流体力学1-简介
流体力学知识点范文
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流体力学知识点范文流体力学是研究流体静力学和流体动力学的一个学科,涉及到流体的运动、力学性质以及相关实验和数值模拟方法。
流体力学的应用广泛,包括气象学、海洋学、土木工程、航空航天工程等领域。
以下是流体力学的一些重要知识点。
1.流体的性质流体是一种能够自由流动的物质,包括气体和液体。
与固体不同,流体具有可塑性、可挤压性和物质变形后恢复自然形状的性质。
流体的密度、压力、体积、温度和粘度是流体性质的基本参数。
2.流体的运动描述流体的运动包括膨胀、收缩、旋转和流动等。
为了描述流体的运动,需要引入一些描述流体运动的物理量,如速度、流速、加速度和流量。
流体的速度矢量表示流体粒子的运动方向和速度大小。
3.流体静力学流体静力学研究的是在静压力的作用下,流体内各点之间的静力平衡关系。
流体的静力压力与深度成正比,由于流体的可塑性,静压力会均匀传输到容器中的各个部分。
流体静力学应用于液压系统、液态储存设备和液压机械等领域。
4.流体动力学流体动力学研究的是流体在外力作用下的运动行为。
流体动力学分为流体动力学和流体动量守恒两个方面。
流体动力学研究的是流体的速度和加速度,以及流体流动的力学性质。
流体动量守恒研究的是流体在内外力作用下动量的转移和守恒。
流体动力学应用于气象学、水力学、航空航天工程等领域。
5.流体的流动方程流体力学的基本方程是质量守恒方程、动量守恒方程和能量守恒方程。
质量守恒方程描述了流体的质量守恒原理,即质量在流体中是守恒的。
动量守恒方程描述了流体的动量守恒原理,即外力对流体的动量变化率等于流体的加速度乘以单位质量的流体体积。
能量守恒方程描述了流体的能量守恒原理,即流体在流动过程中能量的转化和传输。
6.流体力学问题的数值模拟由于流体力学问题具有复杂性和非线性性,很多问题难以通过解析方法得到解析解。
因此,数值模拟成为解决流体力学问题的一种重要方法。
数值模拟方法包括有限元法、有限差分法和有限体积法等。
这些方法通过将流体力学问题离散化为一组代数方程来进行数值求解。
流体力学简介
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一、著名科学家介绍* 钱学森中国现代科学家,1911年生于上海。
1934年毕业于上海交通大学,1935至1938年在美国麻省理工学院和加利福尼亚理工学院航空工程系学习。
1938年获博士学位,后在著名的喷气推进实验室、麻省理工学院等院校所从事研究。
1955年回国,任中国科学院力学所所长、国防科工委副主任等职。
主要成就有:提出跨声速流动相似律,建立卡门--钱学森公式。
著作有《工程控制论》、《星际航行概论》、《论系统工程》等。
* 卡门近代力学家,1881年5月11日生于匈牙利布达佩斯;中学毕业后,卡门进入皇家约瑟夫综合技术大学(现在为布达佩斯技术大学)学习,在那里他开始对力学产生兴趣,并发表了最初几篇论文。
1902年,卡门大学毕业。
1906年,卡门到德国格丁根大学作了力学家L.普朗特(Prandtl)的博士研究生。
1908年完成博士论文,并留校作试用教员,提出了著名的卡门涡街理论。
1913年初,在克莱因的推荐下,出任德国亚琛工业大学的航空学教授。
1926年,迁居美国。
1930年,就任美国加州理工学院古根海姆航空实验室(GALCIT)主任,我国当代的许多著名科学家,如钱学森、钱伟长、郭永怀等就是在这一时期来到GALCIT的。
第二次世界大战期间,他作为加州理工学院新成立的喷气推进实验室主任(1938--1944),与美国军方进行了密切合作。
1951年,卡门发起成立了北约组织内的航空研究发展咨询局(AGARD)。
1956年,根据他的建议成立了国际航空科学理事会。
后来他又创立了国际航天学院,他任这两个机构的领导职务直至逝世。
他的一生,在固体力学和流体力学的理论研究方面取得了许多卓越的学术成就。
* 普朗特1875年2月4日生于德国慕尼黑附近的弗赖辛;1894年--1898年在慕尼黑工业大学学习机械工程,毕业留校任教,从事工程力学教学及材料实验室工作。
1900年初加入纽伦堡机械制造协会,同年获慕尼黑大学哲学博士学位。
流体力学简介
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宇 航 推 进 系 流 体 力 学 ---
0.1流体力学的研究对象 0.2流体力学的研究方法 0.3流体力学发展史 0.4流体力学的展望
力学分支
宇 航 推 进 系 流 体 力 学 ---力学
理论力学
弹塑性力学
弹性力学
流体力学 空气动力学
…………
材料力学 …………
计算流体力学 …………
燃烧离不开气体,这是有化学反应和热能变化的流 体力学问题,是物理-化学流体动力学的内容之一。 爆炸是猛烈的瞬间能量变化和传递过程,涉及气体 动力学,进而形成了爆炸力学。
0.1流体力学的研究对象
宇 航 推 进 系 流 体 力 学 ---
新兴的流体力学研究:
交通流体力学 电磁流体力学 生物流体力学 微尺度流动 稀薄空气动力学 ……
水闸
宇 航 推 进 系 流 体 力 学 ----
桥梁
宇 航 推 进 系 流 体 力 学 ----
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
航天飞机
宇 航 推 进 系 流 体 力 学 ----
模拟水坝
宇 航 推 进 系 流 体 力 学 ----
0.2流体力学的研究方法
宇 航 推 进 系 流 体 力 学 ---
理论分析是根据流体运动的普遍规律如质量守恒、 动量守恒、能量守恒等,利用数学分析的手段, 研究流体的运动,解释已知的现象,预测可能发 生的结果。理论分析的步骤大致如下: 首先是建立“力学模型”,即针对实际流体的力 学问题,分析其中的各种矛盾并抓住主要方面, 对问题进行简化而建立反映问题本质的“力学模 型”。流体力学中最常用的基本模型有:连续介 质、牛顿流体、不可压缩流体、理想流体、平面 流动等。
(完整版)工程流体力学
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➢ Offshore structures, coastal structures, harbors, ports, …
➢ Ships, submarines, remote-operated vehicles,
Engineering Applications
Bernoulli
(1667-1748)
Euler
(1707-1783)
Navier
(1785-1836)
Stokes
(1819-1903)
Reynolds
(1842-1912)
Prandtl
(1875-1953)
Taylor
(1886-1975)
流体力学在生活中
• 无处不在
– 天气和气候 – 运输工具: 汽车, 火车, 船和飞机. – 环境 – 生物工程和医学 – 运动和休闲 – 人体内的流体 – ………………………………
• 秦朝在公元前256—公元前210年修建了我国历史上 的三大水利工程(都江堰、郑国渠、灵渠)——明 渠水流、堰流。
• 古代的计时工具“铜壶滴漏”——孔口出流。
• 清朝雍正年间,何梦瑶在《算迪》一书中提出流量 等于过水断面面积乘以断面平均流速的计算方法。
• 隋朝(公元587—610年)完成的南北大运河。
Water sports
运动和休闲
Cycling
Offshore racing
Auto racing
Surfing
What fluids are needed to run your
car?
➢ Gasoline (fuel) ➢ Air (air/fuel mixture,
《流体力学入门》课件
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03
气体压力计利用弹性元 件的变形来测量压力, 适用于测量较低的压力 。
04
流体静压力的计算需要 考虑流体的密度、重力 加速度和作用面积等因 素。
03
流体动力学基础
流体动力学基本概念
01
流体
流体是气体和液体的总称,具有流 动性和不可压缩性。
流线
流线是表示流体运动方向的几何线 条。
03
02
流场
流场是流体运动所占据的空间区域 。
伯努利方程
伯努利方程描述了流体在 封闭管道中流动时,流体 的压力、速度和高度之间 的关系。
连续性方程
连续性方程描述了流体在 流动过程中质量守恒的规 律。
流体流动的阻力与损失
摩擦阻力
摩擦阻力是由于流体与管 壁之间的摩擦而产生的阻 力,通常用达西-韦伯定律 来描述。
局部损失
局部损失是由于流体在管 道中流动时,由于管道形 状、方向变化等原因而产 生的能量损失。
《流体力学入门》 ppt课件
xx年xx月xx日
• 流体力学简介 • 流体静力学基础 • 流体动力学基础 • 流体流动现象与规律 • 流体力学在工程中的应用
目录
01
流体力学简介
流体的定义与特性
总结词
流体的定义与特性是流体力学研究的基础。
详细描述
流体是指在任何微小剪切力作用下都能发生连续变形的物体,具有粘性、压缩性和流动性等特性。
流体动力学还用于解决一些工程问题,例如管 道流动的阻力和传热问题,以及流体动力学的 振动和稳定性问题等。
流体动力学在航空航天、交通运输、能源等领 域也有着重要的应用,例如飞机和汽车的设计 、发动机的工作原理等。
流体流动现象与规律在工程中的应用
流体力学简介及其应用领域
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流体力学简介及其应用领域流体力学是研究流体在各种情况下的力学性质的学科。
流体力学的研究对象是流体,即液体和气体。
本文将介绍流体力学的基本概念和原理,以及它在各个领域中的应用。
一、流体力学概述流体力学是研究流体在力学作用下的运动规律和力学性质的学科。
流体力学基于质点力学的基本原理,结合了质点力学和连续介质力学的概念和方法进行研究。
它主要包含两个方面的内容:流体静力学和流体动力学。
1. 流体静力学流体静力学是研究静止的流体的力学性质和平衡条件的学科。
静止的流体受重力的作用下,压力在不同位置上会有不同的分布。
通过应用压力梯度的概念和压强的定义,可以得到流体静力学的基本方程。
2. 流体动力学流体动力学是研究流体在外力作用下的运动规律和力学性质的学科。
流体动力学研究的是流体的流动状态,包括速度场、压力场等各个方面的特性。
通过应用质量守恒、动量守恒和能量守恒等基本原理,可以得到流体动力学的基本方程,如连续方程、动量方程和能量方程。
二、流体力学的应用领域流体力学的理论和方法广泛应用于各个领域,涵盖了自然科学、工程技术和生物医学等多个领域。
以下将介绍一些典型的应用领域。
1. 工程力学流体力学在工程力学中的应用非常广泛。
例如,水利工程中的水流运动、水力发电和水污染控制等问题,以及空气动力学、飞行器的设计与优化等问题,都离不开流体力学的理论和方法。
2. 汽车工程在汽车工程中,流体力学被广泛应用于汽车空气动力学和燃烧过程等方面的研究。
通过流体力学的理论和模拟方法,可以对汽车的空气动力学特性进行研究和优化,提高汽车的性能和燃油利用率。
3. 航空航天工程流体力学在航空航天工程中的应用也非常重要。
例如,飞行器的气动外形设计、空气动力学特性的研究、喷气发动机的燃烧过程等问题,都需要运用流体力学的理论和方法进行分析和研究。
4. 生物医学生物医学领域中的许多问题也涉及到流体力学的研究。
例如,血液在血管中的流动、气体交换和呼吸过程等问题,都可以通过流体力学的分析和计算方法进行研究和模拟,对疾病的诊断和治疗有一定的指导意义。
流体力学基本知识
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hf。
(二)局部阻力和局部水头损失 流体的边界在局部地区发生急剧变化时,迫
使主流脱离边壁而形成漩涡,流体质点间产生剧 烈地碰撞,所形成的阻力称局部阻力。为了克服 局部阻力而消耗的重力密度流体的机械能量称为
5.断面平均流速:流体流动时,断面各点流速一般 不易确定,当工程中又无必要确定时,可采用断
面平均流速(v)简化流动。断面平均流速为断
面上各点流速的平均值。
精品课件
二、恒定流的连续性方程
压缩流体容重不变,即体积流 量相等。流进A1断面的流量等于流 出A2断面的流量;
精品课件
三、恒定总流能量方程
(一)恒定总流实际液体的能量方程
〈1〉温度升高,液体的粘度减小(因为T上 升,液体的内聚力变小,分子间吸引力减 小;)
〈2〉温度升高,气体的粘度增大(气体的内 聚力很小,它的粘滞性主要是分子间动量 交换的结果。当T上升,作相对运动的相邻 流层间的分子的动量交换加剧,使得气体 的粘度增大。)
精品课件
压缩性:流体压强增大体积缩小的性质。 不可压缩流体:压缩性可以忽略不计的流体。 可压缩流体:压缩性不可以不计的流体。
精品课件
一、流体静压强及其特性
表面压强为: p=△p/△ω (1-6)
点压强为:
lim ( Pa)
p=dp/dω
点压强就是静压强
精品课件
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。
精品课件
二、流体静压强的分布规律
流体力学简介(土木上课)
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生产发 展 1.论浮体 实验水力学
建立在实验、 直观基础上
两者 结合 2流体力学
自然科 学发展 3古典水力学
计算机 发展 4计算流体力学
纯理论分析、 理论模型
53
• 7、流体力学中的名人
54
55
• 7、流体力学中的名人
56
• 第一阶段:萌芽阶段
• 阿基米德BC250年《论浮体》,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,奠定了静水力学的基础。 • 达芬奇1500年《论水的运动和水的测量》,系统地研究了物 体的沉浮、孔口出流、物体的运动阻力以及管道、明渠中水 流等问题。----动的开端 • 斯蒂文(S.Stevin,1548-1620)将用于研究固体平衡的凝结原 理转用到流体上。 • 伽利略(Galileo,1564-1642)在流体静力学中应用了虚位移 原理,并首先提出运动物体的阻力随着流体介质密度的增大 和速度的提高而增大。 • 托里析利(E.Torricelli,1608-1647)论证了孔口出流的基本规 律。 • 帕斯卡(B.Pascal,1623-1662)提出了密闭流体能传递压强的 原理----帕斯卡原理。阐明了静止流体中压力的概念.
43
注1:适用性
注2:流体分子的影响 流体的分子运动是客观存在的,在一般的工程计算中 可以把流体看成连续的介质,但在特殊情 况下还是 应加以考虑的。
44
注3:应用范围
注:当流动的特征长度小到可以和分子尺度相比拟 (如稀薄空气中一般物体的运动、液体中的布朗运动)时, 欧拉连续介质模型都不适用。
45
定义:宏观体积足够小(可以忽略线性尺寸),但 又包含无数分子、具有一定质量的流体微元。 ——有连续介质模型出发引进的、是研究流体的最小单元。
流体力学
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流体力学(简介)流体力学是在人类与自然界相处和生产实践中逐步发展起来的。
对流体力学学科的形成做出卓越贡献的是古希腊哲学家阿基米德(《论浮体》,公元前250年)建立了包括浮力定律和浮体稳定性在内的液体平衡理论,奠定了流体静力学的基础。
流体力学原理主要指计算流体动力学中的数值方法的现状;运用基本的数学分析,详尽阐述数值计算的基本原理;讨论流域和非一致结构化边界适应网格的几何复杂性带来的困难等。
一、发展简史各物理量关系构成牛顿内摩擦定律,τ=μ*du/dy动压和总压。
显然,流动中速度增大,压强就减小;速度减小,压强就增大;速度降为零,压强就达到最大(理论上应等于总压)。
飞机机翼产生举力,就在于下翼面速度低而压强大,上翼面速度高而压强小,因而合力向上。
据此方程,测量流体的总压、静压即可求得速度,成为皮托管测速的原理。
在无旋流动中,也可利用无旋条件积分欧拉方程而得到相同的结果但涵义不同,此时公式中的常量在全流场不变,表示各流线上流体有相同的总能量,方程适用于全流场任意两点之间。
在粘性流动中,粘性摩擦力消耗机械能而产生热,机械能不守恒,推广使用伯努利方程时,应加进机械能损失项[1]。
图为验证伯努利方程的空气动力实验。
补充:p1+1/2ρv1^2+ρgh1=p2+1/2ρv2^2+ρgh2(1)p+ρgh+(1/2)*ρv^2=常量(2)均为伯努利方程其中ρv^2/2项与流速有关,称为动压强,而p和ρgh称为静压强。
伯努利方程揭示流体在重力场中流动时的能量守恒。
由伯努利方程可以看出,流速高处压力低,流速低处压力高。
后人在此基础上又导出适用于可压缩流体的N-S方程。
N-S方程反映了粘性流体(又称真实流体)流动的基本力学规律,在流体力学中有十分重要的意义。
它是一个非线性偏微分方程,求解非常困难和复杂,目前只有在某些十分简单的流动问题上能求得精确解;但在有些情况下,可以简化方程而得到近似解。
例如当雷诺数Re1时,绕流物体边界层外,粘性力远小于惯性力,方程中粘性项可以忽略,N-S方程简化为理想流动中的欧拉方程(=-Ñp+ρF);而在边界层内,N-S方程又可简化为边界层方程,等等。
《流体力学》第一章绪论
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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。
《高等流体力学》札记
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《高等流体力学》读书随笔1. 流体力学简介流体力学是研究流体(气体和液体)的运动规律及其相互作用的一门学科。
它起源于18世纪末,随着科学技术的发展,流体力学在工程、科学和医学等领域的应用越来越广泛。
流体力学的基本原理包括连续性方程、动量守恒方程、能量守恒方程和质量守恒方程等。
这些方程描述了流体的运动状态如何随时间和空间的变化而变化。
在流体力学中,有两个重要的概念:流体的速度和密度。
速度是流体运动的快慢,通常用流速来表示;密度是单位体积内的质量,通常用密度来表示。
流体的速度和密度之间存在密切的关系,它们共同决定了流体的动力特性,如压强、压力等。
流体力学的一个重要应用领域是工程,许多实际工程问题都涉及到流体的运动,如水力发电、空气动力学、船舶设计等。
流体力学还在气象学、生物学、化学等领域发挥着重要作用。
通过研究大气中的气流分布,可以预测天气变化;通过研究生物体内的血液循环系统,可以了解生物体内物质的运输过程。
流体力学作为一门基础学科,对于理解自然界中的各种现象具有重要意义。
随着科学技术的不断发展,流体力学在各个领域的应用将更加广泛,为人类社会的发展做出更大的贡献。
2. 流体的基本性质在我研读《高等流体力学》第二章“流体的基本性质”为我提供了对流体力学基础知识的深入理解。
这一章的内容涵盖了流体的定义、分类以及基本性质,为后续复杂流体力学现象的分析和研究奠定了坚实的基础。
顾名思义,是指在没有外力作用时能够自由变形的物质。
与固体不同,流体分子的位置和速度都在不断变化,这使得流体具有独特的物理特性。
流体可以分为液体和气体两种类型,液体是由分子间吸引力较强的分子组成,而气体分子间的距离相对较大,相互作用较弱。
尽管两者在形态和性质上有所不同,但它们都遵循流体力学的基本规律。
流体的基本性质主要包括惯性、粘性、压缩性和膨胀性等。
这些性质在流体运动中起着至关重要的作用,并决定了流体运动的方式和规律。
惯性:流体具有保持其运动状态不变的特性,即惯性。
流体力学发展简介
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庆新油田储层的敏感性评价 李冰父子修建都江堰
工作特性
气蚀特性 关于出口压力稳定性
流体力学的发展简史
对流体力学学科的 形成作出第一个贡献的 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 了流体静力学的基础。 此后千余年间,流体力
牛顿是17世纪科学革命的顶峰人物,在力学上提出作为近
代物理学基础的力学三大定律和万有引力定律;他关于白光由 色光组成的发现为物理光学奠定了基础;他还是数学上微积分
学的创始人;他的《自然哲学的数学原理》是近代科学史上最
重要的著作。 1999年12月29日,在英国广播公司评选千年人物的活动中 列第三位;在路透社评选千年人物的活动中列第四位。2003年 在英国广播公司进行的一项全球性民意调查中,科学家牛顿荣 获“最伟大的英国人”称号。
行地发展。
流体力学的发展简史
1822年,纳维建立了粘性流体的基本运动方程;
1845年,斯托克斯又以更合理的基础导出了这个方程,并
将其所涉及的宏观力学基本概念论证得令人信服。 这组方程就是沿用至今的纳维-斯托克斯方程(简称N-S方
程),它是流体动力学的
理论基础。 上面说到的欧拉方程 正是N-S方程在粘度为零时 的特例。
流体力学的发展简史
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。
p u2 z c g 2g
流体力学的发展简史
丹尼尔· 伯努利(Daniel Bernoulli,1700-1782) 1700年1月29日生于尼德兰的格罗宁根。他自幼兴趣广泛, 先后就读于尼塞尔大学、斯特拉斯堡大学和海德堡大学,学习 逻辑、哲学、医学和数学。1724年,丹尼尔获得有关微积分议 程的重要成果,从而轰动了欧洲科学界。他还把牛顿力学引入 对流体力学的研究,其著名的《流体力学》一书影响深远。他 同时还是一位气体动力学专家。 1726年,伯努利通过无数次实验,发现了“边界层表面效 应”:流体速加快时,物体与流体接触的界面上的压力会减小, 反之压力会增加。 纪念这位科学家的贡献,这一发现被称为 “伯努利效应”。伯努利效应适用于包括气体在内的一切流体。 1782年3月17日,丹尼尔· 伯努利在瑞士塞尔去世。
第1章 流体力学基本知识
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数学表达式:
二、流体的粘滞性 粘滞性 :流体内部质点间或层流间因相对运动 而产生内摩擦力(切力)以反抗相对运动的 性质。
牛顿内摩擦定律:
F-内摩擦力,N; S-摩擦流层的接触面面积,m2;
τ-流层单位面积上的内摩擦力(切应力),N/
m2;
du/dn-流速梯度,沿垂直流速方向单位长度 的流速增值;
hω1-2 =Σhf+Σhj
二、流动的两种型态--层流和紊流
二、流动的两种型态--层流和紊流
实验研究发现,圆管内流型由层流向湍流 的转变不仅与流速u有关,而且还与流体的 密度、粘度 以及流动管道的直径d有关。 将这些变量组合成一个数群du/,根据该 数群数值的大小可以判断流动类型。这个 数群称为雷诺数,用符号Re表示,即
从元流推广到总流,得:
由于过流断面上密度ρ为常数,以
u d u d
1 1 1 2 2 1 2
2
带入上式,得:
ρ1Q1 =ρ2 Q2 Q=ωv ρ1ω1v 1=ρ2ω2v 2
(1-11)
(1-11a)
(1-11)、 (1-11a) --质量流量的连 续性方程式。
建筑设备工程
第一章 流体力学基本知识 第1节 流体的主要物理性质 第2节 流体静压强及其分布规律 第3节 流体运动的基本知识 第4节 流动阻力和水头损失 第5节 孔口、管嘴出流及两相流体简介
本章介绍流体静力学,流体动力学,流体运动 的基本知识,流体阻力和能量损失,通过本章 的学习可以对流体力学有一个大概的了解,但 讲到的内容是很基础的。
v
2 2 2
2g
h12
大学物理生物流体力学简介
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比如泥浆、纸浆、高分子溶液等都属于假塑性流体。
dv dv 3)涨塑性流体:当 较小时, 对 的变化率 dy dy dv 较小;当 dv 较大时, 对 的变化率逐渐变大: dy dy
dv dy
n
(n 1)
一些乳化液、油漆、油墨等都属于涨塑性流体。
二、生物流体的分类
剪切应力 设在两块水平平行薄板之间充满某种 粘滞液体,下板固定不动,而上板在 力F的作用下向右以一定的速度v运动
y
F S
x
F S
流 体
表示 剪应力。
dv dy
比如空气、水、石油等绝大 多数机械工业中常用的流体
牛顿流体 非牛顿流体
与时间无关的非牛顿流体 与时间有关的非牛顿流体 (粘弹性流体)
1-牛顿流体 2- 塑性流体 3-假塑性流体 4-涨塑性流体
dv dv 2)假塑性流体:当 较小时, 对 的变化率 dy dy 较大,近似于塑性流体有初始应力的情况;但当 dv 较大 dy dv 时, 对 的变化率又逐渐降低: dy
dv dy
n
(n 1)
§2.6 生物流体力学简介
一、生物流体力学的基本概念
生物流体 与生命现象有关的流体的总称。生物流体力学就是 在传统流体力学的基础上研究生物流体流动规律的 边缘学科。 生物体内流体的流动。如植物体内水和糖分的输送
过程;动物体内血液流动、呼吸气流、淋巴循环、胆汁分 泌、肠道蠕动及吸收、排泄、细胞分裂中的流动与变形规 律,水生植物细胞内以及黏菌体内原生质的运动等。
dv 根据 与 的关系,非牛顿流体可分为几大类: dy
1) 塑性流体:它有一个保持不产生剪切变形的初Байду номын сангаас应 力 (称为致流应力),只有克服这个初始应力 0后,切 向应力 才与 dv 成正比例关系: 2
第1章流体力学基本知识-PPT精品
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从元流推广到总流,得:
1u1d1 2u2d2
1
2
由于过流断面上密度ρ为常数,以
带入上式,得:
ρ1Q1 =ρ2 Q2 Q=ωv
ρ1ω1v 1=ρ2ω2v 2
(1-11) (1-11a)
单位时间内通过过流断面dω的液体体积为 udω =dQ
4.流量:单位时间内通过某一过流断面的流体 体积。一般流量指的是体积流量,单位是 m3/s或L/s。
5.断面平均流速:断面上各点流速的平均值。 通过过流断面的流量为
Qvud
断面平均流速为:
v
ud
Q
建筑设备工程
第一章 流体力学基本知识 第1节 流体的主要物理性质 第2节 流体静压强及其分布规律 第3节 流体运动的基本知识 第4节 流动阻力和水头损失 第5节 孔口、管嘴出流及两相流体简介
本章介绍流体静力学,流体动力学,流体运动 的基本知识,流体阻力和能量损失,通过本章 的学习可以对流体力学有一个大概的了解,但 讲到的内容是很基础的。
确定流体等压面的方法,有三个条件:
必须在静止状态;在同一种流体中; 而且为连续液体。
2.分析静止液体中压强分布:
静止液体中压强分布
分析铅直小圆柱体,作用于轴向的外力有: 上表面压力
分析铅直小圆柱体,作用于轴向的外力有: 下底面的静水压力
分析铅直小圆柱体,作用于轴向的外力有: 柱体重力
静压。 rv2/2g--工程上称动压。
p12vg12 p22vg22h12
p + rv2/2g--过流断面的静压与动 压之和,工程上称全压。
学科专业概论
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§1-1 流体力学的研究任务和研究方法 §1-2 连续介质假说 §1-3 流体的密度 §1-4 流体的粘性 §1-5 表面张力
§1-1 流体力学的研究任务和研究方法 流体 :具有流动性的物体(即能够流动的物体)。
流动性:在微小剪切力作用下会发生连续变形的特性。
流体力学是力学的一个独立分支,是 研究流体平衡和运动规律的科学。
验的极大发展
实验流体力学:实验→经验公式
理论流体力学:建立数学模型
• 第三时期----20世纪初叶至20世纪中叶
• 1921年动量积分关系式 • 1947年电子计算机 • 1954年湍流特性的出色测量
发展
计算技术
计算机技术 数值计算方法
计算流体力学
电子技术:实验手段更新→实验流体力学
• 第四时期----20世纪中叶以后
几点结论
• 生产与生活的需要—发展的动力 • 17世纪中叶以后的三百五十年中—
惊人的发展 • 实验的作用及其特殊意义
1-2 连续介质假设
微观上:流体是由分子组成的,分子之间有一定的距 离,流体的物理量在空间上是不连续的。由于分子运 动的随机性,流体的物理量在时间上的分布上不连续 的。 宏观上:所讨论问题的特征尺寸远大于流体的分子平 均自由程,人们感兴趣的是宏观特征,即大量分子的 统计平均特性。 连续介质假设:从宏观上研究流体的运动规律时,把 流体视作在空间上和时间上连续分布的物质。 (1753年由欧拉提出)
流体静力学 流体动力学
研究任务 解决科学研究和工农业生产中遇到的 有关流体流动的问题
研究方法 理论分析 实验研究 数值计算
流体力学学科发展简介
• 第一时期
17世纪中叶以前
• 特点 水利工程 • 阿基米德浮力定律 • 漏壶计时 • 水轮机
流体力学第1章绪论1
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奖,1985年获国家科技进步奖特 等奖。1989年获小罗克维尔奖章 和世界级科学与工程名人称号,
1991年被国务院、中央军委授予 “国家杰出贡献科学家”荣誉称
号和一级英模奖章。
以周培源、钱学森为代表的中国科学家在湍流理论、 空 气动力学等许多领域中作出了基础性、开创性的贡献。
90年代以后,科研人员研制开发了气动性能 更优良的未来型汽车,阻力系数仅为0.137。
机翼升力 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世纪初流体力学环流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
足球运动的香蕉球现象可以帮助理解环流理论:
旋转的球带动空气形成环流,一侧气流加速,另一 侧减速,形成压差力,使足球拐弯,称为马格努斯 效应。
混沌理论是非线性科学的重要基础,已成功地应 用于分形学甚至用于解释生命和社会学现象。
三、流体力学与工程技术
流体力学也是众多应用科学和工程技术的基础。 由于空气动力学的发展,人类研制出3倍声速的战斗机。
F-15
卡门、泰勒等众多科学家奠定了近代流体力学基础。
他阐明激波内部结构(1910); 对大气湍流和湍流扩散作了研究 (1915,1921,1932);得出同 轴两转动圆轴间流动的失稳条件 (1923),在研究原子弹爆炸中 提出强爆炸的自模拟理论(1946, 1950);指出在液滴中起主要作 用的是表面张力而不是粘性力 (1959)等
最早的高尔夫球(皮革已龟裂)
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。
流体力学及传热学基础知识
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流体脱离了原来的限制它的固体边界,在充满流体的空 间继续流动的这种流体运动称为射流,如喷泉、消火栓 等喷射的水柱。
1.3 流体动力学基础
4. 流体流动的因素
(1) 过流断面 流体流动时,与其方向垂直的断面称为过流断面,
单位为m2。在均匀流中,过流断面为一平面。 (2) 平均流速
4 流动阻力与能量损失
53 稳态传热的基本概念
6 传热的基本方式
7 传热过程及传热的增强与削弱
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1.1 流体主要的力学性质
1.1.1 连续介质假设
❖ 从微观上讲,流体是由大量的彼此之间有一定间隙的 单个分子所组成,而且分子总是处于随机运动状态。
❖ 从宏观上讲,流体视为由无数流体质点(或微团)组 成的连续介质。
2. 质量密度
单位体积流体的质量称为流体的密度,即ρ=m/V
3. 重量密度
流体单位体积内所具有的重量称为重度或容重,以γ 表示。γ=G/V
1.1 流体主要的力学性质
质量密度与重量密度的关系为: γ=G/V=mg/V=ρg
4. 粘性
表明流体流动时产生内摩擦力阻碍流体质点或流层 间相对运动的特性称为粘性,内摩擦力称为粘滞力。
ms1=ms2 或 ρ1u1A1=ρ2u2A2
(1-15) (1-16)
1.3 流体动力学基础
推广至任意截面,有
ms=ρ1u1A1=ρ2u2A2=…=ρuA=常数 (1-17) 式(1-15)~式(1-17)均称为连续性方程,表明 在定态流动系统中,流体流经各截面时的质量流量恒 定。
对不可压缩流体,ρ=常数,连续性方程可写为:
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1.2 流体静力学基本概念
流体力学简介
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连续性方程(推导略):
v S 恒量
即,不可压缩流体作稳定流动时, 同一流管中横截面小处流速大, 横截面大处流速小.
S1v1 S 2v2
三、伯努利(D.Bernoulli)方程
伯努利方程是流体动力学的基本定律,它说明了 理想流体在管道中作稳定流动时,流体中某点的压 强p、流速v和高度h三个量之间的关系. 下面用功能原理导出伯努利方程。
p v2 h 常量 g 2 g
p v2 、 、h 三项都相当于长度,分别叫做压力 g 2 g
头、速度头水头。
所以伯努利方程表明在同一管道的任一处,压力头、 速度头、水头之和是一常量,对作稳定流动的理想 流体,用这个方程对确定流体内部压力和流速有很 大的实际意义,在水利、造船、航空等工程部门有 广泛的应用。 根据伯努利方程,在等 高(水平)流管中,有
Q Svb S 2 gh
例题2 测流量的文丘里流 量计如图所示.若已知截 面S1和S2的大小以及流体 密度ρ,由两根竖直向上 的玻璃管内流体的高度差 h,即可求出流量Q. 解:设管道中为理想流体作定常流动,由伯努利方程,
1 1 2 2 得 v1 p1 v2 P2 2 2 因p1-p2=ρgh,又根据连续性方程,有
a1 b1
因为时间t极短,所以 a1b1和a2b2是两段极短的 位移,在每段极短的位 移中,压强p、截面积S 和流速v都可看作不变。
p1 S1
v1 a2 h1 b2
v2 h2 p S 2 2
a1 b 1 设p1、S1、v1和p2、S2、v2分 别是a1b1与a2b2处流体的压强、 p1 S1 截面积和流速,则后方流体 的作用力是p1S1,位移是v1 t,所作的正功是 h1
定常流动:在某些情况下,尽管流体内各处的流速不同 ,而各处的流速却不随时间而变化,这种流动称为定常 流动(稳定流动、稳流).
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• Atoms are widely spaced in the gas phase.
• Even though atoms in liquids are closely packed, there are also voids between molecules.
Esc
• Enter the BG units of each term for the equation to have {lbf/ft2} = {lbf/ft2} + {slugs/ft3}{ft2/s2} + {slugs/ft3}{ft/s2}{ft} = {lbf/ft2} + {slugs/ft/s2} + {slugs/ft/s2} lbf/ft2 = {lbf/ft2}
SI unit
N
m2 m3 m/s m/s2 Pa = N/m2 s1
BG unit
lbf ft2 ft3 ft/s ft/s2 lbf/ft2
Conversion factor
1 N = 0.22481 lbf 1 m2 = 10.764 ft2 1 m3 = 35.315 ft3 1 ft/s = 0.3048 m/s 1 ft/s2 = 0.3048 m/s2 1 lbf/ft2 = 47.88 Pa 1 s1 = 1 s1 1 ftlbf = 1.3558 J 1 ftlbf/s = 1.3558 W = 1/550 hp 1 slugs/ft3 = 515.4 kg/m3
School of Engineering Mechanical Engineering
CHAPTER
01
© Tulong Zhu, All rights reserved.
ENGR 320 FLUID MECHANICS
Introduction
Solids and Fluids
Substance
Thus all terms have units of lbf/ft2. No conversion factors are needed.
01 - 10
Properties of Fluids
Velocity
• Velocity is the most important property for a fluid, since other properties follow directly from the velocity field. V (x, y, z, t) = i u(x, y, z, t) + j v(x, y, z, t) + k w(x, y, z, t) Other Properties
Mass {M} Length {L} Time {T} Temperature {Q}
SI unit
Kilogram (kg) Meter (m) Second (s) Kelvin (K)
BG unit
Slug Foot (ft) Second (s)
Conversion factor
1 slug = 14.5939 kg 1 ft = 0.3048 m 1s=1s
Angular velocity {T1}
Energy, heat, work {ML2T 2} Power {ML2T 3} Density {ML3} Viscosity {ML 1T 1}
Esc
s1
ftlbf ftlbf/s slugs/ft3
J = Nm
W = J/s kg/m3 kg/(ms) m2/(s2K)
Primary Dimensions
• In fluid mechanics, there are only four primary dimensions from which all other dimensions can be derived: mass, length, time and temperature. Primary dimensions
01 - 9
Esc
Example 1: Solution
(a) • Enter the dimensions of each term 1 p0 p V 2 gZ for the equation to have 2 {ML1T 2} = {ML1T 2} + {ML3}{L2T 2} + {ML3}{LT 2}{L} = {ML1T 2} ◄ (b) • Enter the SI units of each term for the equation to have {N/m2} = {N/m2} + {kg/m3}{m2/s2} + {kg/m3}{m/s2}{m} = {N/m2} + {kg/m/s2} + {kg/m/s2} Notice that {kg/m/s2} = kgm/s2/m2 =N/m2, we have {N/m2} = {N/m2} + {N/m2} + {N/m2}= {N/m2} Thus all terms have units of Pa. No conversion factors are needed. (c)
• In this course, we will view all fluids as a continuous, homogeneous matter with no voids, that is, a continuum.
• This assumption is valid as long as the size of the system is much larger than the distance between molecules.
• Density,
• Pressure, p
• Temperature, T
Most common
ˆ • Internal Energy, u
ˆ p/ • Enthalpy, h u
• Entropy, s
• Specific heat, cp and cv • Coefficient of viscosity, m
Esc
01 - 5
Dimensions and Units
Dimension • A dimension is the measure by which a physical variable is expressed quantitatively. • A unit is a particular way of attaching a number to the quantitative dimension.
• Widely spaced.
• Strong cohesive forces. • Retains volume.
• Form a free surface in the presence of gravity
01 - 4
• Weak cohesive forces. • Expands until it fills the entire available space • Cannot form a free surface
Problem • A useful theoretical equation for computing the relation between pressure, velocity, and altitude in a steady flow of a nearly inviscid, nearly incompressible fluid with negligible heat transfer and shaft work is the Bernoulli relation, named after Daniel Bernoulli:
slugs/(fts) 1 slugs/(fts) = 47.88 kg/(ms) ft2/(s2 °R) 1 m2/(s2K) = 5.980 ft2/(s2°R)
Specific heat {L2T 2Q1 }
01 - 8
Example 1.1 (White 6th ed. Ex. 1.3)
1 p0 p V 2 gZ 2
where p0 = stagnation pressure p = pressure in motion fluid V = velocity = density Z = altitude g = gravitational acceleration (a) Show that this equation satisfies the principle of dimensional homogeneity. (b) Show that consistent units result without additional conversion factors in SI units. (c) Repeat (b) for BG units.
Advice
Notes
Esc
01 - 7
Secondary Dimensions
• All secondary dimensions can be derived from these primary dimensions. Secondary dimensions
Force {MLT2} Area {L2} Volume {L3} Velocity {LT 1} Acceleration {LT2} Pressure or stress {ML 1T2}
Fluids
Solids
Fluids or
• A fluid is a substance that continually deforms (flows) under an applied shear stress. • A fluid is a substance that can not support a shear stress without being in motion.