流体力学PPT

（一）物理意义
z p C
比比 总 位压 比 置力 势 势势 能 能能
在重力作用下，同种连续静止液体中，各点的比位置势能与 比压力势能可相互转换，各点的总比势能保持不变。
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流体静力学——2.4测压管高度和测压管水头
（二）几何意义
z p C
位 位 测压 测
置 置 压强 压
高水 度头
管 高 度
单位质量力的轴向分力 ：
X FX ,Y FY , Z FZ MMM
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绪论——1.3作用在流体上的力
二、表面力
作用在被研究流体（分离体）表面上，与作用表面面积成 正比的力 ➢外力： 作用在流体边界上的外力，如大气对流体自由表面的压 力，容器壁面的反作用力 ➢内力： 流体质点相互作用而产生，如流体内压应力和切应力
传递
例2-1
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流体静力学——2.2流体静压强的分布规律
（二）连通器与等压面
连通器是指相互连通的两个或几个容器 等压面是指静止液体中，压强相等的点组成的面
结论：在重力作用下，同种连续静止均质液体水平面为等压面。
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流体静力学——2.2流体静压强的分布规律
（三）分界面和自由液面
温度↑→分子间距↑→分子吸引力↓→内摩擦力↓→粘度↓
气体：分子热运动引起的动量交换是产生粘度的主要因素。 温度↑→分子热运动↑→动量交换↑→内摩擦力↑→粘度↑
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绪论——1.2流体的主要力学性质 5、 粘度的测量 粘度计
恩格勒粘度计
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绪论——1.2流体的主要力学性质 6、牛顿流体和非牛顿流体
一、液柱式测压计
（一）测压管（单管测压计）
测压管是一根两端开口的玻璃管，一端连在需要测量压 强处的容器壁上，另一端开口通大气。
A点相对压强： pA hA
优点：结构简单 缺点：测量较小的压强，20KPa以下
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流体静力学——2.5液体静压强的测量
（二）水银测压计（U形管测压计）
水银测压计是一个两端开口的U形管，弯管部分盛水银， 一端连在需要测量压强的地方，另一端通大气。
连续性介质假定：
定义：不考虑流体分子间的间隙，把流体视为由无 数连续分布的流体微团组成的连续介质。
优点：可利用连续函数这一数学工具来研究流体运动规 律。
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绪论——1.4流体的力学模型
二、理想流体与粘性流体
（1）粘性流体
具有粘性的流体（μ≠0）。
（2）理想流体
忽略粘性的流体（μ=0）。
——液体静压强基本方程
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流体静力学——2.2流体静压强的分布规律
说明： （1）重力作用下的静止均质液体，任一点的静压强等于液
面压强和该点在液面下的深度与液体容重的乘积之和。 （2） γ一定时，p∝h， h↑，p↑。 （3） h一定时，γ不同，p不同。 （4）帕斯卡定律:在液体内部外压力将毫不减弱地向各方向
各种压强计量单位换算：表2-1
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例2-4
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流体静力学——2.4测压管高度和测压管水头
一、液体静压强基本方 程的另一种表达形式
zA
pA
zB
pB
C(常数）
表明：在重力作用下，同种连续静止均质液体z+p/γ之和相等
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流体静力学——2.4测压管高度和测压管水头
二、液体静压强基本方程的意义
（2）液体的热胀性
热胀系数：压强不变时，单位温度变化所引起的 体积或密度的相对变化率
a V /V (1/ K) T
可知：液体α很小。
a /
T
α↑，热胀性↑
注意： P、T变化很大时，要考虑体积变化，如高温高压下炉 水密度比常温常压下小。
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绪论——1.2流体的主要力学性质
2、气体的压缩性和热胀性
流体力学
浙江电力教育培训中心
第1页
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绪论——1.1概述
研究对象 研究任务 应用 主要内容 研究方法
第2页
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绪论——1.1概述
研究对象
流体
液体： 如电厂的水、油等 气体： 如电厂的水蒸汽、空气、烟气等
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绪论——1.1概述 研究任务
研究流体静止和运动时的宏观力学规律 解决工程技术问题
第4页
按不可压缩流体处理，如空气和烟风系统。
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知识点
流体概念及基本特性 流体的主要力学性质 作用于流体上的作用力 流体的力学模型
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流体静力学
第二章 流体静力学
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流体静力学——2.1流体静压强及其特性
