光砸缸； ➢风平浪静，无风不起浪；微风吹拂，微波荡漾；大风
大浪；狂风大作，波浪滔天 ； ➢ 高尔夫球的粗糙表面； ➢汽车的形状进化 ； ➢足球的弧圈球，乒乓球的旋球技术 ； ➢ 飞机之所以能起飞； ➢两张纸相吸的实验 ； ➢风案、船案-----“流体力学”断案。 认识的形象化、具体化 学以致用，善于利用，趋利避害。
一、流体力学的定义：
研究流体在静止与运动状态下的力学规律及其工程应用的 学科（研究对象、内容及目的）
二、流体的定义：
具有流动性的物体是流体（即能够流动的物体）。
自然界物质存在的主要形态：固态、液态和气态 液体和气体是流体 流体与固体的区别 ➢固体静止时既能承受压力，也能承受拉力与剪切力 ； ➢流体只能承受压力，一般不能承受拉力，任何一个
微小的剪切力都能使流体发生连续的变形。
液体与气体的区别：
➢ 液体的流动性小于气体；
➢气体易于压缩；而液体难于压缩 ；
➢液体具有一定的体积，并取决于容器的形状，存在 一个自由液面；气体充满任何容器，而无一定体积， 不存在自由液面。
液体与气体的共同点： ➢ 两者均具有易流动性，即在任何微小切应力作用下 都会发生连续变形或流动，故二者统称为流体。
• G=mg • 重量的单位为N，kN • 1N=1㎏·m/s2 • 单位体积的重量是容重 γ=ρg
三、粘滞性 • 流体具有流动性
• 流动性是流体受切力作用发生连续变形的性质
• 这种变形亦称为剪切变形
• 流体在流动状态下抵抗剪切变形的性质称为流 体的粘（滞）性
• 或者说流体内部质点间或流层间因相对运动而 产生内摩擦力（内力）以反抗相对运动的性质 称为流体的粘（滞）性
流体力学泵与风机
第一部分
流体力学
第一章 绪论 第二章 流体静力学 第三章 一元流体动力学基础 第四章 流动阻力和能量损失 第五章 孔口管嘴管路流动
第一章 绪 论
• §1.1 • §1.2 • §1.3 • §1.4
认识流体力学 作用在流体上的力 流体的主要力学性质 流体的力学模型
§1.1 认识流体力学
• 表面力包括压力和切力
• 作用于单位面积上的压力称为压强，以p表示
p P A
p limPdP A0 A dA
• 作用于单位面积上的切力称为切应力，以τ表示
A
limd
A0 A dA
• 压强和切应力的单位：N/m2（Pa），kN/m2（kPa）
§1.3 流体的主要力学性质
一、惯性
• 惯性是物体保持其原有运动状态的一种性质
• 表示惯性大小的物理量是质量，质量的单位为 g或kg
• 水的密度 ρ=1000㎏/m3
• 水银的密度 ρ=13.6×1000㎏/m3
均质流体的密度 m
V
非均质流体的密度
lim mdm V0 V dV
物体反抗改变原有运动状态而作用于其他物体上的反作 用力称为惯性力
二、重力特性
• 地球对地球表面附近物体的引力称为重力。用 G表示，重力的大小称为重量
水、酒精等大多数纯液体、轻质油、低分子化合物溶 液以及低速流动的气体等均为牛顿流体。非牛顿流体广泛 存在于生活、生产和大自然之中。绝大多数生物流体都属 于现在所定义的非牛顿流体。人身上血液、淋巴液、囊液 等多种体液，以及像红细胞那样的“半流体”都属于非牛 顿流体。
本课程讲述的是牛顿流体
五、生活中的流体力学
三、流体的特征
流动性----在任意微小剪切力作用下会发生连续变形的 特性
流动性是区别流体和固体的基本力学特征，是便于用 管道、渠道进行输送，适宜作供热、供冷等工作介质的主 要原因。
四、流体的分类
流体分为牛顿流体和非牛顿流体
牛顿流体：指在受力后极易变形，且切应力与变形速率 成正比的低粘性流体。
非牛顿流体：是指不满足牛顿黏性实验定律的流体，即 其剪应力与剪切应变率之间不是线性关系的流体。
• 对于均质流体，质量力与体积成正比，又称体 ห้องสมุดไป่ตู้力或超距力
• 质量力包括重力和惯性力
• 单位质量所受到的质量力称为单位质量力，用
f 表示
• 对于均质流体
f FXi YjZk m
• 单位质量重力（X，Y，Z）=（0，0，-g)
• 单位质量惯性力 f ma a
m
二、表面力
• 表面力是作用在流体表面或截面上且与作用面的面积成 正比的力，表面力又称面积力或接触力
数值方法的优点是能计算理论分析方法无法求解的数学方 程，比实验方法省时省钱，但毕竟是一种近似解方法，适用范 围受数学模型的正确性和计算机的性能所限制。 l 三种方法各有优缺点，应取长补短，互为补充。
§§11..22 作作用用在在流流体体上上的的力力
一、质量力
• 质量力是作用于流体的每一个质点上的力