流体力学基础知识

第一章流体力学基本知识

学习本章的目的与意义:流体力学基础知识就是讲授建筑给排水的专业基础知识,只有掌握了该部分知识才能更好的理解建筑给排水课程中的相关内容。

§1-1 流体的主要物理性质

1．本节教学内容与要求:

1.1本节教学内容:

流体的4个主要物理性质。

1.2教学要求:

（1）掌握并理解流体的几个主要物理性质

（2）应用流体的几个物理性质解决工程实践中的一些问题。

1.3教学难点与重点:

难点:流体的粘滞性与粘滞力

重点:牛顿运动定律的理解。

2.教学内容与知识要点:

2、1 易流动性

(1)基本概念:易流动性——流体在静止时不能承受切力抵抗剪切变形的性质称易流动

性。

流体也被认为就是只能抵抗压力而不能抵抗拉力。

易流动性为流体区别与固体的特性

2.2密度与重度

(1)基本概念:密度——单位体积的质量,称为流体的密度即:

M

ρ =

V

M——流体的质量,kg ;

V——流体的体积,m3。

常温,一个标准大气压下Ρ水=1×103kg/ m3

Ρ水银=13、6×103kg/ m3

基本概念:重度:单位体积的重量,称为流体的重度。重度也称为容重。

G

γ =

V

G——流体的重量,N ;

V——流体的体积,m3。

∵G=mg ∴γ=ρg 常温,一个标准大气压下γ水=9、8×103kg/ m3

γ水银=133、28×103kg/ m3 密度与重度随外界压强与温度的变化而变化

液体的密度随压强与温度变化很小,可视为常数,而气体的密度随温度压强变化较大。

2、、3 粘滞性

(1)粘滞性的表象

基本概念:流体在运动时抵抗剪切变形的性质称为粘滞性。当某一流层对相邻流层发生位移而引起体积变形时,在流体中产生的切力就就是这一性质的表

现。

为了说明粘滞性由流体在管道中的运动速度实验加以分析说明。用流速仪测出管道中某一断面的流速分布如图一所示

设某一流层的速度为u,则与其相邻的流层为u+du,du为相邻流层的速度增值,设相邻流层的厚度为dy,则du/dy叫速度梯度。

由于各流层之间的速度不同,相邻流层间有相对运动,便在接触面上产生一种相互作用的剪切力,这个力叫做流体的内摩擦力,或粘滞力。

平板实验

(2)牛顿内摩擦定律

基本概念:牛顿在平板实验的基础上于1867年在所著的《自然哲学的数学原理》中提出了流体内摩擦力的假说——牛顿内摩擦定律:

当切应力一定时,粘性越大,剪切变形的速度越小,所以粘性又可定义为流体阻抗

剪切变形速度的特性。

μ——就是比例系数,称为动力粘度,μ越大,流体越粘,流动性越差。单位为Pa、、s ν ——运动粘度,m2/s; ν=μ/ρ

液体的粘度随温度升高而减小——分子间的引力即内聚力就是形成粘性的主要因素;

气体的粘度就是随温度的升高而增大——分子间的热运动而引起的动量交换就是形成粘滞性的主要因素。

需要强调的就是:牛顿内摩擦定律只适用于牛顿流体与层流运动,牛顿流体就是指在温度不变的情况下切应力τ与流速梯度成正比,这时粘滞系数μ为常数。

对于静止液体,液体质点之间没有相对运动,因而也就不存在粘滞性。

(3、)理想流体

基本概念:所谓理想流体就是指无粘滞性,即μ=0。

例一平板在油面上作水平运动,已知平板的运动速度为40cm、/s,有层厚度为5mm,油的动力粘度μ=0、1Pa、、s,求作用于平板单位面积上的粘性阻力

2、4 压缩型与膨胀性

(1)液体的压缩性与膨胀性

基本概念:压缩性就是流体受压,分子间距离缩小,体积缩小的性质。

液体的压缩性通常用压缩系数来表示

膨胀性当作用于流体上的温度升高,体积膨胀,温度降低体积收缩称为流体

的膨胀性。

液体的膨胀性通常用膨胀系数来表示

液体的压缩性与膨胀性都比较小。如水压强增加一个大气压,体积压缩率约为1/20000,在常温下,温度升高1℃,体积膨胀率约为1、5/100000

(２)气体的压缩性与膨胀性

气体的压缩型与膨胀性比较显著,在常温下符合理想气体状态方程,即P/ρ =R T、。

§1-2 流体静压强及其分布规律

１．本节教学内容与要求:

1、1本节教学内容:

(１)静水压强的两个特性及有关基本概念。

(２)重力作用下静水压强基本公式与物理意义。

(３)静水压强的表示与计算。

1、2 教学要求:

(１)正确理解静水压强的两个重要的特性与等压面的性质。

(２)掌握静水压强基本公式与物理意义,会用基本公式进行静水压强计算。

(３)掌握静水压强的单位与三种表示方法:绝对压强、相对压强与真空度;理解位置水头、压强水头与测管水头的物理意义与几何意义。

(４)掌握静水压强的测量方法与计算。

1、3 教学难点与重点:

难点:静水压强的两个特性及有关基本概念。

重力作用下静水压强基本公式与物理意义。

静水压强的表示与计算。

重点:重力作用下静水压强基本公式与物理意义。

2.教学内容与知识要点:

2、1 流体静压强及其特性

(１)基本概念:取静止流体中的隔离体,设作用于隔离体上某一微小面积△w上的总压力为△P,则△w面上的平均压强为:

p = △P/△w(N/m2)

当所取的面积无限缩小为一点,则平均压强的极限值为

这个极限值称为该点的静压强。

(2)流体静压强的单位就是帕(牛/米2),以Pa表示。1Pa=1 N/m2,105 Pa称为1巴(bar)、

(3)流体静力学的两个特征: