流体力学绪论讲解
流体力学01绪论详解
2021/4/23
• 不可压缩
2021/4/23
思考题
• (1)空气的体积弹性模数E
• (a). P
(b). T
• (c).
(d). RT
(a)
2021/4/23
思考题
• (2) ---------是非牛顿流体
• (a). 水
(b).空气
• (c).血液 (d).沥青
2021/4/23
• 教学重点：作用在流体上的力：表面力和质量力；
流体的连续介质模型、密度与重度、粘性与理想 流体模型、牛顿内摩擦定律、压缩性与不可压缩 性流体模型。
• 教学难点：表面力和质量力的区别，连续介质模
型、牛顿内摩擦定律。
2021/4/23
§1.1 流体力学的任务及其发展简史
一、流体力学的研究对象
流体力学是近代力学的一大分支，它是研究流体的平衡 和机械运动规律以及流体与周围物体之间相互作用的科学， 主要是确定流体的速度分布，压强分布与能量损失，以及流 体与固体相互间的作用力与作用力矩。
深刻理解。 3.认真听课，适当记笔记
对自己认为的重点、难点认真听老师的讲解和处理方法， 对典型的课堂例题，应记录分析问题的思路、解题步骤。
2021/4/23
4.作好预习，有准备地听课
对较难章节，一定要预习，看不懂的地方重点听老师讲 解，要把70％的精力放在看书上，重要的是理解，不要死记 硬背。
5.解题规范化，加强基本功训练
对某种流体而言，粘度值受温度的影响较大
2021/4/23
水和空气的物理性质
温度
T
(℃)
0 5 10 15 20 25 30 35 40
2021/4/23
流体力学教学绪论PPT
§1.3 流体的主要物理性质
1.3.1 惯 性
惯性是物体保持原有运动状态的性质。质量是惯性 大小的度量，单位体积的质量称为密度。
密度的单位为kg/m3。
m
V
（1 -1）
液体的密度随压强和温度的变化很小，视为常数。
§1.3 流体的主要物理性质
物质
1.1.2 连续介质假设 从微观角度来看，流体的物理量在空间的分布是不 连续的，且在空间任一点上，流体的物理量随时间的变化 也是不连续的。
§1.1 流体力学及其任务
在研究流体力学规律时，一般可把流体的运动看成是 以大量分子集团为单位进行运动的，把这种分子集团称为 质点，质点与质点之间无间隙。把由不连续分子组成的流 体看成由连续质点组成的流体，这就是连续介质假设。
分子
质点
质点是指大小同所有流动空间相比微不足道，又含 有大量分子，足以得到与分子数目无关的各项统计平均特 性、具有一定质量的流体微元。
§1.1 流体力学及其任务
按连续介质假设，流体运动的物理量都可视为空间 坐标和时间变量的连续函数，这样就能用数学分析方法来 研究流体运动。
在实际工程中往往是要解决流体的宏观特性而不是微 观运动的特性，实践表明采用流体的连续介质模型，解决 一般工程中的流体力学问题是可以满足要求的。
液体和气体合称为流体。 流体的基本特征是具有流动性。
水面受气流的摩 擦力作用而波动
斜坡上的水受重力 切向分力往低处流
§1.1 流体力学及其任务
流体在静止时不能承受拉力和剪切力，即使在很小的 剪切力作用下，流体都会产生连续不断的变形而形成流动。
流体的这种在微小剪力作用下， 连续变形的特性，称为流动性。
(完整版)流体力学重点概念总结
第一章绪论表面力：又称面积力，是毗邻流体或其它物体，作用在隔离体表面上的直接施加的接触力。
它的大小与作用面积成比例。
剪力、拉力、压力质量力：是指作用于隔离体内每一流体质点上的力，它的大小与质量成正比。
重力、惯性力流体的平衡或机械运动取决于：1.流体本身的物理性质（内因）2.作用在流体上的力（外因）流体的主要物理性质：密度：是指单位体积流体的质量。
单位：kg/m3 。
重度：指单位体积流体的重量。
单位： N/m3 。
流体的密度、重度均随压力和温度而变化。
流体的流动性：流体具有易流动性，不能维持自身的形状，即流体的形状就是容器的形状。
静止流体几乎不能抵抗任何微小的拉力和剪切力，仅能抵抗压力。
流体的粘滞性：即在运动的状态下，流体所产生的阻抗剪切变形的能力。
流体的流动性是受粘滞性制约的，流体的粘滞性越强，易流动性就越差。
任何一种流体都具有粘滞性。
牛顿通过著名的平板实验，说明了流体的粘滞性，提出了牛顿内摩擦定律。
τ=μ(du/dy)τ只与流体的性质有关，与接触面上的压力无关。
动力粘度μ：反映流体粘滞性大小的系数，单位：N•s/m2运动粘度ν：ν=μ/ρ第二章流体静力学流体静压强具有特性1.流体静压强既然是一个压应力，它的方向必然总是沿着作用面的内法线方向，即垂直于作用面，并指向作用面。
2.静止流体中任一点上流体静压强的大小与其作用面的方位无关，即同一点上各方向的静压强大小均相等。
静力学基本方程: P=Po+pgh等压面：压强相等的空间点构成的面绝对压强：以无气体分子存在的完全真空为基准起算的压强 Pabs相对压强：以当地大气压为基准起算的压强 PP=Pabs—Pa（当地大气压）真空度：绝对压强不足当地大气压的差值，即相对压强的负值 PvPv=Pa-Pabs= -P测压管水头：是单位重量液体具有的总势能基本问题：1、求流体内某点的压强值：p = p0 +γh；2、求压强差：p – p0 = γh ；3、求液位高：h = （p - p0）/γ平面上的净水总压力：潜没于液体中的任意形状平面的总静水压力P，大小等于受压面面积A与其形心点的静压强pc之积。
(完整版)流体力学
第1章绪论一、概念1、什么是流体？在任何微小剪切力持续作用下连续变形的物质叫做流体（易流动性是命名的由来）流体质点的物理含义和尺寸限制？宏观尺寸非常小，微观尺寸非常大的任意一个物理实体宏观体积极限为零，微观体积大于流体分子尺寸的数量级什么是连续介质模型？连续介质模型的适用条件；假设组成流体的最小物质是流体质点，流体是由无限多个流体质点连绵不断组成，质点之间不存在间隙。
分子平均自由程远远小于流动问题特征尺寸2、可压缩性的定义；作用在一定量的流体上的压强增加时，体积减小体积弹性模量的定义、与流体可压缩性之间的关系及公式；Ev=-dp/（dV/V）压强的改变量和体积的相对改变量之比Ev=1/Κt 体积弹性模量越大，流体可压缩性越小气体等温过程、等熵过程的体积弹性模量；等温Ev=p等嫡Ev=kp k=Cp/Cv不可压缩流体的定义及体积弹性模量；作用在一定量的流体上的压强增加时，体积不变Ev=dp/(dρ/ρ）（低速流动气体不可压缩)3、流体粘性的定义;流体抵抗剪切变形的一种属性动力粘性系数、运动粘性系数的定义、公式；动力粘度：μ，单位速度梯度下的切应力μ=τ/（dv/dy)运动粘度：ν，动力粘度与密度之比，v=μ/ρ理想流体的定义及数学表达;v=μ=0的流体牛顿内摩擦定律(两个表达式及其物理意义）；τ=+-μdv/dy（τ大于零）、τ=μv/δ切应力和速度梯度成正比粘性产生的机理，粘性、粘性系数同温度的关系；液体：液体分子间的距离和分子间的吸引力，温度升高粘性下降气体：气体分子热运动所产生的动量交换，温度升高粘性增大牛顿流体的定义；符合牛顿内摩擦定律的流体4、作用在流体上的两种力。
质量力：与流体微团质量大小有关的并且集中在微团质量中心上的力表面力：大小与表面面积有关而且分布在流体表面上的力二、计算1、牛顿内摩擦定律的应用－间隙很小的无限大平板或圆筒之间的流动.第2章流体静力学一、概念1、流体静压强的特点;理想流体压强的特点(无论运动还是静止）；流体内任意点的压强大小都与都与其作用面的方位无关2、静止流体平衡微分方程，物理意义及重力场下的简化微元平衡流体的质量力和表面力无论在任何方向上都保持平衡欧拉方程 =0 流体平衡微分方程重力场下的简化：dρ=—ρdW=—ρgdz3、不可压缩流体静压强分布（公式、物理意义)，帕斯卡原理;不可压缩流体静压强基本公式z+p/ρg=C不可压缩流体静压强分布规律 p=p0+ρgh平衡流体中各点的总势能是一定的静止流体中的某一面上的压强变化会瞬间传至静止流体内部各点4、绝对压强、计示压强（表压)、真空压强的定义及相互之间的关系;绝对压强：以绝对真空为起点计算压强大小记示压强：比当地大气压大多少的压强真空压强：比当地大气压小多少的压强绝对压强=当地大气压+表压表压=绝对压强—当地大气压真空压强=当地大气压-绝对压强5、各种U型管测压计的优缺点；单管式：简单准确；缺点：只能用来测量液体压强，且容器内压强必须大于大气压强，同时被测压强又要相对较小，保证玻璃管内液柱不会太高U：可测液体压强也可测气体压强；缺：复杂倾斜管：精度高;缺点：?？6、作用在平面上静压力的大小（公式、物理意义）。
流体力学教学资料 1-PPT精选文档25页
第五节 表面张力
a
n
气体
表面张力：是液体自由面上分子引力
液体
a 大于斥力而产生的沿表面每单位长度
切向拉力 [N/m]
二维液体表面张力
p p 0 R 2s in 2 2 2
a
气体
pp0/R 曲率半径
液体
n
a
毛细现象 是接触角，与液体，固体性质有关
900
900
gd2hdcos
4
h 4 cos gd
毛细管液体爬高
水
水银
毛细现象不仅与液体性质、固壁材料、液面上方气体性 质等因素有关，也与管径的大小有关。管径越小，毛细 现象越明显。
谢谢！
xiexie!
