27-流体力学基础
热工流体动力学基础
【例】 如图所示,水泵汲入 管的外径为114mm,壁厚为4mm, 压出管的外径为88.5mm,壁厚 为4mm。在汲入管中水的流速 为1.5m/s。求在压出管中水的
流速。
【解】 已知,汲入管的内经D1=114-2×4=106mm,w1=1.5m/s,
D2=88.5-2×4=80.5mm,设在汲入管与压出管之间没有渗漏,
z1pg1 w 2g 12 z2pg2 w 2g22
伯努力方程
不可压缩的理想液体在等温流动过程中, 在管道的任一截面上,流体的静压能、 位能及动能之和是不变的。 三者之间可以相互转化
精品课件
(2)实际情况下的伯努力方程 实际流体有粘性,流动过程中有能量损失,能量方程:
z 1g p 1 1 21 2 z 2g p 2 1 2 2 2h L
输入机械能 H e15 (0 10)5 1 2 01 0 .24 (2 7.3 025 3.1 62 7 )50 11.9 7(P 1 7)3 a
精品课件
2.压头间的转换 (1)几何压头和静压头之间的转变
1-1和2-2的伯努力方程:
hg1hs1hg2hs2
因为 hg2(在下)>hg1(在上)
则 hs2<hs1
【解】 1000℃时烟气的密度为: 0(pp0)(T T1 0)
1.399994102 2730.27(k4g/m3) 1013225731000
1000℃时烟气的粘度为:
02T7C 3C2T7332
1.587105(1227 7311377)331 (2277 )32 334.9105(Pas)
精品课件
吸风管内风速
w 1 3 V F 6 1 3 0 4 V 6 0 d 1 2 0 30 4 6 3 9 .1 0 2 0 4 .3 0 2 0 3 .1 0 6 ( m 7 /s ) w 2 3 V F 6 2 3 0 4 V 6 0 d 2 2 0 30 4 6 3 9 .1 0 0 2 4 .4 0 2 0 2 .3 0 0 ( m 5 /s )
流体力学的基本概念
第1章 流体力学的基本概念流体力学是研究流体的运动规律及其与物体相互作用的机理的一门专门学科。
本章叙述在以后章节中经常用到的一些基础知识,对于其它基础内容在本科的流体力学或水力学中已作介绍,这里不再叙述。
连续介质与流体物理量连续介质流体和任何物质一样,都是由分子组成的,分子与分子之间是不连续而有空隙的。
例如,常温下每立方厘米水中约含有3×1022个水分子,相邻分子间距离约为3×10-8厘米。
因而,从微观结构上说,流体是有空隙的、不连续的介质。
但是,详细研究分子的微观运动不是流体力学的任务,我们所关心的不是个别分子的微观运动,而是大量分子“集体”所显示的特性,也就是所谓的宏观特性或宏观量,这是因为分子间的孔隙与实际所研究的流体尺度相比是极其微小的。
因此,可以设想把所讨论的流体分割成为无数无限小的基元个体,相当于微小的分子集团,称之为流体的“质点”。
从而认为,流体就是由这样的一个紧挨着一个的连续的质点所组成的,没有任何空隙的连续体,即所谓的“连续介质”。
同时认为,流体的物理力学性质,例如密度、速度、压强和能量等,具有随同位置而连续变化的特性,即视为空间坐标和时间的连续函数。
因此,不再从那些永远运动的分子出发,而是在宏观上从质点出发来研究流体的运动规律,从而可以利用连续函数的分析方法。
长期的实践和科学实验证明,利用连续介质假定所得出的有关流体运动规律的基本理论与客观实际是符合的。
所谓流体质点,是指微小体积内所有流体分子的总体,而该微小体积是几何尺寸很小(但远大于分子平均自由行程)但包含足够多分子的特征体积,其宏观特性就是大量分子的统计平均特性,且具有确定性。
流体物理量根据流体连续介质模型,任一时刻流体所在空间的每一点都为相应的流体质点所占据。
流体的物理量是指反映流体宏观特性的物理量,如密度、速度、压强、温度和能量等。
对于流体物理量,如流体质点的密度,可以地定义为微小特征体积内大量数目分子的统计质量除以该特征体积所得的平均值,即VMV V ∆∆=∆→∆'limρ (1-1)式中,M ∆表示体积V ∆中所含流体的质量。
流体力学课后习题答案第二章
第二章 流体静力学2-1 密闭容器测压管液面高于容器内液面h=1.8m,液体密度为850kg/m3, 求液面压强。
解:08509.8 1.814994Pa p gh ρ==⨯⨯=2-2 密闭水箱,压力表测得压强为4900Pa,压力表中心比A 点高0.4米,A 点在液面下1.5m ,液面压强。
解:0()490010009.8(0.4 1.5) 49009800 1.15880PaM B A p p g h h ρ=+-=+⨯⨯-=-⨯=-2-3 水箱形状如图,底部有4个支座。
试求底面上的总压力和四个支座的支座反力,并讨论总压力和支座反力不相等的原因。
解:底面上总压力(内力,与容器内的反作用力平衡)()10009.81333352.8KN P ghA ρ==⨯⨯+⨯⨯=支座反力支座反力(合外力)3312()10009.8(31)274.4KN G g V V ρ=+=⨯⨯+=2-4盛满水的容器顶口装有活塞A ,直径d=0.4m ,容器底直径D=1.0m ,高h=1.8m 。
如活塞上加力为2520N(包括活塞自重)。
求容器底的压强和总压力。
解:压强2252010009.8 1.837.7kPa (0.4)/4G p gh A ρπ=+=+⨯⨯= 总压力 237.71/429.6KN P p A π=⋅=⨯⋅=2-5多管水银测压计用来测水箱中的表面压强。
图中高程单位为m ,试求水面的绝对压强。
解:对1-1等压面02(3.0 1.4)(2.5 1.4)p g p g ρρ+-=+-汞对3-3等压面 2(2.5 1.2)(2.3 1.2)a p g p g ρρ+-=+-汞将两式相加后整理0(2.3 1.2)(2.5 1.4)(2.5 1.2)(3.0 1.4)264.8kPap g g g g ρρρρ=-+-----=汞汞绝对压强 0.0264.8+98=362.8kPa abs a p p p =+=2-6水管A 、B 两点高差h 1=0.2m ,U 形管压差计中水银液面高差h 2=0.2m 。
流体力学课件(全)
Y 1 p 0 y
欧拉平衡方程
Z 1 p 0 z
p p( , T )
t
1 V V T p
1 V V p T
p p(V , T )
1 t T p
p
p
1 p T
V
p y = pn pz = pn
px = p y = pz = pn = p
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第二章
流体静力学
§1 静压强及其特性 §2 流体静力学平衡方程 §3 压力测量 §4 作用在平面上的静压力 §5 作用在曲面上的静压力 §6 物体在流体中的潜浮原理
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§2流体静力学平衡方程
通过分析静止流体中流体微团的受力,可以建立 起平衡微分方程式,然后通过积分便可得到各种不同 情况下流体静压力的分布规律。 why 因此,首先要建立起流体平衡微分方程式。 现在讨论在平衡状态下作用在流体上的力应满足 的关系,建立平衡条件下的流体平衡微分方程式。
《流体力学》
汪志明教授
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第一章 流体的流动性质
§1 流体力学的基本概念
§2 流体的连续介质假设 §3 状态方程 §4 传导系数 §5 表面张力与毛细现象
《流体力学》
汪志明教授
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§2 流体的连续介质假设
虽然流体的真实结构是由分子构成,分子间有一定的孔隙,但流 体力学研究的并不是个别分子微观的运动,而是研究大量分子组成的 宏观流体在外力的作用下所引起的机械运动。 因此在流体力学中引入连续介质假设:即认为流体质点是微观上 充分大,宏观上充分小的流体微团,它完全充满所占空间,没有孔隙 存在。这就摆脱了复杂的分子运动,而着眼于宏观机械运动。
流体力学ppt
概念引入: 概念引入:
位置水头 :z 压强水头 :p/γ 测压管水头 :z+p/γ=C 同一容器内静止液体中, 同一容器内静止液体中, 测压管水头均相等。 测压管水头均相等。
三、压强的表示方法和度量单位
1、表示方法
(1)绝对压强Pj:以绝对真空为零点。 绝对压强P 以绝对真空为零点。 相对压强P 以大气压P 为零点。 (2)相对压强P: 以大气压Pa为零点。 工程中,通常采用相对压强, 可正可负。 工程中,通常采用相对压强,P可正可负。 绝对压强与相对压强的关系: 绝对压强与相对压强的关系:P=Pj–Pa P 为正值时: 称为正压(表压, P为正值时:Pj>Pa,称为正压(表压,即压力表 读数)。 读数)。 为负值时: 称为负压( P为负值时:Pj<Pa,称为负压(负压的绝对值称 真空度,即真空表读数)。 真空度,即真空表读数)。 真空度(只能是正值) 真空度(只能是正值):Pk=Pa-Pj=-P
§1-1 流体的主要力学性质 -
一、惯性
定义:惯性是物体维持原有运动状态的性质。 定义:惯性是物体维持原有运动状态的性质。 质量:表征惯性的物理量。 质量:表征惯性的物理量。 流体的质量:常以密度来反映。 流体的质量:常以密度来反映。 密度:对于均质流体, 密度:对于均质流体,单位体积的质量称为密度 ρ = m /V ,即: 重度:对于均质流体, 重度:对于均质流体,单位体积的流体所受的重 力称为流体的重力密度,简称重度。 力称为流体的重力密度,简称重度。 即:
h= p
γ
一标准大气压: 一标准大气压: 三种压强换算关系: 三种压强换算关系: 压强换算关系
101325 N / m 2 h= = 10.33m 3 9807 N / m
流体基础及管道损耗计算
流体力学基础及流道阻力计算上一层流体基本特性┃流体基本方程式┃风道阻力计算┃粮层阻力计算┃风道中压强分布┃合理选择风机储粮通风是以空气作为介质,通过空气流动调节储粮的生态环境,起着通风降温、干燥去水或调质增湿等多种作用。
由于储粮通风与粮食干燥都是借助空气运动实现的,因此,掌握必要的流体力学基础知识是十分必要的。
一、流体的基本特性(一)流体的物理性质1、粘性因体物体间的相对运动会产生与运动相反的摩擦力。
流体也有类似性质,即流体质点间作相对运动时,也会产生力(内摩擦力),这是因为流体具有粘性的缘故,它是造成流体在管道中运动时压力损失的内因。
流体粘性大,动动时克服的内摩擦力就大。
内摩擦力的大小与流体粘性引起的的速度变化梯度、摩擦面、流体的物理性质等因素有关。
2、压缩性流体具有一定的压缩性,即当温度等于定值时,压力上升,体积缩小。
液体的压缩性很小,一般在工程中可忽略不计,而气体的压缩性显著。
当温度为定值时,气体压力(P)与体积(V)成反比,PV=常数。
当气体压力变化不大时,其体积变化也可忽略不计。
如压力增加2940Pa时,气体的体积只减少3%。
储粮通风是常压下进行的,故此可以忽略气体体积变化而引起的误差。
3、流动性与固体物体相比,流体质点间相互作用的内聚力极小,易于流动,没有固定的外形,不能承受拉力和切力,只要有极微小的切向力,就可以破坏质点间的相互平衡。
由于流体容易流动,不能承受切力,所以流体的静压力一定垂直于作用面。
(二)气流的压力气体在管道中流动时存在着两种压力形式,即静压力与动压力,二者之和又称为全压力。
1、静压力H j静压力是气体作用于与其速度相平行的风管壁面上的垂直力,它在管道中对各个方向的作用力都相等。
通常以大气压为零,用相对压力来计算静压力。
在吸管段,静压力小于大气压为负值,在压气管段,静压力大于大气压为正值。
在管壁上开一小孔,用胶管与压力计相接便可测得静压力。
2、动压力H d动压力是气体分子作定向运动时产生的压力,动压力的方向与气流方向一致,其值永远为正值。
