流体力学A 1-1讲解
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流体力学 - 第一章流体属性及静力学
第一章 流体属性及静力学
1
第一章
流体属性及静力学
§1-1 流体定义及连续介质假定 §1-2 流体的密度、重度和粘性 §1-3 流体的其他属性 §1-4 作用于流体上的力 §1-5 流体静压力特性及静止流体中 压力变化规律 §1-6 静止流体作用在壁面上的力
第一章 流体属性及静力学
2
重点：连续介质模型，流体的粘性， 作用于流体上的力，静压力的特性，
第一章 流体属性及静力学
31
外力：周围物体对其作用力 。包括周 围流体和固体的作用力 。 外力又可分为： 表面力：表面压力、表面粘性力。自由 面上还有表面张力 ——是一种特殊类型的 表面力 ，液体内分子对表面分子的吸引。 质量力(体积力 )：重力、惯性力、磁场 力等等。
第一章 流体属性及静力学
32
1. 流体的压缩性
如果温度不变，流体的体积随压强增加 而缩小，这种特性称为流体的压缩性，通 常用体积压缩系数 p 来表示。 p 指的是在温度不变时，压强增加一个 单位所引起的流体体积相对缩小量，即：
p
1 dV V dp
第一章 流体属性及静力学
28
流体体积压缩系数的倒数就是流体的体积 弹性模量Ｅ。它指的是流体的单位体积相对变 化所需的压强增量，即：
第一章 流体属性及静力学
25
粘性流体(viscous fluid)：考虑粘性影响。 理想流体(ideal fluid)：不考虑粘性影响。 粘性流体与理想流体的主要差别如下： (1)流体运动时，粘性流体相互接触的流体 层之间有剪切应力作用，而理想流体没有； (2)粘性流体附着于固体表面，即在固体表 面上其流速与固体的速度相同，而理想流体在 固体表面上发生相对滑移。
第一章 流体属性及静力学
1
第一章
流体属性及静力学
§1-1 流体定义及连续介质假定 §1-2 流体的密度、重度和粘性 §1-3 流体的其他属性 §1-4 作用于流体上的力 §1-5 流体静压力特性及静止流体中 压力变化规律 §1-6 静止流体作用在壁面上的力
第一章 流体属性及静力学
2
重点：连续介质模型，流体的粘性， 作用于流体上的力，静压力的特性，
第一章 流体属性及静力学
31
外力：周围物体对其作用力 。包括周 围流体和固体的作用力 。 外力又可分为： 表面力：表面压力、表面粘性力。自由 面上还有表面张力 ——是一种特殊类型的 表面力 ，液体内分子对表面分子的吸引。 质量力(体积力 )：重力、惯性力、磁场 力等等。
第一章 流体属性及静力学
32
1. 流体的压缩性
如果温度不变，流体的体积随压强增加 而缩小，这种特性称为流体的压缩性，通 常用体积压缩系数 p 来表示。 p 指的是在温度不变时，压强增加一个 单位所引起的流体体积相对缩小量，即：
p
1 dV V dp
第一章 流体属性及静力学
28
流体体积压缩系数的倒数就是流体的体积 弹性模量Ｅ。它指的是流体的单位体积相对变 化所需的压强增量，即：
第一章 流体属性及静力学
25
粘性流体(viscous fluid)：考虑粘性影响。 理想流体(ideal fluid)：不考虑粘性影响。 粘性流体与理想流体的主要差别如下： (1)流体运动时，粘性流体相互接触的流体 层之间有剪切应力作用，而理想流体没有； (2)粘性流体附着于固体表面，即在固体表 面上其流速与固体的速度相同，而理想流体在 固体表面上发生相对滑移。
第一章 流体属性及静力学
流体力学讲义第一讲-1
1
n vds
s
可证：
1 rot v lim 0
n vds 2
s
旋度代表某一点的旋转角速度或旋转量，定义了一个向量场， 叫旋度场 在直角坐标系中表达式：
rotv i( v v vz vy v v ) j( z x ) k ( y x ) y z x z x y
2
拉普拉斯算子
2、 3、 4、
div rota a 0 rot grad 0
rot rota a a a grad diva a
ei e j ij ei e j ek
式中 ij 环排列。
1,i j 0,i j
为克罗内克符号，i，j，k为1，2，3的循
5、正交曲线坐标系中的拉梅系数 在正交曲线坐标系中，坐标线上的微分增量dsi与坐标值的增 量dqi不一定相等，坐标线上的微分增量dsi与坐标值的增量dqi一 般要乘以系数Hi（拉梅系数），才会变成坐标线上的微分增量 dsi，即
称为向量a通过曲面S的通量。若a代表流速v，通量即流量。 在直角坐标系中
a x a y a z div a a x y z
有源场和无源场：
散度是一个标量，它表示单位体积内物理量通过其表面的 通量。若diva>0，称该点有源；若diva<0，称该点有汇。 |diva|称为源或汇的强度。若diva＝0（处处），称该物理场 为无源场，否则为有源场。 散度的基本运算公式： n
dsi Hi dqi
如何确定Hi？ 象在笛卡儿坐标中一样，在空间某 一点A，沿三个坐标轴为棱边作一 微分六面体，由于其边长分别为 H1dq1 ， H 2 dq2 ， H3dq3 ,
第三节流体力学优秀课件
总压 静压 动压
设(待测流体密度) (压强计工作量密度)：
U形皮托管
总压与静压之差：
pApB()gh
pA
pB
1 2
v2
v 2gh( )
4. 升力 取两根很薄的流管，分别紧贴机翼的上下两侧。
不计高度差：
12v02p012v22p2, 12v02p012v32p3
p3p2
1
2
v22v32
§1.3.4 实际流体的运动规律 P 21
一、粘滞流体的能量方程 流体流动时相邻两层之间会产生沿切向的阻
碍相对滑动的力，称为内摩擦力（或粘滞力）
当有粘性的流体流过固体 表面时，靠近固体表面的一层 流体附着在固体表面上不动， 而流层之间由于粘滞力而层层 牵制，造成各层流速不同。
气体的粘度随温度升高而增 大，液体的粘度随温度升高而减 小。
各条流线不会相交
流管： 流体内由流线所围成的细管
二、定常流动和不定常流动 不定常流动： 流场中各点的流速是该点的位置和时间的函数:
vv(x,y,z,t) 流线的形状随时间而变
流线与流体单个质元的运动轨迹并不重合
定常流动：
流场不随时间而变化: vv(x,y,z)
流场中任一固定点的流速、压强和密度等都 不随时间变化
§1.3.1 流体运动的描述
一、流场、流线和流管
流体的流动性
各部分质元的运动情况都不同
• 欧拉法： 处理流体的运动问题时，考察流体所在的空
间中各点，研究流体的各质元在流经这些点时 所具有的速度、密度和压强等，以及这些量随 时间的变化关系。
流体速度场（流场）： 在流体运动过程的每一瞬时，流体在所占据 的空间每一点都具有一定的流速。－ 矢量场 流线（流场中一系列假想的曲线） 每一瞬时流线上任一点的切线方向，和流经该点 的流体质元的速度方向一致。
流体力学1
-40C
水 0.294 106 m 2 /s
1000C
空气 1.49 105 Pa s
空气 2.18 105 Pa s
空气 0.98 105 m 2 /s
空气 2.31 105 m 2 /s
空气的动力粘性系数比水小2个数量级，但空气的 运动粘性系数比水大。 空气的粘性系数随温度升高而增大，而水的粘性系 数随温度升高而减小。
微观（分子自由程的尺度）上看，流体质点是一个足够大的
分子团，包含了足够多的流体分子，以致于对这些分子行为 的统计平均值将是稳定的，作为表征流体物理特性和运动要 素的物理量定义在流体质点上。
2.7 1016 个分子
1mm3空气 ( 1个大气压，00C)
• 连续介质假设
连 续 介 质 假 设 将 流 体 区 域 看 成 由 流 体 质 点 连 续 组 成 ， 占
力）予以抵抗，并在撤除外力后恢复原形，流体的这种性质称 为压缩性。
p V
p+Δp V-ΔV
•
d V / V d/ dV 将相对压缩值 与压强增量 d p之比值 称 dp dp V 1 dp 为压缩系数，其倒数 K 称为体积 K 随温度和压强而变，随温度变化不显著。液体的 K
值很大，除非压强变化很剧烈、很迅速，一般可不考虑压缩 性，作不可压缩流体假设，即认为液体的 K 值为无穷大，密 度为常数。但若考虑水下爆炸、水击问题时，则必须考虑压 缩性。
§1—3 作用在流体上的力
流体不能承受集中力，只能承受分布力。分布力按表现形式 又分为：质量力、表面力。
，指向表 面力受体外侧，所受表面力为 ΔP ，则应力
P p n lim A0 A
n
水 0.294 106 m 2 /s
1000C
空气 1.49 105 Pa s
空气 2.18 105 Pa s
空气 0.98 105 m 2 /s
空气 2.31 105 m 2 /s
空气的动力粘性系数比水小2个数量级，但空气的 运动粘性系数比水大。 空气的粘性系数随温度升高而增大，而水的粘性系 数随温度升高而减小。
微观（分子自由程的尺度）上看，流体质点是一个足够大的
分子团，包含了足够多的流体分子，以致于对这些分子行为 的统计平均值将是稳定的，作为表征流体物理特性和运动要 素的物理量定义在流体质点上。
2.7 1016 个分子
1mm3空气 ( 1个大气压，00C)
• 连续介质假设
连 续 介 质 假 设 将 流 体 区 域 看 成 由 流 体 质 点 连 续 组 成 ， 占
力）予以抵抗，并在撤除外力后恢复原形，流体的这种性质称 为压缩性。
p V
p+Δp V-ΔV
•
d V / V d/ dV 将相对压缩值 与压强增量 d p之比值 称 dp dp V 1 dp 为压缩系数，其倒数 K 称为体积 K 随温度和压强而变，随温度变化不显著。液体的 K
值很大，除非压强变化很剧烈、很迅速，一般可不考虑压缩 性，作不可压缩流体假设，即认为液体的 K 值为无穷大，密 度为常数。但若考虑水下爆炸、水击问题时，则必须考虑压 缩性。
§1—3 作用在流体上的力
流体不能承受集中力，只能承受分布力。分布力按表现形式 又分为：质量力、表面力。
，指向表 面力受体外侧，所受表面力为 ΔP ，则应力
P p n lim A0 A
n
流体力学基础讲解PPT课件
措施。
05
流体流动的湍流与噪声
湍流的定义与特性
湍流定义
湍流是一种高度复杂的三维非稳态、带旋转的不规则流动。 在湍流中，流体的各种物理参数，如速度、压力、温度等都 随时间与空间发生随机的变化。
湍流特性
湍流具有随机性、不规则性、非线性和非稳定性等特性。在 湍流中，流体的速度、方向和压力等都随时间和空间发生变 化，形成复杂的涡旋结构。
环境流体流动与环境保护
要点一
环境流体流动
环境中的流体流动对环境保护具有重要影响。例如，大气 中的气流会影响污染物的扩散和迁移，水流会影响水体中 的污染物迁移和沉积等。
要点二
环境保护
通过对环境中的流体流动进行研究和模拟，可以更好地了 解污染物扩散和迁移规律，为环境保护提供科学依据。同 时，通过合理规划和设计流体流动系统，可以有效降低污 染物对环境的影响，保护生态环境。
04
流体流动的能量转换
能量的定义与分类
总结词
能量是物体做功的能力，可以分为机械能、热能、电能等。在流体力学中，主要关注的是机械能中的 动能和势能。
详细描述
能量是物体做功的能力，它有多种表现形式，如机械能、热能、电能等。在流体力学中，我们主要关 注的是机械能，它包括动能和势能两种形式。动能是流体运动所具有的能量，与流体的速度和质量有 关；势能则是由于流体所处位置而具有的能量。
流体流动噪声
流体流动过程中产生的噪声主要包括 机械噪声和流体动力噪声。机械噪声 主要由机械振动和摩擦引起，而流体 动力噪声主要由湍流和流体动力振动 引起。
噪声控制
为了减小流体流动产生的噪声，研究 者们提出了各种噪声控制方法，如改 变管道结构、添加消音器和改变流体 动力特性等。这些方法可以有效降低 流体流动产生的噪声。
05
流体流动的湍流与噪声
湍流的定义与特性
湍流定义
湍流是一种高度复杂的三维非稳态、带旋转的不规则流动。 在湍流中，流体的各种物理参数，如速度、压力、温度等都 随时间与空间发生随机的变化。
湍流特性
湍流具有随机性、不规则性、非线性和非稳定性等特性。在 湍流中，流体的速度、方向和压力等都随时间和空间发生变 化，形成复杂的涡旋结构。
环境流体流动与环境保护
要点一
环境流体流动
环境中的流体流动对环境保护具有重要影响。例如，大气 中的气流会影响污染物的扩散和迁移，水流会影响水体中 的污染物迁移和沉积等。
要点二
环境保护
通过对环境中的流体流动进行研究和模拟，可以更好地了 解污染物扩散和迁移规律，为环境保护提供科学依据。同 时，通过合理规划和设计流体流动系统，可以有效降低污 染物对环境的影响，保护生态环境。
04
流体流动的能量转换
能量的定义与分类
总结词
能量是物体做功的能力，可以分为机械能、热能、电能等。在流体力学中，主要关注的是机械能中的 动能和势能。
详细描述
能量是物体做功的能力，它有多种表现形式，如机械能、热能、电能等。在流体力学中，我们主要关 注的是机械能，它包括动能和势能两种形式。动能是流体运动所具有的能量，与流体的速度和质量有 关；势能则是由于流体所处位置而具有的能量。
流体流动噪声
流体流动过程中产生的噪声主要包括 机械噪声和流体动力噪声。机械噪声 主要由机械振动和摩擦引起，而流体 动力噪声主要由湍流和流体动力振动 引起。
噪声控制
为了减小流体流动产生的噪声，研究 者们提出了各种噪声控制方法，如改 变管道结构、添加消音器和改变流体 动力特性等。这些方法可以有效降低 流体流动产生的噪声。
第一章流体力学基本知识
例题1－1；1－2；1－3
矩形 hD＝2/3 h
例题1－1：在某一输水渠道中，有一木板矩形闸门，宽ｂ＝0.8ｍ，闸门前水深 ｈ＝1.2ｍ，试求闸门上的静水总压力及其作用点。 解： Ｐ＝Ｐ ＝ｈ ｃ ｃ
ｈ ｈ ＝ ＝0.6ｍ ｃ ２ ＝9800 Ｎ＝9.8ＫＮ
＝ｂｈ＝0.8 1.2＝0.96ｍ２
1－1流体的主要力学性质
一、流体的惯性－取决于流体的质量 密度： 单位体积流体的质量 重度： 单位体积流体的重量 影响因素：压强 温度
二、流体的粘度 流速分布图（图1－1）
粘度： 流体流动时阻抗变形的特征
影响因素：压力
温度
粘度大小表示：动力粘度系数
运动粘度系数
三、流体的压缩性和热胀性 表征量：弹性模量和压缩系数
不可压缩流体稳定流连续方程式：
ω1v1= ω2v2 （质量守恒的数学表达式）
例题1－4
三、稳定流的能量方程式 1.元流的能量方程式（不可压缩的理想流体） 伯奴里方程式（1－18） 2.总流的能量方程式
（1）均匀流、缓变流和急变流（图1－18）
（2）理想条件下的方程式(a)(b)(c)(d)(e)(f)(g)
一般情况下，可忽略不计。
流体可以看作是一种易于流动、具有粘滞性、 不易压缩并且充满其所在空间无任何空隙的质点所 组成的理想连续介质。
1－2流体静力学
一、流体静压强及其特征 基本特征：（1）流体静压强的方向与作用面垂直， 并指向作用面。
（2）任意一点各方向的流体静压强均相等。 二、流体静压强的分布规律
能量方程式的物理意义与几何意义1物理意义z单位重量流体的位能pr单位重量流体的压能v22gv2g单位重量流体的动能单位重量流体的动能zprv22g单位重量流体的机械能2几何意义z位置水头pr压力水头v22g平均流速水头zprv22g总水头3总水头线和侧压管水头线图1194
矩形 hD＝2/3 h
例题1－1：在某一输水渠道中，有一木板矩形闸门，宽ｂ＝0.8ｍ，闸门前水深 ｈ＝1.2ｍ，试求闸门上的静水总压力及其作用点。 解： Ｐ＝Ｐ ＝ｈ ｃ ｃ
ｈ ｈ ＝ ＝0.6ｍ ｃ ２ ＝9800 Ｎ＝9.8ＫＮ
＝ｂｈ＝0.8 1.2＝0.96ｍ２
1－1流体的主要力学性质
一、流体的惯性－取决于流体的质量 密度： 单位体积流体的质量 重度： 单位体积流体的重量 影响因素：压强 温度
二、流体的粘度 流速分布图（图1－1）
粘度： 流体流动时阻抗变形的特征
影响因素：压力
温度
粘度大小表示：动力粘度系数
运动粘度系数
三、流体的压缩性和热胀性 表征量：弹性模量和压缩系数
不可压缩流体稳定流连续方程式：
ω1v1= ω2v2 （质量守恒的数学表达式）
例题1－4
三、稳定流的能量方程式 1.元流的能量方程式（不可压缩的理想流体） 伯奴里方程式（1－18） 2.总流的能量方程式
（1）均匀流、缓变流和急变流（图1－18）
（2）理想条件下的方程式(a)(b)(c)(d)(e)(f)(g)
一般情况下，可忽略不计。
流体可以看作是一种易于流动、具有粘滞性、 不易压缩并且充满其所在空间无任何空隙的质点所 组成的理想连续介质。
1－2流体静力学
一、流体静压强及其特征 基本特征：（1）流体静压强的方向与作用面垂直， 并指向作用面。
（2）任意一点各方向的流体静压强均相等。 二、流体静压强的分布规律
能量方程式的物理意义与几何意义1物理意义z单位重量流体的位能pr单位重量流体的压能v22gv2g单位重量流体的动能单位重量流体的动能zprv22g单位重量流体的机械能2几何意义z位置水头pr压力水头v22g平均流速水头zprv22g总水头3总水头线和侧压管水头线图1194
(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。
1-1 流体静力学基本方程式
第一章流体流动本章学习指导1. 本章学习的目的通过本章学习，掌握流体流动过程的基本原理、管内流动的规律，并运用这些原理和规律去分析和计算流体流动过程的有关问题，诸如：（1）流体输送：流速的选择，管径的计算，输送机械选型。
（2）流动参数的测量：压强（压力）、流速（流量）等。
（3）不互溶液体（非均相物系）的分离和分散（混合）。
（4）选择适宜的流体流动参数，以适应传热、传质和化学反应的最佳条件。
2. 本章重点掌握的内容（1）静力学基本方程的应用（2）连续性方程、柏努力方程的物理意义、适用条件、应用柏努力方程解题的要点和注意事项。
（3）管路系统总能量损失方程（包括数据的获得）本章应掌握的内容（1）两种流型（层流和湍流）的本质区别，处理两种流型的工程方法（解析法和实验研究方法）（2）流量测量（3）管路计算本章一般了解的内容（1）边界层的基本概念（边界层的形成和发展，边界层分离）（2）牛顿型流体和非牛顿型流体3. 本章学习应注意的问题（1）流体力学是传热和传质的基础，它们之间又存在着密切的联系和相似性，从开始学习流体流动就要学扎实，打好基础。
（2）应用柏努力方程、静力学方程解题要绘图，正确选取衡算范围。
解题步骤要规范。
4. 本章教学时数分配知识点1-1 授课学时数2 自学学时数4知识点1-2 授课学时数3 自学学时数6知识点1-3 授课学时数1 自学学时数2知识点1-4 授课学时数3 自学学时数6知识点1-5 授课学时数1 自学学时数2知识点1-6 授课学时数2 自学学时数45. 本章学习资料必读书籍姚玉英主编. 化工原理(上册) （第一章"流体流动"）·天津：天津大学出版社．1999参考书籍1．陈敏恒等．化工原理，上册．北京：化学工业出版社．19992．谭天恩等．化工原理，上册．北京：化学工业出版社．19903．蒋维钧．化工原理，上册．北京：清华大学出版社．19924．姚玉英．化工原理例题与习题，第三版．北京：化学工业出版社．19985．柴诚敬等．化工原理学习指导．天津：天津科技出版社．19926．柴诚敬，张国亮．化工流体流动和传热．北京：化学工业出版社．20007．张言文．化工原理60讲，上册．北京：轻工业出版社．19978．J.M.Coulson and J.F.Richrdson.Chemical Engineering Vol2.3rd ed.－oxford:Pergamon,19949．C.J Geankoplis. Transport Processes and Unit Operations, 2rd ed.Boston: Allyn and Baccon, Inc. 199310．W. L. McCabe and J. C. Smith.Unit Operations of Chemical Engineering, 5th ed. New York: McGraw. Hill Inc., 1993.通过本章的学习，掌握气体吸收的基本概念和气体吸收过程的基本计算方法。
流体力学与热工学基础 1-1 流体的主要物理性质
溶解度取决于压力 影响因素： 油的种类、温度、空气溶解量和混入量
一，流体的重度与密度 1，密度与比容
密度：在均质流体中，单位体积流体的质量。 比体积：单位质量流体的体积。 2，重度——均质流体中，单位体积流体的重量。
一般流体的重度和密度随温度和压力而变 对液来说，影响极小；对气体来说，影响极大 水的转回温度为40C，即一大气压下： 水在40C以下时，为冷胀热缩
在40C以上时，为热胀冷缩 工程上取
0 E t1 t1 t2 51
4、影响粘度的因素
温度的影响： 液体的粘度与温度成反比；气体的粘度与温度成正比。
液压系统温度过高时，粘度下降，压力易波动，工作不平稳。 压力的影响：
液体的粘度与压力成正比 各种机械用的燃油和滑油，必须控制其温度。 如：为使燃油雾化良好，可升温
低温航区和季节，应控制油温
§12-1 流体的主要物理性质
问题设计： 1、衡量流体物理性质的指标有哪些？ 2、如何表示流体膨胀和压缩性的大小？ 3、流体沿固体壁流动时为什么会产生摩擦力？基大小与 哪些因素有关？ 4、如何表示流体粘性的大小？工程上常用的流体粘度测 量方法有哪些？你是否能想象一些新的粘度测量方法？
§12-1 流体的主要物理性质
dy
μ——动力粘度：代表流体粘性的大小。 粘滞切应力——单位接触面积上的内摩擦力。
du
dy
几点说明 ①对静止流体，梯度=0，T=0，说明流体的粘性只有在流动 或变形时才显示出来。 ②内摩擦力或切应力总是成对出现的，大小相等、方向相反、 分别作用在对方流层上。 ③该定律是建立在流体作层运动的基础上的，故只适用层流， 它不适合于某些流体，如泥浆、有机胶体、油漆、高分子溶液、纸 浆液等，这些流体的切应力和速度并不是简单的直线关系。
一，流体的重度与密度 1，密度与比容
密度：在均质流体中，单位体积流体的质量。 比体积：单位质量流体的体积。 2，重度——均质流体中，单位体积流体的重量。
一般流体的重度和密度随温度和压力而变 对液来说，影响极小；对气体来说，影响极大 水的转回温度为40C，即一大气压下： 水在40C以下时，为冷胀热缩
在40C以上时，为热胀冷缩 工程上取
0 E t1 t1 t2 51
4、影响粘度的因素
温度的影响： 液体的粘度与温度成反比；气体的粘度与温度成正比。
液压系统温度过高时，粘度下降，压力易波动，工作不平稳。 压力的影响：
液体的粘度与压力成正比 各种机械用的燃油和滑油，必须控制其温度。 如：为使燃油雾化良好，可升温
低温航区和季节，应控制油温
§12-1 流体的主要物理性质
问题设计： 1、衡量流体物理性质的指标有哪些？ 2、如何表示流体膨胀和压缩性的大小？ 3、流体沿固体壁流动时为什么会产生摩擦力？基大小与 哪些因素有关？ 4、如何表示流体粘性的大小？工程上常用的流体粘度测 量方法有哪些？你是否能想象一些新的粘度测量方法？
§12-1 流体的主要物理性质
dy
μ——动力粘度：代表流体粘性的大小。 粘滞切应力——单位接触面积上的内摩擦力。
du
dy
几点说明 ①对静止流体，梯度=0，T=0，说明流体的粘性只有在流动 或变形时才显示出来。 ②内摩擦力或切应力总是成对出现的，大小相等、方向相反、 分别作用在对方流层上。 ③该定律是建立在流体作层运动的基础上的，故只适用层流， 它不适合于某些流体，如泥浆、有机胶体、油漆、高分子溶液、纸 浆液等，这些流体的切应力和速度并不是简单的直线关系。
(新)第一章 流体力学(讲解教学课件)
mgz 1 mu 2 m p
2
J
1kg流体的总机械能为： zg u 2 p
2
J/kg
1N流体的总机械能为： z u 2 p J/N
2g g
（新）第一章 流体力学（讲解教学课件）
压头：每牛顿的流体所具有的能量 静压头；
2、外加能量：1kg流体从输送机械所获得的机械能 。
符号：We；
单位：J/kg ；
和其深度有关。 （2）在静止的、连续的同一液体内，处于同一水平面
上各点的压力均相等。
（新）第一章 流体力学（讲解教学课件）
• （2） 当液体上方的压力有变化时，液体内 部各点的压力也发生同样大小的变化。
（新）第一章 流体力学（讲解教学课件）
三、静力学基本方程的应用 （1）测量流体的压力或压差
① U管压差计 对指示液的要求：指示液要与被测流体 不互溶，不起化学作用；其密度应大于 被测流体的密度。
• 如：4×103Pa（真空度）、200KPa （表压）。
（新）第一章 流体力学（讲解教学课件）
【例题1-1】 在兰州操作的苯乙烯精馏塔塔顶的真空度 为620mmHg。在天津操作时，若要求塔内维持相同 的绝对压力，真空表的读数应为多少？兰州地区的 大气压力为640mmHg,天津地区的大气压力为 760mmHg。
p1-p2=(指-)Rg
若被测流体是气体上式可简化为
p1-p2=指Rg
（新）第一章 流体力学（讲解教学课件）
• 通常采用的指示液有：着色水、油、四氯化碳、 水银等。
• U形管压差计在使用时，两端口与被测液体的 测压点相连接。
• U形管压差计所测压差，只与读数R、指示液 和被测液体的密度有关，而与U形管的粗细、 长短、形状无关，在此基础上又产生了斜管压 差计、双液柱微差计、倒U形管压差计等。
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取一微元正交六面体。
左侧面压力： 右侧面压力：
( p 1 p dx)dydz 2 x
( p 1 p dx)dydz 2 x
y
p 1 p dx 2 x
z
p 1 p dx 2 x
x
再考虑 x 轴方向的质量力，可列出 x 轴方向的平衡方程：
(p
1 2
p x
dx)dydz ( p
1 2
p x
ν× 106/ m2/s
1.792 1.007 0.661 0.477 0.367 0.296
空气
μ × 106/ Pa·s
ν× 106/ m2/s
17.09 18.08 19.04 19.97 20.88 21.75
13.20 15.00 16.90 18.80 20.90 23.00
§1.3 流体的物理性质
➢ 牛顿流体与非牛顿流体
牛顿流体； 塑性体； 伪塑性体； 宾汉体。
du dy
(du)n dy
du dy
(du)n
dy
0
du dy
➢ 粘性流体与理想流体
实际流体都具有粘性。理想流体就是忽略流体的粘性。
§1.3 流体的物理性质
1.3.4 液体的表面张力
➢ 表面ห้องสมุดไป่ตู้力现象演示
肥皂薄膜对棉线作用一个拉力。
温度/ K
291 291 293
σ× 103/ N/m
73 490 472
§1.3 流体的物理性质
➢ 表面张力产生的压差
由表面张力引起的液体自由表面两边 的附加压力差为：
p ( 1 1 ) R1 R2
➢ 毛细现象
当液体与固体接触时，如果液体分子 间的吸引力（内聚力）大于液体分子 和固体分子间的引力（附着力），则 液体抱成团与固体不浸润；当液体分 子内聚力小于附着力时，则液体就能 浸润固体表面。
《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》PPT课件
h
3
流体力学的基础理论由三部分组成: 一是流体处于平衡状态时，各种作用在流体上的力之间关系
的理论，称为流体静力学； 二是流体处于流动状态时，作用在流体上的力和流动之间关
系的理论，称为流体动力学； 三是气体处于高速流动状态时，气体的运动规律的理论，称
为气体动力学。 工程流体力学的研究范畴是将流体流动作为宏观机械运动进
温度 t （℃）
20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 -257 -195 20
密度
（ kg/m3） 998
1026 1149
789 895 1588 1335 1258 678 808 850-958 918
72 1206 13555
相对密度 d
1.00 1.03 1.15 0.79 0.90 1.59 1.34 1.26 0.68 0.81 0.85-0.93 0.92 0.072 1.21 13.58
动 力 黏 度 104
（ P a·s） 10.1 10.6 — 11.6 6.5 9.7 —
14900 2.9
19.2 72 —
0.21 2.8
15.6
2021/1/10
h
14
表1-2
在标准大气压和20℃常用气体性质
气体
空
气
二氧化碳
一氧化碳
氦
氢
密度
（ kg/m3） 1.205 1.84 1.16
h
1
第一节 流体力学的研究对象和任务
目
第二节 流体的主要物理性质
录
第三节 流体的静压强及其分布规律
第四节 流体运动的基本知识
第五节 流动阻力和水头损失
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1. 流体的定义和特征
1）定义：在微小剪切力持续作用下都能连 续不断变形的物体。
2）基本特征：易流动和不具有固定形状。
3）液体和气体具有不同的特征：如压缩性、 粘性等。
4）表征流体属性的物理量：, p, T, (u, v,
w), 等。
v
F
第一章 流体的基本物理性质
20
分子 结构
§1.1 流体的概念
固体：分子间距小，结构紧密，固
定形状和体积；
液体：分子间距中等（约1倍直
径），分子吸引力中等，没
有固定形状；
气体：分子间距大（约10倍直
径），分子吸引力小，分子
布朗运动，没有固定形状和
体积。 v
F
第一章 流体的基本物理性质
21
§1.1 流体的概念
2.连续介质假设 1）内容：
真实流体可看成是由无数体积很小的连 续分布的流体微团（流体质点）所组成。 2）解释： 体积很小——宏观上充分小（与宏观特 征尺寸比较），微观上充分大（与分子 运动平均自由程相当），少数分子出入 不影响流体微团平均统计特性。
绪论
14
与其他学科的关系
专业课
汽轮机原理、锅炉原理…
专业 工程热力学、流体力学、传热学
基础课
工程力学（理论、材料）
基础课 高等数学、工程数学、物理学
15
如何学好这门课程
充分(思想)准备和计划——长学期课程； 正确处理好与所学课程的关系——温故而
知新；
认真完成老师布置的作业——及时复习和
流体力学A
任课教师：程友良 热能教研室
1
绪论
流体力学及其研究对象 学习这门课程的重要性和必要性 如何学好这门课程 其它事项
绪论
2
流体力学及其研究对象
力学：研究物体在各种力作用下移动和
平衡所具有规律的科学。
物体状态：固体、液体、气体和等离子
体。
流体：液体和气体的统称。 流体力学：研究流体在各种力作用下移
胀性与压强的关系不同。
3.不可压缩流体
1）定义：
2）说明：通常液体和低速气体。
第一章 流体的基本物理性质
预习；
注重基础知识、基本方法和基本技能——
憨实基础；
提高提出、分析及解决问题的能力——适
当研究性学习。
绪论
16
其它事项
教材——《流体力学》（王松岭主编）；
参考文献——教材后及随课相应布置；
交作业—— 第一次：前两章；
第二次：第三、四章； 第三次：第五章； 第四次：第十二、六、七章； 第五次：第八、九、十章； 第六次：第十一章。
第一章 流体的基本物理性质
22
§1.1 流体的概念
连续分布——忽略流体微团之间的间隙。 流体微团——流体分子集合，几何上看
成一个点。
3）说明： 合理性——考察流体宏观机械运动； 优越性——可借助数学分析工具研究流 体运动规律； 局限性——不适合不满足条件的领域， 如稀薄气体等。
第一章 流体的基本物理性质
研究对象：
平衡时的规律：如压强分布、总压力等。
流体流过某种物体或通道时的运动规律： 如速度分布、压强分布、质量、动量、能 量等；
与其它物质形态（固体、液体或气体）之 间的相互作用（作用力、传热、传质及能 量转换、能量损失等）规律。
绪论
5
这门课的重要性和必要性
在许多工业技术领域有广泛应用
(dT
பைடு நூலகம்
0)
p
d dp
3）流体的体积弹性模量：E
1 p
E dp d
4）关系：
压缩系数 体积弹性模量
压缩性 压缩性
第一章 流体的基本物理性质
27
§1.3 流体的压缩性和膨胀性
2.流体的膨胀性
1）定义：
2）膨胀系数：
t
dV V dT
(dp
0)
3）说明：与压强有关；50˚C前后水的膨
火力发电厂系统简图
循环水泵 疏水泵
13
这门课的重要性和必要性
在其他许多工业技术领域也有广泛应用
机械； 冶金； 石油； 化工； 土木；建筑； 海洋； 大气； 人体循环系统；……
与日常生活密切相关：可以举出若干方 面的例子
更是学习后继课程的需要——重要的专 业基础课(学时72、学分4.5)
农田、水利， 造船、航运； 航空、航天； 能源、电力；
绪论
6
农田、水利
绪论
7
农田、水利
都 江 堰 水 利 工 程
绪论
8
造船、航运
绪论
9
航空、航天
绪论
10
能源、电力
绪论
11
能源、电力
绪论
12
能源、电力
锅炉系统
汽轮机系统
排粉风机
凝结水泵
送风机
引风机
锅炉给水泵
冲灰水泵
灰渣泵
补给水泵
3）说明： ▲一般情况下密度与压强、温度有关； ▲液体和气体，表现不同； ▲表1-1——标准大气压下几种常用流体 的密度； ▲表1-2——标准大气压下不同温度的水、 空气和水银密度。
第一章 流体的基本物理性质
25
§1.2 流体的密度
2. 流体的比容（比体积）：单位质量的流 体所占有的体积，记为 【upsilon 】；
3. 流体的容重（重度）：= g ；
4. 流体的相对密度（比重）： d= /w； w =1000kg/m3 ；
n
5. 混合气体的密度： ii i 1
第一章 流体的基本物理性质
26
§1.3 流体的压缩性和膨胀性
1.流体的压缩性
1）定义：
2）压缩系数： p
dV V dp
动和平衡所具有规律的科学。随着学科
本身的发展及其对工程实际背景的渗透，
流体力学又产生出了许多新的分支。
绪论
3
流体力学及其研究对象
…… 固体力学 ……
静力学，运动学，动力学:
力 流体力学 水动力学、气动力学或空气
学
力学，……；
燃烧流体力学，环境流体力
学，计算流体力学，……。
……
绪论
4
流体力学及其研究对象
23
§1.2 流体的密度
1.流体的密度 1）定义：单位体积流体所具有的质量,记
为。 2）公式：
▲均质流体—— ▲非均质流体—— ▲特例——完全气体状态方程及在等温
过程、等压过程、绝热过程 下的不同形式；（板书公式）
第一章 流体的基本物理性质
24
§1.2 流体的密度
▲注意——单位、记号、气体常数随气 体种类不同
绪论
17
其它事项
答疑时间——星期四下午3:00~5:00 答疑地点——我的办公室（Tel:2224)
绪论
18
第一章 流体的基本物理性质
主要内容
流体的概念 流体的密度 流体的压缩性和膨胀性 流体的粘性 液体的表面张力和毛细现象
第一章 流体的基本物理性质
19
§1.1 流体的概念