流体微团（流体质点）是大量流体分子的集合， 在宏观上是无限小体积。
1 mm 3 体积有 3.31019 个水分子，2.71016 气体分子 以工程的尺度观察，1 mm 3 流体微团 非常微小 以水分子的尺度观察，1 mm 3 流体微团 非常巨大
流体由分子组成，分子不断地运动并且相互碰撞，分 子的运动是不规律的。
如果对微小流体团里所有分子的物理参数进行统计平 均，并把统计平均值作为流体微团的相应物理参数， 只要这样的微团相对于物理参数宏观变化的特征尺寸 足够小，微团上和微团间的参数变化就能够充分反映 出流体的宏观运动特征。
流体力学测量仪器能够反映出来的也正是这样一些宏 观物理参数，而这些宏观物理参数表征的是许许多多 个分子上相应物理参数的统计平均值。
流体力学的任务：在一定的空间体积里，研究流体微团宏 观运动、受力和能量变化的规律。
失效情况：稀薄气体 激波 微尺度流动 (厚度与气体分子平均自由程同量级)
流体力学第1章绪论幻灯片PPT
本课件PPT仅供大家学习使用 学习完请自行删除，谢谢！ 本课件PPT仅供大家学习使用 学习完请自行删除，谢谢！ 本课件PPT仅供大家学习使用 学习完请自行删除，谢谢！ 本课件PPT仅供大家学习使用 学习完请自行删除，谢谢！
1.1 流体力学的研究对象及意义
1.1.1 研究对象 流体(Fluid),包括液体(Liquid)和气体(Gas)。
江苏科技大学
1.1.3 工程应用
流体力学已广泛用于国民经济的各个领域。
在水利建设中：如防洪、灌溉、航运、水力发电、河道整治等；
在航空航天中：如航天飞机、人造卫星等;
在国民经济的其他技术部门中：如机械工程中的润滑、液压传动； 船舶的行波阻力；市政工程中的通风、通水，高层建筑的受风作用； 铁路、公路隧道中的压力波传播、汽车的外形与阻力的关系；血液在 人体内的流动；污染物在大气中的扩散等。
得到很大发展，已形成专门的学科 ——计算流体力学。
1.1 流体力学的研究对象及意义
江 苏 科 技大 学
5）流体力学的发展史
流体力学的萌芽，是自距今约2200年希腊学者阿基米德的《论浮 体》一文开始的。他对静止流体的性质作了第一次科学总结。
流体力学的主要发展，是从牛顿时代开始的，1687年牛顿的名著 《原理》讨论了流体的阻力、波浪运动等问题，使流体力学开始变为力 学中的一个独立分支。此后，流体力学的发展主要经历了四个阶段：
4、二十世纪六十年代以后，由于计算机的发明与普及，出现了在理论 分析和实验观察的基础上拟定计算方案，利用计算机编程求解数值解的 流体力学研究方法，即“计算流体力学“。现代测量技术如激光测速仪 等的应用和计算机在实验数据的监测、采集等中的应用，都促进了工程 流体力学的发展。
(完整版)流体力学 第一章 流体力学绪论
第一章绪论§1—１流体力学及其任务1、流体力学的任务：研究流体的宏观平衡、宏观机械运动规律及其在工程实际中的应用的一门学科。
研究对象：流体,包括液体和气体。
2、流体力学定义：研究流体平衡和运动的力学规律、流体与固体之间的相互作用及其在工程技术中的应用.3、研究对象：流体(包括气体和液体）。
4、特性：•流动(flow)性，流体在一个微小的剪切力作用下能够连续不断地变形,只有在外力停止作用后,变形才能停止。
•液体具有自由（free surface）表面，不能承受拉力承受剪切力（ shear stress)。
•气体不能承受拉力,静止时不能承受剪切力，具有明显的压缩性，不具有一定的体积，可充满整个容器。
流体作为物质的一种基本形态，必须遵循自然界一切物质运动的普遍，如牛顿的力学定律、质量守恒定律和能量守恒定律等。
5、易流动性：处于静止状态的流体不能承受剪切力,即使在很小的剪切力的作用下也将发生连续不断的变形,直到剪切力消失为止。
这也是它便于用管道进行输送，适宜于做供热、制冷等工作介质的主要原因.流体也不能承受拉力，它只能承受压力.利用蒸汽压力推动气轮机来发电，利用液压、气压传动各种机械等,都是流体抗压能力和易流动性的应用.没有固定的形状，取决于约束边界形状，不同的边界必将产生不同的流动。
6、流体的连续介质模型流体微团——是使流体具有宏观特性的允许的最小体积。
这样的微团，称为流体质点。
流体微团：宏观上足够大,微观上足够小。