流体力学(共64张PPT)
1) 柏努利方程式说明理想流体在管内做稳定流动,没有
外功参加时,任意截面上单位质量流体的总机械能即动能、
位能、静压能之和为一常数,用E表示。
即:1kg理想流体在各截面上的总机械能相等,但各种形式的机
械能却不一定相等,可以相互转换。
2) 对于实际流体,在管路内流动时,应满足:上游截面处的总机械能大于下游截面
p g 1z12 u 1 g 2W g ep g 2z22 u g 2 2g hf
JJ
kgm/s2
m N
流体输送机械对每牛顿流体所做的功
令
HeW ge,
Hf ghf
p g 1z12 u 1 g 2H ep g 2z22 ug 2 2 H f
静压头
位压头
动压头 泵的扬程( 有效压头) 总压头
处的总机械能。
22
3)g式中z各、项 的2u 2物、理 意p 义处于g 某Z 个1 截u 2 1 面2上的p 1流 W 体e本 身g Z 所2具u 有2 22 的 能p 量2 ; hf
We和Σhf: 流体流动过程中所获得或消耗的能量〔能量损失〕;
We:输送设备对单位质量流体所做的有效功;
Ne:单位时间输送设备对流体所做的有效功,即有效功率;
u2 2
u22 2
u12 2
p v p 2 v 2 p 1 v 1
Ug Z 2 u2 pQ eW e
——稳定流动过程的总能量衡算式 18
UgZ 2 u2pQ eW e
2、流动系统的机械能衡算式——柏努利方程
1) 流动系统的机械能衡算式〔消去△U和Qe 〕
UQ'e vv12pdv热力学第一定律
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五、柏努利方程应用
三种衡算基准
CFD基础(流体力学)
第1章CFD 基础计算流体动力学(computational fluid dynamics,CFD)是流体力学的一个分支,它通过计算机模拟获得某种流体在特定条件下的有关信息,实现了用计算机代替试验装置完成“计算试验”,为工程技术人员提供了实际工况模拟仿真的操作平台,已广泛应用于航空航天、热能动力、土木水利、汽车工程、铁道、船舶工业、化学工程、流体机械、环境工程等领域。
本章介绍CFD一些重要的基础知识,帮助读者熟悉CFD的基本理论和基本概念,为计算时设置边界条件、对计算结果进行分析与整理提供参考。
1.1 流体力学的基本概念1.1.1 流体的连续介质模型流体质点(fluid particle):几何尺寸同流动空间相比是极小量,又含有大量分子的微元体。
连续介质(continuum/continuous medium):质点连续地充满所占空间的流体或固体。
连续介质模型(continuum/continuous medium model):把流体视为没有间隙地充满它所占据的整个空间的一种连续介质,且其所有的物理量都是空间坐标和时间的连续函数的一种假设模型:u =u(t,x,y,z)。
1.1.2 流体的性质1. 惯性惯性(fluid inertia)指流体不受外力作用时,保持其原有运动状态的属性。
惯性与质量有关,质量越大,惯性就越大。
单位体积流体的质量称为密度(density),以r表示,单位为kg/m3。
对于均质流体,设其体积为V,质量为m,则其密度为mρ=(1-1)V对于非均质流体,密度随点而异。
若取包含某点在内的体积V∆,其中质量m∆,则该点密度需要用极限方式表示,即0limV m Vρ∆→∆=∆ (1-2) 2. 压缩性 作用在流体上的压力变化可引起流体的体积变化或密度变化,这一现象称为流体的可压缩性。
压缩性(compressibility)可用体积压缩率k 来量度d /d /d d V V k p pρρ=-= (1-3) 式中:p 为外部压强。
1[1].流体力学基本知识1(建工)
建 筑 设 备--1.流体力学基本知识
绪
论
在建筑物内为了给人们提供卫生、舒适、安 全的生活和工作环境,为了满足生产上的需要, 设置完善的给水、排水、暖通与空调、供电、电 话及火灾自动报警等设备系统。这些设备系统设 置在建筑物内,统称为建筑设备。
3
建 筑 设 备--1.流体力学基本知识
一、学习本课程的目的
28
建 筑 设 备--1.流体力学基本知识
用工程大气压表示A点的压强: PA=93.111/98=0.95个工程大气压 P=-4.889/98=-0.05个工程大气压 Pk=4.889/98=0.05个工程大气压 因为1个工程大气压=10mН2О,则A点的压 强又可表为: PA=0.95ⅹ10=9.5mН2О P=-0.05ⅹ10=-0.5mН2О
1.1 流体的主要物理性质
流体中由于各质点间的内聚力极小,不能承 受拉力,静止流体也不能承受剪力。正因为如此, 所以流体具有较大的流动性,且没有固定的形状。 但流体在密闭状态下却能承受较大的压力。 充分认识以上所说流体的基本特征,深刻研 究流体处于静止或运动状态的力学规律,才能很好 地把水、空气或其他流体按人们的意愿进行输送和 利用,为人们日常生活和生产服务。
23
建 筑 设 备--1.流体力学基本知识
此铅直小圆柱体处于静止状态,故其轴向力 平衡为: р⊿ω—γh⊿ω—p0⊿ω=0 化简后得: P=P0+γh 式中:P――静止液体中任意点的压强,KN/㎡ 或KPa; P0――表面压强,KN/㎡或KPa; γ——液体的容重,KN/m3; h――所研究点在自由表面下的深度,m
32
建 筑 设 备--1.流体力学基本知识
H
(a)
( )
图 1-6 恒定与非恒定流动
第三章流体动力学基础(1)
A Control Volume is a region in space, mass can cross its boundary 8
2019/3/27
流体力学基础
第三章 流体动力学基础
§2 流体运动中的几个基本概念
一、物理量的质点导数(全导数) • 运动中的流体质点所具有的物理量N(例如速度、压强、 密度、温度、质量、动量、动能等)对时间的变化率称 为物理量N的质点导数。 • 流体质点处于静止状态,则不存在质点导数概念; • 质点导数是针对某一物理量; • 质点导数必然是数学上多元复合函数对独立自变量t的 导数
流体微团的标识:通常取 t0 时刻该流体微团的初始空间坐标 (a, b, c )作为该流体微团的标识 (a, b, c )可以是直角坐标系下,也可以任选,只要能把所 研究的流体微团彼此区别开即可
2019/3/27
流体力学基础
2
第三章 流体动力学基础
• 拉格朗日变数 : ( a, b, c ) 和 t • 任一时刻流体微团(a, b, c )的运动空间坐标(x, y,z)
r t
(2)
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流体力学基础
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第三章 流体动力学基础
• 欧拉参数转换为拉格朗日参数
若已知欧拉法表示的速度场为 v = v (r, t) = v (x, y, z, t ) 利用流体质点的速度关系式: dr/dt = v(r, t) 或分量形式: dx/dt = u(x, y, z, t) dy/dt = v(x, y, z, t) dz/dt = w(x, y, z, t) 设此组常微分方程组的解为: x = x(c1, c2, c3, t) y = y(c1, c2, c3, t) z = z(c1, c2, c3, t) 由起始条件确定积分常数,t=t0时有: a = x(c1, c2, c3, t0) b = y(c1, c2, c3, t0) c = z(c1, c2, c3, t0) 积分常数由拉格朗日参数(a, b, c)表示,获得拉氏与欧氏 参数关系:x=x (a, b, c, t), y=y (a, b, c, t), z=z (a, b, c, t), 原速度场:v = v [x(a,b,c,t), y(a,b,c,t), z(a,b,c,t), t] = v (a,b,c,t) 完成欧氏参数向拉氏参数转换 流体力学基础 17
国家开放大学流体力学基础形考作业1-4答案
国家开放大学《流体力学基础》形考作业1-4答案形考作业11均质流体是指各点密度完全相同的流体。
对2静止流体不显示粘性。
对3温度升高时,空气的粘度减小。
错4当两流层间无相对运动时,内摩擦力为零。
对5理想流体就是不考虑粘滞性的、实际不存在的,理想化的流体。
对6压缩性是指在温度不变的条件下,流体的体积随压力而变化的特性。
对7压缩性是指在压强不变的条件下,流体的体积随温度而变化的特性。
错8热胀性是指在压强不变的条件下,流体的体积随温度而变化的特性。
对9当流体随容器作匀速直线运动时,流体所受质量力除重力外还有惯性力。
错10静止流体中不会有拉应力和切应力,作用于其上的表面力只有压力。
对11静止流体上的表面力有法向压力与切向压力。
错12静止流体中任一点压强的大小在各个方向上均相等,与该点的位置无关。
错13处于静止或相对平衡液体的水平面是等压面。
错14相对静止状态的等压面一定也是水平面。
错15相对静止状态的等压面可以是斜面或曲面。
对16某点的绝对压强只能是正值。
对17某点的相对压强可以是正值,也可以是负值。
对18流线和迹线—定重合。
错19非均匀流的流线为相互平行的直线。
错20均匀流的流线为相互平行的直线。
对21液体粘度随温度升高而()。
B.减小22水力学中的一维流动是指()。
D.运动参数只与一个空间坐标有关的流动23测量水槽中某点水流流速的仪器是( )。
B.毕托管24常用于测量管道流量的仪器是( )。
B.文丘里流量计25相对压强的起量点是( )。
D.当地大气压强26从压力表读出的压强值一股是( )。
B.相对压强27相对压强是指该点的绝对压强与()的差值。
B.当地大气压28在平衡液体中,质量力与等压面( )。
D.正交29流体流动时,流场中运动参数的分布规律随时间发生变化的流动称为( )。
B.非恒定流30流体流动时,流场中各位置点运动参数不随时间发生变化的流动称为( )。
A.恒定流31若流动是一个坐标量的函数,又是时间t的函数,则流动为()。
流体力学基本练习题
流体力学基本练习题一、名词解释流体质点、流体的体膨胀系数、流体的等温压缩率、流体的体积模量、流体的粘性、理想流体、牛顿流体、不可压缩流体、质量力、表面力、等压面、质点导数、定常场、均匀场、迹线、流线、流管、流束、流量、过流断面(有效截面)、层流、湍流、层流起始段、粘性底层、水力光滑管、水力粗糙管、沿程阻力、局部阻力二、简答题1.流体在力学性能上的特点。
2.流体质点的含义。
3.非牛顿流体的定义、分类和各自特点。
4.粘度的物理意义及单位。
5.液体和气体的粘度变化规律。
6.利用欧拉平衡方程式推导出等压面微分方程、重力场中平衡流体的微分方程。
7.等压面的性质。
8.不可压缩流体的静压强基本公式、物理意义及其分布规律。
9.描述流体运动的方法及其各自特点10.质点导数的数学表达式及其内容。
写出速度质点导数。
11.流线和迹线的区别,流线的性质。
三、填空题、判断(一)流体的基本物理性质1.水力学是研究液体静止和运动规律及其应用的一门科学。
()2.当容器大于液体体积,液体不会充满整个容器,而且没有自由表面。
()3.气体没有固定的形状,但有自由表面。
()4.水力学中把液体视为内部无任何间隙,是由无数个液体质点组成的。
()5.粘滞性是液体的固有物理属性,它只有在液体静止状态下才能显示出来,并且是引起液体能量损失的根源。
()6.同一种液体的粘滞性具有随温度升高而降低的特性。
()7.作层流运动的液体,相邻液层间单位面积上所作的内摩擦力,与流速梯度成正比,与液体性质无关。
()8.惯性力属于质量力,而重力不属于质量力。
()9.质量力是指通过所研究液体的每一部分重量而作用于液体的、其大小与液体的质量成比例的力.()10.所谓理想流体,就是把水看作绝对不可压缩、不能膨胀、有粘滞性、没有表面张力的连续介质。
()11.表面力是作用于液体表面,与受力作用的表面面积大小无关。
()12.水和空气的黏度随温度的升高而减小。
()13.流体是一种承受任何微小切应力都会发生连续的变形的物质。
《流体力学考》考点重点知识归纳(最全)
《流体力学考》考点重点知识归纳1.流体元:就有线尺度的流体单元,称为流体“质元”,简称流体元。
流体元可看做大量流体质点构成的微小单元。
2.流体质点:(流体力学研究流体在外力作用下的宏观运动规律)(1)流体质点无线尺度,只做平移运动(2)流体质点不做随即热运动,只有在外力的作用下作宏观运动;(3)将以流体质点为中心的周围临街体积的范围内的流体相关特性统计的平均值作为流体质点的物理属性;3.连续性介质模型的内容:根据流体指点概念和连续介质模型,每个流体质点具有确定的宏观物理量,当流体质点位于某空间点时,若将流体质点的物理量,可以建立物理的空间连续分布函数,根据物理学基本定律,可以建立物理量满足的微分方程,用数学连续函数理论求解这些方程,可获得该物理量随空间位置和时间的连续变化规律。
4.连续介质假设:假设流体是有连续分布的流体质点组成的介质。
5.牛顿的粘性定律表明:牛顿流体的粘性切应力与流体的切变率成正比,还表明对一定的流体,作用于流体上的粘性切应力由相邻两层流体之间的速度梯度决定的,而不是由速度决定的:6.牛顿流体:动力粘度为常数的流体称为牛顿流体。
7.分子的内聚力:当两层液体做相对运动时,两层液体的分子的平均距离加大,分子间的作用力变现为吸引力,这就是分子的内聚力。
液体快速流层通过分子内聚力带动慢流层,漫流层通过分子的内聚力阻滞快流层的运动,表现为内摩擦力。
、流体在固体表面的不滑移条件:分子之间的内聚力将流体粘附在固体表面,随固体一起运动或静止。
8.温度对粘度的影响:温度对流体的粘度影响很大。
液体的粘度随温度升高而减小,气体的粘度则相反,随温度的升高而增大。
压强对粘性的影响:压强的变化对粘度几乎没有什么影响,只有发生几百个大气压的变化时,粘度才有明显改变,高压时气体和液体的粘度增大。
9.描述流体运动的两种方法拉格朗日法:拉格朗日法又称为随体法。
它着眼于流体质点,跟随流体质点一起运动,记录流体质点在运动过程中会各种物理量随所到位置和时间的变化规律,跟中所有质点便可了解整个流体运动的全貌。
流体动力学基础
例3、如图所示,有一上方开口截面积很大的水槽,槽内水深h = 40 cm ,接到槽外水平管的截面积依次是1.0 cm2, 0.5 cm2 , 0.25 cm2 。 试求: 1)体积流量 QV 。 2)各段水平管中水流速度 vc ,vd ,ve 。 3)与水平管相连的各压强计中水柱高度 hc , hd , he 。
第二章 流体动力学基础
1、理解理想流体和定常流动(稳定流动)的概念 2、掌握运用连续性方程和伯努利方程 3、了解黏滞定律、泊肃叶定律、斯托克斯定律 4、了解测量液体黏度的实验方法。
第一节、理想流体的定常流动 第二节、伯努利方程 第三节、伯努利方程的应用 第四节、黏性流体的流动 第五节、泊肃叶定律和斯托克斯定律
a
h
c
hd :
d
1 2 1 2 Pd v d Pb v b , 其中Pb =P0 2 2 1 2 1 2 gh d P0 v d P0 v b 2 2 2 v b2 v d hc = 30cm 2g
e
b
例3、如图所示,有一上方开口截面积很大的水槽,槽内水深h = 40 cm ,接到槽外水平管的截面积依次是1.0 cm2, 0.5 cm2 , 0.25 cm2 。 试求: 3)与水平管相连的各压强计中水柱高度 hc , hd , he 。
a
h c
d e
b
例3、如图所示,有一上方开口截面积很大的水槽,槽内水深h = 40 cm ,接 到槽外水平管的截面积依次是1.0 cm2, 0.5 cm2 , 0.25 cm2 。 试求: 1)体积流量 QV 。
a h c d e
解(1)
b
QV Sb vb, 其中S b =Se,vb = 2gh
流体动力学基础
第3章 流体动力学基础一、单项选择题1、当液体为恒定流时,必有( )等于零。
A .当地加速度 B.迁移加速度 C.向心加速度 D.合加速度 2、均匀流过流断面上各点的( )等于常数。
A.p B.z+gpρ C.gpρ+gu22D. z+gpρ+gu223、过流断面是指与( )的横断面。
A .迹线正交 B.流线正交 C.流线斜交 D.迹线斜交 4、已知不可压缩流体的流速场为Ux=f(y,z),Uy=f(x),Uz=0,则该流动为( )。
A.一元流 B.二元流 C.三元流 D.均匀流5、用欧拉法研究流体运动时,流体质点的加速度a=( ). A.22dtr d B.tu ∂∂ C.(u ·▽)u D.tu ∂∂+(u ·▽)u6、在恒定流中,流线与迹线在几何上( )。
A.相交 B.正交 C.平行 D.重合7、控制体是指相对于某个坐标系来说,( ).A .由确定的流体质点所组成的流体团 B.有流体流过的固定不变的任何体积 C.其形状,位置随时间变化的任何体积 D.其形状不变而位置随时间变化的任何体积.8、渐变流过流断面近似为( ).A.抛物面B.双曲面C.对数曲面D.平面 9、在图3.1所示的等径长直管流中,M-M 为过流断面,N-N 为水平面,则有( ). A.p1=p2 B.p3=p4 C.z1+gp ρ1=z2+gp ρ2D.z3+gp ρ3=z4+gp ρ410、已知突然扩大管道突扩前后管段的管径之比21d d =0.5, 则突扩前后断面平均流速之比v1:v2=( ).A. 4B.2C.1D.0.5 11、根据图3.2 所示的三通管流,可得( )。
A .qv 1+qv 2=qv 3 B.qv 1-qv 2=qv 3 C.qv 1=qv 2+qv 3 D.qv 1+qv 2+qv 3=0 12、根据图3.3 所示的三通管流,可得( )。
A .qv 1+qv 2=qv 3 B.qv 1-qv 2=qv 3 C.qv 1=qv 2+qv 3 D.qv 1+qv 2+qv 3=0 13、测压管水头坡度Jp=( )。
流体力学课后习题答案解析自己整理孔珑4版
《工程流体力学》课后习题答案孔珑第四版第2章流体及其物理性质 (4)2-1 (4)2-3 (4)2-4 (6)2-5 (6)2-6 (6)2-7 (7)2-8 (7)2-9 (8)2-11 (8)2-12 (9)2-13 (9)2-14 (10)2-15 (10)2-16 (11)第3章流体静力学 (12)3-1 (12)3-2 (12)3-3 (13)3-5 (13)3-6 (14)3-9 (14)3-10 (15)3-21 (18)3-22 (19)3-23 (20)3-25 (20)3-27 (20)第4章流体运动学及动力学基础 (22)4-2 (22)4-5 (22)4-6 (23)4-8 (23)4-11 (24)4-12 (24)4-14 (25)4-22 (25)4-24 (26)4-26 (27)第6章作业 (28)6-1 (28)6-3 (28)6-7 (29)6-10 (29)6-11 (29)6-12 (30)6-17 (31)第2章流体及其物理性质2-1已知某种物质的密度ρ=2.94g/cm3,试求它的相对密度d。
【2.94】解:ρ=2.94g/cm3=2940kg/m3,相对密度d=2940/1000=2.942-2已知某厂1号炉水平烟道中烟气组分的百分数为,α(CO2)=13.5%α(SO2)=0.3%,α(O2)=5.2%,α(N2)=76%,α(H2O)=5%。
试求烟气的密度。
解:查课表7页表2-1,可知ρ(CO2)=1.976kg/m3,ρ(SO2)=2.927kg/m3,ρ(O2)=1.429kg/m3,ρ(N2)=1.251kg/m3,ρ(H2O)=1.976kg/m3,ρ(CO2)=1.976kg/m3,3ρ=∑i iαρ=341.1kg/m2-3上题中烟气的实测温度t=170℃,实测静计示压强Pe=1432Pa,当地大气压Pa=100858Pa。
试求工作状态下烟气的密度和运动粘度。
流体力学总复习
流体力学总复习1.流体连续介质假设,流体的易变形性,粘性,可压缩性2.流体的主要力学性质:粘性,压缩性和表面张力。
3.粘度一般不随压力变化;对于气体温度升高则粘度变大;对于液体温度升高则粘度变小。
4.流体的压缩性温度不变时,流体的体积随压强升高而缩小的性质。
5.流体的热膨胀性压力不变时,流体的体积随温度升高而增大的性质。
6.不可压缩流体的概念所有的流体均具有可压缩性,只不过液体压缩性很小,气体的压缩性大。
实际工程中,对于那些在整个流动过程中压力及温度变化不是很大,以致流体的密度变化可以忽略不计的问题,不论是液体或是气体,假设其密度为常数,并称其为不可压缩流体。
7.牛顿内摩擦定律,τ=μ*du/dy。
上式说明流体在流动过程中流体层间所产生的剪应力与法向速度梯度成正比,与压力无关。
流体的这一规律与固体表面的摩擦力规律不同。
符合牛顿切应力公式者为牛顿流体,如水,空气;不符合牛顿切应力公式者为非牛顿流体,如油漆,高分子化合物液体。
8.粘性系数为零的流体称为理想流体,是一种假想的流体。
9.工程中常用运动粘度代替,10.黏性流体与理想流体之分。
自然界存在的实际流体都具有黏性,因此实际流体都是黏性流体;若黏性可以忽略不计,则称之为理想流体,即不具有黏性的流体为理想流体。
11.影响黏度的主要因素(1) 温度的影响A. 对于液体,其黏度随温度的升高而减少。
原因为:液体分子的黏性主要来源于分子间内聚力,温度升高时,液体分子间距离增大,内聚力随之下降而使黏度下降。
B. 对于气体,其黏度随温度的升高而增大。
原因为:气体黏性的主要原因是分子的热运动,温度升高时,气体分子的热运动加剧,层间分子交换频繁,因此气体黏度增大。
(2) 压强的影响通常压强下,压强对流体黏度的影响很小,可以忽略不计。
但在高压强下,流体,无论是液体还是气体,其黏度都随压强的增大而增大。
12.液体的自由表面存在表面张力,表面张力是液体分子间吸引力的宏观表现。
流体力学知识点
第一章流体物性与黏性1、流体质点是体积无穷小的流体微团,指相对于流场无穷小2、连续性假设是将流体认为是连续分布的流体质点所组成3、流体力学中物理量的基本量纲是L、M、T、Θ4、静止流体具有粘性5、理想流体没有黏性6、牛顿流体层与层之间的黏性切应力与速度梯度成正比7、液体的粘度随着温度的升高而降低8、黏性使紧贴固体表面的薄层流体随固体一起运动9、由于流体的黏性,可使流体在流动时出现速度梯度,同时使流体之间存在黏性切应力10、流体的可压缩性是指流体密度或体积在压力变化时而有变化的属性11、流体的热膨胀性是指流体密度或体积在温度变化时而有变化的属性12、马赫数小于0.3为低速空气空气动力学,可忽略其中流体密度的变化第二章流体静力学1、重力场中,单位质量的质量力是已知的2、流体静止是指流体相邻流体质点间没有相对运动3、静止流体的表面力具有沿作用面内法线方向的特性4、锅炉内静止水中的压强计算选择p0+γh计算式5、静压力的通用计算式p=p0+γh在绝对静止流体、重力场中、不可压缩流体、连通的同种流体情况下使用6、在绝对静止流体、重力场中、不可压缩流体、连通的同种流体条件下,等高面就是等压面7、在重力作用下静止液体中,等压面是水平面的条件是相互连通8、静止流体中,任一点处流体的压强增加不一定等值传递9、静止不可压缩液体中,任一点处压强的增加可在液体中等值地传递到其他点10、液体受到表面压强p作用后,它将毫不改变地传递到液体内部任何一点11、真空度是低于当地大气压的那部分压强12、一般情况下,平板静压力合力的压力中在面积形心之下13、计算静压合力的竖直分力时,压力体的体积一般在受力壁面的上方14、平壁面静水压力的合力作用点在压力中心15、压力中心的位置在受压面的形心以下或受压面的形心处16、任意形状平壁上所受静水压力等于该平壁的形心处静水压强与该受压面的面积的乘积17、静止流体中,任一点处流体的压强来自各个方向,并相等18、对于高于当地大气压的那部分压强用表压力计量19、一般情况