一、流体静压强的定义
流体静压强：在流体内部或流体与固体壁面所存在的单位面 积上的法向作用力称为流体的压强，当流体处于静止状态时 ，流体的压强称为流体静压强
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绪论——1.2流体的主要力学性质 1、流体粘滞性分析
例：流体在圆管中流动（液体为例）
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绪论——1.2流体的主要力学性质 2、牛顿内摩擦定律
T A du
dy
式中 T—流体的内摩擦力（切向力），N； A—流层间的接触面积，m2； du/dy—垂直于流动方向上的速度梯度，1/s；
研究方法
宏观 微观
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绪论——1.1概述
流体力学有关物理量的符号、法定单位
表1-1
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绪论——1.2流体的主要力学性质
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绪论——1.2流体的主要力学性质
一、流体的基本特征
具有流动性
流动性：在微小剪切力作用下会发生连续变形的特性。
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绪论——1.2流体的主要力学性质
符号：p，单位：Pa
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流体静力学——2.1流体静压强及其特性
p P A
P p lim
A0 A
注意：静（总）压力P作用于受压面上，静压强p作用于受压面 上某点。
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流体静力学——2.1流体静压强及其特性
二、静压强的特性
1. 方向性
流体静压强的方向与作用面垂直并指向作用面的内法线方向。
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流体静力学——2.3压强的计算基准和计量单位
一、压强的两种计算基准
1.绝对压强P′
以绝对真空（无气体分子存在）为基准点计算的压强。
2.相对压强P
以当地大气压强Pa为基准计算的压强。
p p pa
真空压强Pv（真空度）
p pa
pv pa p p
对开口容器: p h
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单位： N/m3
——表征物体重力特性的物理量
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绪论——1.2流体的主要力学性质
对于均质流体：
G
V
对于非均质流体：
lim G
V 0 V
g
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绪论——1.2流体的主要力学性质 3、影响流体密度的因素
流体种类
液体密度比气体大得多。
压力和温度
液体密度随p、t变化很小， 气体密度随p、t变化很大。
pn
静压力
p
K
pt
切向压力
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流体静力学——2.1流体静压强及其特性
第 43 页
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流体静力学——2.1流体静压强及其特性
2. 大小性
作用于流体任一点静压强的大小在各个方向上均相等， 与作用面的方位无关，仅是该点坐标的函数。
p f (x, y, z)
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流体静力学——2.1流体静压强及其特性
分界面是指两种容重不同、互不混合的液体之间的接触表面 自由液面是指静止的液体和气体接触的表面
结论：分界面、自由表面既为水平面又为等压面。
例2-2
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流体静力学——2.2流体静压强的分布规律
二、高差不大时气体压强的计算
p p0
——高差不大时气体静压强基本方程 表示空间各点气体压强相等
例2-3
μ —动力粘度，Pa·s。
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绪论——1.2流体的主要力学性质 T du A dy
式中τ—切应力，即流层间单位接触面积上的内摩擦力N/ m2 ，Pa 。
牛顿内摩擦定律表明： 切应力与速度梯度成正比；比例系数称动力粘度。
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绪论——1.2流体的主要力学性质 3、流体的粘度
二、流体的主要力学性质
（一） 惯性和重力特性
1、惯性
密度定义：单位体积流体所具有的质量，符号ρ
单位：kg / m3
——表征物体惯性的物理量
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绪论——1.2流体的主要力学性质 对均质流体：
m
V
对于非均质流体：
lim m
V 0 V
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绪论——1.2流体的主要力学性质 2、重力特性 容重定义：作用于单位体积流体的重力，符号γ
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绪论——1.2流体的主要力学性质
常见流体的密度：
表1-2
水——1000 kg/m3 空气——1.2920 kg/m3 水银——13590 kg/m3
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绪论——1.2流体的主要力学性质
（二）粘滞性
——流体内部质点（微团）或流层间如有相对运 动则产生内摩擦力（即粘滞力）以抵抗相对运动的 性质。
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流体静力学——2.2流体静压强的分布规律
一、液体静压强的分布规律
（一）液体静压强的基本方程
重力作用下的静止均质液体： 取直棱柱为分离体：
质量力：只有重力，G=γhdA，
表面力（铅垂方向）：
顶面：P0=p0dA，底面：P=pdA，侧面：0
受力平衡： pdA p0dA hdA 0
p p0 h
du
dy
——表示流体粘滞性大小
（1） 动力粘度
(Pa s)
P(泊）1P 0.1Pa s
（2） 运动粘度
(m2 / s)
St : cm2 / s
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绪论——1.2流体的主要力学性质 4、粘性的影响因素
流体种类
粘度
液体 气体
流体温度
o
温气度体
液体：分子内聚力是产生粘度的主要因素。
（1）牛顿流体
（μ =常数）
符合牛顿内摩擦定律的流体
如水、空气、油和水银等
（2）非牛顿流体 不符合牛顿内摩擦定律的流体
如：油漆、橡胶、糨糊、牙膏、泥浆等
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du
dy
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绪论——1.2流体的主要力学性质
（三）压缩性和热胀性
流体的压缩性：P7 流体的热胀性：P7
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绪论——1.2流体的主要力学性质
水 头
管 水 头
在重力作用下，同种连续静止液体中，各点位置水头和 压强水头可相互转换，测压管水头面为水平面。 例2-5
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流体静力学——2.5液体静压强的测量
测压计：测量压强的仪器 液柱式测压计 金属式测压计 电测式测压计
压力表 真空表
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流体静力学——2.5液体静压强的测量
第 32 页
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绪论——1.3作用在流体上的力
应力 单位面积上的表面力。
法向应力（压应力、压强）和切 向应力
p lim P A0 A
lim T
A0 A
p——法向应力，即流体所受压强，Pa τ——切向应力，即流体摩擦应力，Pa
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绪论——1.4流体的力学模型
一、连续介质与非连续介质
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绪论——1.1概述
应用
重要的专业基础课程，该课程的目的是为 了学习专业课以及从事技术工作提供必要的 基础理论和实践技能
第5页
职教
绪论——1.1概述
主要内容
绪论 流体静力学 不可压缩一元流体动力学 流动阻力和能量损失 管路计算 附面层与绕流阻力 孔口、管嘴出流和气体射流
第6页
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绪论——1.1概述
一种最重要的理想流体模型之一。
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绪论——1.4流体的力学模型
三、不可压缩流体与可压缩流体
➢ 不可压缩流体：不考虑可压缩性的流体 常数
➢ 可压缩流体：考虑可压缩性的流体
常数
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绪论——1.4流体的力学模型
注意： （1）简化理论推导和工程计算的模型 （2）一般情况将液体看作不可压缩流体 （3）对于低压、低速（≤60m/s）气流的计算，可
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流体静力学——2.3压强的计算基准和计量单位
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流体静力学——2.3压强的计算基准和计量单位
二、压强的计量单位
常用压强计量单位：
（一）用单位面积上所承受的力表示。 Pa KPa MPa 1Pa=1N/m2
（二）用液柱高度表示。 P<0.2 MPa mmH2O mmHg
（三）用大气压表示 标准大气压atm 工程大气压at
1、液体的压缩性和热胀性 （1）液体的压缩性
压缩系数： 温度不变时，单位压强变化所引起的体 积或密度的相对变化率
V /V (m2 / N )
p
/
p 可知： 液体β很小
β↑，压缩性↑
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绪论——1.2流体的主要力学性质
弹性系数： 压缩系数的倒数
E
1
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绪论——1.2流体的主要力学性质
随P、T而改变 气体的可压缩性要比液体的可压缩性大得多
p RT
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绪论——1.3作用在流体上的力
按作用方式不同分为：表面力和质量力
一、质量力
作用在所有流体质点上与质量成正比的力。对 均质流体：体积力
➢重力 ➢惯性力
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绪论——1.3作用在流体上的力
单位质量力
——单位质量流体上的质量力 流体中取质量为M的质点，作用于该 质点的质量力为F，F与M的比值称单 位质量力