流体的连续介质模型为:流体是由连续分布的流体质点所组成，每一空间点都被确定的流体质点所占据,其中没有间隙，流体的任一物理量可以表达成空间坐标及时间的连续函数，而且是单值连续可微函数。
7流体力学应用:航空、造船、机械、冶金、建筑、水利、化工、石油输送、环境保护、交通运输等等也都遇到不少流体力学问题。
例如,结构工程:钢结构，钢混结构等.船舶结构；梁结构等要考虑风致振动以及水动力问题；海洋工程如石油钻井平台防波堤受到的外力除了风的作用力还有波浪、潮夕的作用力等，高层建筑的设计要考虑抗风能力;船闸的设计直接与水动力有关等等。
《流体力学》第一章绪论
欧拉法
以空间固定点作为研究对 象，通过研究流体质点经 过固定点的速度和加速度 来描述流体的运动。
质点导数法
通过研究流体质点在单位 时间内速度矢量的变化率 来描述流体的运动。
流体运动的分类
层流运动
流体质点沿着直线或近似的直线路径运动，各层 流体质点互不混杂，具有规则的流动结构。
湍流运动
流体质点运动轨迹杂乱无章，各流体质点之间相 互混杂，流动结构复杂多变。
流体静力学基础
总结词
流体静力学基础
详细描述
流体静力学是研究流体在静止状态下的力学性质的科学。其基础概念包括流体静压力、流体平衡的原理等，这些 原理在工程实践中有着广泛的应用。
03
流体运动的基本概念
流体运动的描述方法
01
02
03
拉格朗日法
以流体质点作为研究对象， 通过追踪流体质点的运动 轨迹来描述流体的运动。
《流体力学》第一章 绪论
目录
• 流体力学简介 • 流体的基本性质 • 流体运动的基本概念 • 流体动力学方程 • 绪论总结
01
流体力学简介
流体力学的定义
流体力学是研究流体（液体和气体） 的力学性质和运动规律的学科。
它涉及到流体在静止和运动状态下的 各种现象，以及流体与其他物体之间 的相互作用。
波动运动
流体在压力、温度、浓度等外部扰动作用下产生 波动现象，如声波、水波等。
流体运动的守恒定律
动量守恒定律
流体系统中的动量总和在封闭系统中保持不变，即流入和流出封 闭系统的动量之差等于系统内部动量的变化量。
质量守恒定律
流体系统中质量的增加或减少等于流入和流出封闭系统的质量流量 之差。
能量守恒定律
古希腊哲学家阿基米德研 究了流体静力学的基本原 理，奠定了流体静力学的 基础。
流体力学讲义第一章绪论
流体⼒学讲义第⼀章绪论第⼀章绪论本章主要阐述了流体⼒学的概念与发展简史；流体⼒学的概述与应⽤；流体⼒学课程的性质、⽬的、基本要求；流体⼒学的研究⽅法及流体的主要物理性质。
流体的连续介质模型是流体⼒学的基础，在此假设的基础上引出了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。
第⼀节流体⼒学的概念与发展简史⼀、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。
流体⼒学所研究的基本规律，有两⼤组成部分。
⼀是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，这⼀部分称为流体静⼒学；⼆是关于流体运动的规律，它研究流体在运动状态时，作⽤于流体上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，这⼀部分称为流体动⼒学。
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。
⽬前，根据流体⼒学在各个⼯程领域的应⽤，流体⼒学可分为以下⼏类：能源动⼒类：⽔利类流体⼒学：⾯向⽔⼯、⽔动、海洋等；机械类流体⼒学：⾯向机械、冶⾦、化⼯、⽔机等；⼟⽊类流体⼒学：⾯向市政、⼯民建、道桥、城市防洪等。
⼆、流体⼒学的发展历史流体⼒学的萌芽，是⾃距今约2200年以前，西西⾥岛的希腊学者阿基⽶德写的“论浮体”⼀⽂开始的。
他对静⽌时的液体⼒学性质作了第⼀次科学总结。
流体⼒学的主要发展是从⽜顿时代开始的，1687年⽜顿在名著《⾃然哲学的数学原理》中讨论了流体的阻⼒、波浪运动，等内容，使流体⼒学开始成为⼒学中的⼀个独⽴分⽀。
此后，流体⼒学的发展主要经历了三个阶段：1.伯努利所提出的液体运动的能量估计及欧拉所提出的液体运动的解析⽅法，为研究液体运动的规律奠定了理论基础，从⽽在此基础上形成了⼀门属于数学的古典“⽔动⼒学”（或古典“流体⼒学”）。