下,自由液面肯定是等压面20、计算静压合力的竖直分力时,压力体内不一定有流体21、流体中某点的相对压强/记示压强是指该点的绝对压强与当地大气压的差值22、静止流体中存在压应力23、平衡液体中的等压面必为与质量力相正交的面,等压面与质量力正交24、欧拉平衡微分方程理想流体和实际流体均适用25、相对压强必为正值×26、作用于两种不同液体接触面上的压力是质量力×27、静压强变化仅是由质量力引起的√28、静压强的大小与受压面的方位无关√29、静水总压力的方向垂直指向受压面30、用图解法计算静水总压力适用于受压平面是矩形31、二维曲面上的静水总压力的作用点就是静水总压力的水平分力与铅直分力的交点×32、物体在水中受到的浮力等于作用于物体表面的静水总压力√33、水深相同的静止水面一定是等压面×34、单位质量力是指作用在单位质量流体上的质量力35、粘性流体在宏观尺度上其在固体物面上的速度等于当地物面的速度36、静止流体受到的切应力为037、静止液体中任意一点的静水压强与自由面上压强的一次方成正比38、仅在重力作用下,静止液体中任意一点对同一基准面的单位势能为常数39、容器内盛有静止液体,则容器底部承受的合压力与自由面上的压强无关1、图示的容器a中盛有密度为r1的液体,容器b中盛有密度为r1和r2的两种液体,则两个容器中曲面AB上压力体相同,但压力不相等。
流体力学基础 ppt课件
流体的研究意义
流体的输送:根据生产要求,往往要将流体按照生产程序 从一个设备输送到另一个设备,从而完成流体输送的任务, 实现生产的连续化。
压强、流速和流量的测量:以便更好的掌握生产状况。
为强化设备提供适宜的流动条件:为了降低传递阻力,减 小设备尺寸,材料生产中的传热、传质过程以及化学反应大 都是在流体流动下进行的。流体流动状态对这些操作有较大 影响。
➢静压头:
式中的第二项 p/ρg 称为静压头,又称为单位重量流体 的静压能。
29
静压头的意义:
,
ห้องสมุดไป่ตู้
如图所示:密闭容器,内盛 有液体,液面上方压力为p。
图 静压能的意义 说明Z1处的液体对于大气压力来说,具有上升一定高度的能力。
30
Z+ p 常数
g
位压头+静压头=常数
也可将上述方程各项均乘以g,可得
gZ p 常数
上式为单位质量流体的静力学基本方程式
31
3 流体静力学基本方程式的应用
一、压强测量
1 U型管液柱压差计 指示液密度 ρ0,被测流体密度
为ρ,图中 a、b两点的压力是相
等的,因为这两点都在同一种静 止液体(指示液)的同一水平面 上。通过这个关系,便可求出p1
-p2的值。
注:指示剂的选择
Ar1% (均为体积%)。试求干空气在压力为
9.81×104Pa、温度为100℃时的密度。
18
解: 首先将摄氏度换算成开尔文:
100℃=273+100=373K
1)求干空气的平均分子量:
Mm = M1y1 + M2y2 + … + Mnyn
=32 × 0.21+28 ×0.78+39.9 × 0.01
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Y.C. Fung(冯元祯):《连续介质力学导论》(第3版中译本)。 ) 笛卡儿张量的介绍本教程够用了!
) 解析或数值手段有局限性 ) 实验验证 实验条件:主要设备和测试手段 ) 风洞、水洞、水槽等 ) 速度、压强、力等定量测量;流场显示 建模、物理分析过程仍离不开理论指导
理论分析是大脑,数值计算、实验是手!
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18
Homework: 阅读§1.4 “热力学基础”,不仔细讲授。
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流体力学基础 Elementary Fluid Mechanics
孙德军
Email:dsun@ /~dsun
Tel:3606797 (O)
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1
教材与参考书
教材
庄礼贤, 尹协远, 马晖扬.《流体力学》, 中国科大出版社 (1991第1版, 2009第2版)
) 流体静力学(fluid statics) ) 流体运动学(kinematics of fluid) ) 流体动力学(fluid dynamics)
研究对象:流体
关系
力
运动
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流体力学的研究对象
什么是流体? 流体的定义(本质属性,概念的内涵):流体不能承 受任意小的剪切外力而不变形,且变形会持续下去。
) 解析求解越来越困难,数值求解取而代之 物理分析
) 总结规律;机理分析 CFD形成的条件
) 模型成熟;计算条件具备 CFD的优点
) 数值求解不能解析求解的问题 ) 数值模拟实验结果(实验条件限制;给出更多细节) ) 减少实验次数,大幅度降低成本(关键)
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• 非变形固体
) 变形体
• 流体 • 固体:变形固体
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一般力学 (即动力学和控制)
流体力学 固体力学
工程力学
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二级学科
11
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流体力学的定义
什么是流体力学? 研究流体的宏观机械运动和力的相互作用的学科 关于流体的运动、力及其相互关系的科学
主要参考书 G.K. Batchler. An Introduction to Fluid Dynamics. Cambridge, 1967.