中南大学流体力学绪论PPT课件
二、流体质点和流体的连续介质模型
➢ 连续介质模型 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。
➢ 优点
排除了分子运动的复杂性。 物理量作为时空连续函数，则可以利用连续函数这一数学工具来研究问题。
如 p，v，a，ρ，γ，…＝f（x，y，z，t）
固体
流体
第二节 流体的主要物理性质
第二节 流体的主要物理性质
一、流体的定义
液体和气体的区别： (1) 气体易于压缩；而液体难于压缩；
(2)液体有一定的体积，存在一个自由液面； 气体能充满任意形状的容器，无一定的体积，不存在自由液面。
液体和气体的共同点： 两者均具有易流动性，即在任何微小切应力作用下都会发 生变形或流动，故二者统称为流体。
研究对象 力学问题载体
流体力学
强调水是主要研究对象 比较偏重于工程应用 土建类专业常用
流体
水力学
力学
宏观力学分支遵循 三大守恒原理
水
力学
第一章 绪论
一、流体力学的概念 3、工程流体力学中的基本力学问题和任务
1、作用力问题； 2、过流能力问题； 3、流体能量的利用和能量损失问题； 4、水流形态问题。
第一章 绪论
三、流体力学的发展历史
3、古典流体力学与实验流体力学相结合阶段（18到19世纪末）
达朗贝尔 (1717-1783)
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
谢才（ 法国）建立了 渠道流量经验公式
弗鲁德（英国） 建立了模型试验法则
雷诺（爱尔兰） 提出层流和紊流运动
流体力学课件-绪论
2
F
d
F
g
R
(
s
i
n
s
i
n
c
os)d2
g
R
Lx
x
2
0
0
2
F
y
d
F
R
(
1
c
o
s
)
g
R
(
1
c
o
s
)sind
Lx
Lx
x
0
2R
yLx
3
3
0
3. 流体知识回顾
3.3 浮力
• 浸入液体中的物体都会受到浮力的作用
散化；
➢ 编制程序，选取算例，进行具体计算，并将所得结果绘制成图表；
➢ 将计算结果与其他方法得到的结果进行对比，对流动进行分析
• 优点
➢ 许多用分析法无法求解的问题，或实验无法实现的问题，用此法可
以求得数值解
➢ 在一定程度上，可以节约实验费用
• 缺点
➢ 对于复杂而又缺乏完善数学模型的问题，仍无能为力
数值方法 （一些图片)
卡门涡街
生物运动仿真
血管瘤内血流
飞机周围流场
3. 知识回顾
3.1 液体内部的压强
• 液体内部向各个方向都有压强，同一深处的压强相等
3.2 连通器原理
(千斤顶)
P89:例2.3 图示的圆柱形堰，直径2R=3m，长L＝6m．试求两侧静
流体力学概述
dA 2rdr
dF dA 2 r 2dr
dT dF r 2 r3dr
d
T 2 2 r3dr d 4
0
32
P T d 4 2 32
例题
在δ=40mm旳两平行壁面之间充斥动力粘度为 0.7Pa.s旳液体，在液体中有一边长为60mm旳薄板以 15m/s旳速度沿薄板所在平面内运动，假定沿铅直方 向旳速度分布是直线规律。 （1）当h=10mm时，求薄板运动旳液体阻力。 （2）假如h可变，求h为多大时，薄板运动阻力最小？ 最小阻力为多大？
v0 d
δ
l
v0
r
d 2
dv v0 d dr 2
速度梯度 切应力
摩擦面积 作用在轴表面旳摩擦力 作用在轴表面旳摩擦力矩
克服摩擦所需旳功率
dv v0 d dr 2 d
2 A dl
F A ld 2 2
T F d ld 3 2 4
P
T
Fv0
ld 3 2 4
3、圆盘缝隙中旳回转运动
v lim V dV m3 / kg mo m dm
v V m3 / kg m
•相对密度
非均质流体 均质流体
•物体质量与一样体积4℃蒸馏水质量之比，无量纲。
1000d
v 0.001/ d
d m vw mw w v
1000kg/m3
0.001m3/kg
第四节 流体旳压缩性和膨胀性
T1 r E恩氏度 T2
T1——待测流体在t℃下流 出200cm3所需时间。 T2——20t℃旳蒸馏水流出 200cm3所需时间。51s
7.31r 6.31 106 m2/s
r
7.31r 6.31 103 d Pa s
西北工大875流体力学讲义1-第一章绪论(基本概念及参数)
西北工大875流体力学讲义第一章绪论（基本概念及参数）第一节流体的连续介质模型流体是由无数分子构成的，实质是不连续的，为了能够应用高等数学连续函数来描述流的运动规律，将本来不连续的流体看成是有没有间隙的流体微团（质点）构成的。
在连续性介质假设之下，流体的各种参数都可以看成空间和时间的单值连续函数:在宏观上，流体微团足够小，以至于其体积可以忽略不计。
在微观上要足够大，使得所包容的流体分子的平均物理属性有意义。
当流体流动所涉及到的物体的尺寸能够和分子的平均自由行程和脂分子间的距离相比拟时，流体的连续介质模型不再适用。
第二节作用在流体的力作用在流体上的力有两类：一类是某重力场作用的结果，称为质量力，也称体积力，其大小流体的质量（体积）成正比。
重力场中的重力是质量力，在用动静法来研究有关问题时虚加在流体质点上的惯性力也是质量力。
单位流体的质量力可表示为：其单位为加速度单位：m/s2。
另一类是表面力，是分离体以外的其他物体通过分离体的表面作用在分离体上的力。
一个是剪切应力，一个是法向应力。
在液体与异相物质接触的自由表面上还有表面张力，它是一种特殊类型的表面力，它不是接触面以外物质的作用结果，而恰恰是由液体内的分子对处于表面层的分子的吸引而产生的。
液体自由表面上单位长度的流体线所受到的拉力称为表面张力系数，记作σ，单位是N/m。
液体与固体壁面接触时，在液体表面与固壁面的交界处作液体表面的切面，此切面与固壁面在液体内部所夹的角度θ称为接触角。
当液体表面发生弯曲时，液体内部的压强p与外部的流体介质的压强p0之差与曲面的两个主曲率半径R1 和R2有关：此式称为拉普拉斯表面张力方程。
第三节流体的粘性流体粘性：流体流动时流体质点发生相对滑移产生摩擦力的性质，称为流体的黏性。
动力粘度：流体的粘性大小可用流体的动力粘度来表示，即牛顿内摩擦定律中的比例系数。
上式即为牛顿内摩擦定律，该式表明，各层流间的切向应力和速度梯度成正比，比例系数为流体的动力粘度。
武汉理工大学《流体力学》课件1 绪论(共68张PPT)
1.3.3 连续介质假设 • 连续介质假设：假设流体是由连续分布的流体质点组成的介质。
(1)可用连续性函数B(x,y,z,t)描述流体质点物理量的空间分布和 时间变化；
(2)由物理学根本定律建立流体运动微分或积分方程，并用连续函
数理论求解方程。
• 连续介质假设模型是对物质分子结构的宏观数学抽象，就象几何学 是自然图形的抽象一样。
• 除了稀薄气体与激波之外的绝大多数工程问题，均可用连续介质模型作理 论分析。
由于空气动力学的开展，人类研制出3倍声速的战斗机。
幻影2000
EXIT
使重量超过3百吨，面积达半个足球场的大型民航客
机，靠空气的支托象鸟一样飞行成为可能，创造了 人类技术史上的奇迹。
EXIT
利用超高速气体动力学，物理化学流体力学和稀 薄气体力学的研究成果，人类制造出航天飞机， 建立太空站，实现了人类登月的梦想。
社，1994.11 5 Fluid Mechanics with Engineering Application
(Tenth Edition). E. John Finnemore. 清华大学出版社，
2003
本课程的有关说明：
1、课程的重要性
2、对上课的要求
3、对作业的要求
4、对考试的要求
1、本专业的后续课程会用到。 2、考研。 3、考注册设备工程师。 1、不迟到。 2、不讲话。 3、有事请假。 1、保质保量，独立完成。 2、已知、求、解（Given、Find、Solution）。 3、图形必须用直尺绘制。 4、必须对结果作分析以及单位验算。
1.1 流体力学的研究对象与特点
物质 Substance
《流体力学》课件-(第1章 绪论)
流体力学
流体
强调水是主要研究对象 比较偏重于工程应用 土建类专业常用
力学
宏观力学分支 遵循三大守恒原 理
水力学
水
力学
§1.1.1 流体力学的任务和研究对象
二、研究对象 流体 指具有流动性的物体，包括气体和 液体二大类。
流动性
•即 任 一 微 小 剪
切力都能使流体 发生连续的变形
•
流体的共性特征