) 中译本:《流体动力学引论》,沈青等译。世界名著,应用数学风格。 吴望一:《流体力学》(上下册),北京大学出版社,1982。 周光炯,严宗毅,许世雄,章克本:《流体力学》(上下册),高等教育出版社(
面向21世纪课程教材)(1991第1版,2000第2版)
辅导书
沈钧涛,鲍慧芸. 《流体力学习题集》,北京大学出版社,1990.
电子版图书
超星图书馆等网上图书馆 流体中文网/index.htm
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3
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流体力学的研究对象
对照:其它变形体力学模型 固体:剪切外力作用下,变形达到一定程度,内部抗 拒力将阻止其继续变形。
) 只变形,不流动 ) 法向力作用下也会有变形,不能区分流体与固体 ) 变形:弹性、塑性、弹塑性 非流非固 ) 树胶、油漆等;高分子聚合物,双重性质。粘弹,粘塑 ) 现在也有把这些归结为“复杂流体”
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第一讲 流体和流体力学 Lecture 1 Fluid and Fluid Mechanics
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2010-8-31
第一章 引论
流体和流体力学 (§1.1) 连续介质假设(§1.2) 笛卡尔张量 (附录一) 应力张量 (§1.3) 热力学基础( §1.4 )
流体力学的学习要点
流体力学的学习要点:四个“基本” 基本(物理)概念 基本原理(物理规律、数学形式) 基本方法 基本流动
Hale Waihona Puke 中国科大力学系Lecture 1
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流体力学的研究方法
实验方法:实验流体力学 物理学的认识路线:实践-理论-再实践 即使理论模型已知,实验仍十分重要
F.M. White. Fluid Mechanics. McGraw-Hill, 2003 (5th ed.). ) 清华大学出版社影印版。适合工科力学,附光盘。
H. Oertel (ed.). Prandtl–Essentials of Fluid Mechanics. Springer, 2009 (3rd ed.). ) L. Prandtl. 1st ed. in 1942. ) 中译本:《流体力学概论》(1966年郭永怀、陆士嘉译)。工程技术派风格。
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辅导老师
郭志伟 juice@ 王伯福 wbf@ 办公室:西区力学一楼526 电话:3606954
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2
教材与参考书
其它世界名著
Sir H. Lamb. Hydrodynamics. Cambridge, 1932 (6th ed., 1st ed. in 1879). ) 中译本:《理论流体动力学》(上下册)。应用数学风格。
L.D. Landau and E.M. Lifshitz. Fluid Mechanics. Pergamon, 1987 (2nd ed.). ) 理论物理教程卷6,第1版有中译本,科大老师翻译。
R. L. Panton. Incompressible Flow. John Wiley & Sons, Inc., 2005 (3rd ed.). ) 适合理科力学,内容较新。
工程科学的概念:技术科学,解决工程中的科学问题
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流体力学的学科特点
流体力学既是一门基础学科,又是一门应用学科! (1) 流体力学是一门基础学科
) 物理学的一部分。
• 孤立波、混沌(chaos),首先从流体力学研究中发现 • 超流体的研究获得了诺贝尔奖
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课程安排
完整流体力学基础理论课程还包括: 理论课:《气体动力学》、《粘性流体力学》
重点讲前六章,七、八章部分讲授,后四章简介 部分次序可能与教材有变动
习题 做一定量的习题是必要的 一般每周第一次课交作业
成绩计算 平时占20-30% 闭卷考试占70-80%
) 现代流体力学的基础研究
• 基本问题:湍流、稳定性等等 • 微细观、多尺度、非线性、远离平衡态 • 学科交叉:与热力学、化学、电磁、生物等交叉
) 数、理、化、天、地、生、力。力学为应用基础。
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流体力学的研究方法
三种研究方法:理论方法、计算方法、实验方法 理论方法:本课程仅涉及理论流体力学。
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主要内容
§1.1 流体力学的研究对象和研究方法
力学定义的回顾 流体力学的定义 流体力学的研究对象:流体的概念 流体力学的学科特点 流体力学的研究方法 流体力学的学习要点
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2
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力学的定义
回顾:什么是力学? 研究客观实体的宏观机械运动和力的相互作用的学科
) 剪切力:与物体表面相切的力;任意小:没有阈值 ) 持续的变形——流动。流体的本质属性是“易流动性”
• 没有变形大小的概念,但有变形快慢的概念:变形(速)率 • 相同剪切力作用下,流体的变形快慢反映的是流体的“粘性”
) 可以承受法向外力的作用,体积弹性(可压缩性)
• 弹性变形是可恢复的
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流体力学的学科特点
(2) 流体力学又是一门应用学科 ) 航空航天工程(两弹一星、神舟、高超、大飞机。空气动力学) ) 能源工程(石油、天然气等。渗流力学) ) 海洋工程(海洋平台、海洋资源等。水动力学,地球流体力学) ) 船舶工程(航海、探测。水动力学) ) 水利工程(城市供水、灌溉、防洪、水力发电等。水动力学) ) 生物工程(生物流体力学) ) 环境工程(环境流体力学) ) 机械工程(内燃机、MEMS等。流体机械) ) 化学工程(流体混合等) ) 材料工程(晶体生长、电磁流变等)
) 已拓展到细/微观 ) 与物理、化学、生物学等的耦合(交叉力学) 力学的三要素
研究对象
关系
力
运动
力学是关于力、运动及其关系的科学:缺少一个要素
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流体力学的研究对象
什么是流体? 气体、液体都是流体:流体概念的外延 流体是力学模型的一种
力学模型 ) 质点、质点系 ) 刚体
建立模型 ) 物理模型;数学模型
数学求解 ) 解析求解越来越困难,独立使用已越来越少
物理分析 ) 总结规律;机理分析