基本特征：具有明显的流动性；气体的流动性大于液体。 流体只能承受压力，不能承受拉力，在即使是很小剪切力
二. 表面力 是指作用在所研究的流体表面上的力，它是相邻流 体之间或固体壁面与流体之间相互作用的结果。 它的大小与流体的表面积成正比； 方向可分解为切向和法向。
• 设 面 积 为 ΔA 的 流 体
nFLeabharlann 面元，法向为 n ，指 向表面力受体外侧， 所受表面力为 ΔF ，则 应力
F f n lim A0 A
第一阶段：古典流体力学阶段 奠基人是瑞士数学家伯努利(Bernoulli，D．)和他的 亲密朋友欧拉(Euler，L.)。1738年，伯努利推导出了著 名的伯努利方程，欧拉于1755年建立了理想流体运动微分 方 程 ， 以 后 纳 维 (Navier,C .H.) 和 斯 托 克 斯 (Stokes ， G．G．)建立了粘性流体运动微分方程。拉格朗日 （Lagrange）、拉普拉斯(Laplace)和高斯(Gosse)等人， 将欧拉和伯努利所开创的新兴的流体动力学推向完美的分 析高度。
第1章 绪论 第2章 流体静力学 第3章 一元流体动力学理论基础 第4章 流动阻力与能量损失 第5章 孔口、管嘴出流和有压管流 第6章 量纲分析与相似原理
第一章 绪论
流体力学学习课件第一章绪论(流体力学)
李传奇 土建与水利学院
教学基本内容
第一章 第二章 第三章 第四章
第六章 第七章 第八章
绪论 流体静力学 流体运动学 流体动力学基础
流动阻力与水头损失 孔口、管嘴和有压流 明渠流动
2020/1/27
2
第一章 绪论
第一节 流体力学及任务 第二节 作用在流体上的力 第三节 流体的主要物理性质 第四节 牛顿流体与非牛顿流体
（3）城市防洪工程中的应用。如堤、坝的作用力与渗流问题、防 洪闸坝的过流能力等。 （4）其它应用：气象，航空，动力工程，生物医学，体育等等。
2020/1/27
15
市政
London Sewer
交通
Culverts
岩土工程
Groundwater and Seepage
结构
Snow Load
结构
2020/1/27
26
（2）当流体处于绝对静止时：
有：
2020/1/27
fx= 0 fy= 0 fz= -g
z
o x
y g
27
1.3 流体的主要物理性质
1、惯性 2、粘性 3、可压缩性和热膨胀性
2020/1/27
28
1. 3.1 惯性
z
（1）密度（Density）：是指单位体积流体的质量。
V
2020/1/27
3
1.1 流体力学及其任务
1.1.1 流体力学的研究对象
力学 基础学科，它同数、理、化、天、地、生并列
为七大基础学科。 流体力学
是力学的一个分支，流体力学是研究流体静止 或运动的力学规律及其在工程技术中的应用。
2020/1/27
4
• 流体最主要的物理特性
- 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)。
2 0
2 1 (r ) (sin ) 0 r r sin
多相流体动力学
• 边界条件 1 球形颗粒表面处
r rp
(vr )r rp v p (t ) cos 即：（ )r rp v p (t ) cos r
Low Reynolds number
多相流体动力学
4. 压力梯度力
y
p / x
Fp
• 颗粒在有压力梯度的流场中 运动时，还受到一个由于压 力梯度引起的作用力。
p0
x
p p p0 rp (1 cos ) x
多相流体动力学
• 通过在颗粒上取积分的方法，就可得到颗上的压力梯度力。
• 液体和固体混合在一起的流动 • 自然界：夹带泥沙的江河海水等 • 工业工程：水力输送，矿浆，泥浆，纸浆，胶浆，水煤浆， 污水排放
多相流体动力学
五、 气液液、气液固和液液固多相流
• 油田油井
多相流体动力学
常见的多7月3日下午3时，小浪底出水口三号排沙洞开始试探性放水。
多相流体动力学
1 颗粒运动时的粘性阻力
r Fr CD vg v p (vg v p ) 2
2 p
•气体的稀薄效应、可压缩性及颗粒与流体之间的温差;颗粒浓度
多相流体动力学
2-3 重力和浮力
重力公式： F 1 d 3 g g p p
6
浮力公式： F 1 d 3 g a p g
• 式中 为流体的加速度，则
Fp mp a p
g ag p ap
如果颗粒的加速度和流体的加速度相差不大，那么流体的密 度通常小于颗粒的密度，所以压力梯度力的量级很小，可 以忽略不计。
多相流体动力学
5. 虚假质量力
• 当颗粒相对于流体作加速运动时，不但颗粒的速度越 来越大，而且周围的流体的速度亦会增大。推动颗粒 运动的力不但增加颗粒本身的动能，而且也增加了流 p 体的动能，故这个力将大于加速颗粒本身所需的 mp a， 这好象颗粒质量增加了一样。加速这部分增加质量的 力叫做虚假质量力，也叫表观质量效应。
6
多相流体动力学
颗粒的终端沉降速度
mp du p 1 3 1 3 dp pg dp g g dt 6 6 rp2 C D v g v p (v g v p ) 2
ut
4d p ( p g ) g 3 g CD
4 3 a ( s f ) g 2 a 2 ( ) g s f 3 Uc Us , 6 a 9
p Fp ( p0 rp (1 cos ) ) 2 rp2 sin cos d x 0 p 2 3 p 2 2 rp ( p0 rp sin cos d 2 r sin cos d p x) 0 x 0 4 3 p p rp V p 3 x x
•式中 rp 表示颗粒的直径，而负号则表示压力梯度力的方向 与流场压力梯度的方向相反
多相流体动力学
p Fp V p x
多相流体动力学
把压力梯度力与颗粒惯性力作比较，可以得到
Fp mpa p
p x pap
式中为颗粒的加速度，而流场中的压力梯度力可以近似为
p g ag x
多相流体动力学
多相流体动力学
Outline
• • • • • 常见多相流 管道中的多相流流型 颗粒上的力 流固两相流计算方法 空化简介
多相流体动力学
常见的两相及多相流
• 单相流：单相物质的流动，或两种混合均匀的气 体或液体的流动 • 两相流：气－液两相流，液－液两相流，气－固 两相流，液－固两相流 • 三相流：气－水－油，油－水－砂，汽－油－砂 等 • 四相流：气－水－油－砂
多相流体动力学
磨料水切割、磨料水清洗
多相流体动力学
多相流体动力学
多相流体动力学
气固两相流流型图
水平管气体-固体 颗粒流中的典型 流型
多相流体动力学
• 气固流化床
多相流体动力学
气液（液液）两相流流型图
多相流体动力学
多相流体动力学
颗粒相尺寸的统计分布
• 典型颗粒的尺寸范围
物质 烟草产生的烟 油烟 尺寸范围（m) 0.01~1 0.03~1
两种互不相溶的液体混合在一起的流动
例：油田开采与地面集输等的油水两相流 化工中的乳浊液
多相流体动力学
三. 气固两相流
• 稀相：连续－离散介质 • 浓相：拟流体假设，连续－连续
• 例：自然界：沙漠风沙，沙尘暴，飞雪，冰雹 • 工业过程：气力输送，气流干燥，煤粉燃烧，气力浮选，流态化
多相流体动力学
四. 液固两相流
细菌
煤烟 粉煤 飞灰 雾 喷雾的液滴
0.3~50
1~100 3~600 1~200 2~80 6~6000
花粉
雨滴
10~100
600~6000
多相流体动力学
多相流的基本理论
颗粒上的作用力
多相流体动力学
颗粒相的动力特性
1. 水动阻力 2. 重力 3. 浮力 4. 压力梯度力 5. 虚假质量力 6. Basset力 7. 颗粒旋转时的Magnus 升力 8. Saffmen升力 9. 热泳力 10. 光泳力 11. 声泳力 12. 静电力 13. 颗粒间、颗粒和壁面的相互碰撞力 14. 范德华力 15. 毛细力
多相流体动力学
一. 气液两相流
单组分工质：水－水蒸汽两相流，流动中相变 双组分工质：空气－水气液两相流 例：自然界：风雨交加，云遮雾罩 日常生活：沸腾的水壶，啤酒 工业设备：锅炉，核反应堆的蒸汽发生器，冷凝器，反应器，蒸馏塔， 气提塔，各式气液混合器，气液发生器和热交换器
多相流体动力学
二. 液液两相流
dvg dv p 1 FVm gV p ( ) 2 dt dt
•虚假质量力实际上是由于颗粒作变速运动引起的颗粒表面上 的压力分布不对称而形成的。
多相流体动力学
设流体静止、无粘、不可压缩，颗粒反x方向以v p (t )作变速直线运 动。为了方便，采用固接与颗粒上的动坐标系来研究颗粒的绝对 运动。 对于球坐标下的轴对称运动问题，由以上条件可得 即：