流体力学课件
时间：2021-08-31流体力学课件
流体力学是力学的一个分支，主要研究在各种力的作用下，流体本身的静止状态和运动状态以及流体和固体界壁间有相对运动时的相互作用和流动规律。下面小编给大家带来流体力学课件，欢迎大家阅读。
流体力学课件
一、流体的基本特征
1.物质的三态
在地球上，物质存在的主要形式有：固体、液体和气体。
流体和固体的区别:从力学分析的意义上看，在于它们对外力抵抗的能力不同。
固体：既能承受压力，也能承受拉力与抵抗拉伸变形。
流体：只能承受压力，一般不能承受拉力与抵抗拉伸变形。
液体和气体的区别：气体易于压缩;而液体难于压缩;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。
2. 流体的连续介质模型
微观：流体是由大量做无规则运动的分子组成的，分子之间存在空隙，但在标准状况下，1cm3液体中含有3.3×1022个左右的分子，相邻分子间的距离约为3.1×10-8cm。1cm3气体中含有2.7×1019个左右的分子，相邻分子间的距离约为3.2×10-7cm。
宏观：考虑宏观特性，在流动空间和时间上所采用的一切特征尺度和特征时间都比分子距离和分子碰撞时间大得多。
(1) 概念
连续介质(continuum/continuous medium)：质点连续充满所占空间的流体或固体。
连续介质模型(continuum continuous medium model)：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：u =u(t,x,y,z)。
(2)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。
3.流体的分类
(1)根据流体受压体积缩小的性质，流体可分为：
可压缩流体(compressible flow)：流体密度随压强变化不能忽略的流体。
不可压缩流体(incompressible flow)：流体密度随压强变化很小，流体的密度可视为常数的流体。
注：
(a)严格地说，不存在完全不可压缩的流体。
(b)一般情况下的液体都可视为不可压缩流体(发生水击时除外)。
(c)对于气体，当所受压强变化相对较小时，可视为不可压缩流体。
(d)管路中压降较大时，应作为可压缩流体。
(2)根据流体是否具有粘性，可分为：
实际流体：指具有粘度的流体，在运动时具有抵抗剪切变形的能力。
理想流体：是指既无粘性又完全不可压缩流体，在运动时也不能抵抗剪切变形。
二、惯性
一切物质都具有质量，流体也不例外。质量是物质的基本属性之一，是物体惯性大小的量度，质量越大，惯性也越大。单位体积流体的质量称为密度(density)，单位：kg/m3。
三、压缩性
1.压缩性
流体的可压缩性(compressibility)：作用在流体上的`压力变化可引起流体的体积变化或密度变化，这一现象称为流体的可压缩性。压缩性可用体积压缩率k来量度。
2.体积压缩率k
体积压缩率k(coefficient of volume compressibility)：流体体积的相对缩小值与压强增值之比，即当压强增大一个单位值时，流体体积的相对减小值。
3.体积模量K
流体的压缩性在工程上往往用体积模量来表示。体积模量K(bulk modulus of elasticity)是体积压缩率的倒数。
k与K随温度和压强而变化，但变化甚微。
说明：a. K越大，越不易被压缩，当K时，表示该流体绝对不可压缩 。
b. 流体的种类不同，其k和K值不同。
c. 同一种流体的k和K值随温度、压强的变化而变化。
d. 在一定温度和中等压强下，水的体积模量变化不大
一般工程设计中，水的K=2×109 Pa ，说明Dp =1个大气压时， 。Dp不大的条件下，水的压缩性可忽略，相应的水的密度可视为常数。
四、粘度
1.粘性
粘性：即在运动的状态下，流体所产生的抵抗剪切变形的性质。
2.粘度
(1)定义
流体的粘度：粘性大小由粘度来量度。流体的粘度是由流动流体的内聚力和分子的动量交换所引起的。
(2)分类
动力粘度：又称绝对粘度、动力粘性系数、粘度，是反映流体粘滞性大小的系数，单位：N"s/m2。
运动粘度ν：又称相对粘度、运动粘性系数。
(3)粘度的影响因素
流体粘度的数值随流体种类不同而不同，并随压强、温度变化而变化。
1)流体种类。一般地，相同条件下，液体的粘度大于气体的粘度。
2)压强。对常见的流体，如水、气体等，m值随压强的变化不大，一般可忽略不计。
3)温度。是影响粘度的主要因素。当温度升高时，液体的粘度减小，气体的粘度增加。
a.液体：内聚力是产生粘度的主要因素，当温度升高，分子间距离增大，吸引力减小，因而使剪切变形速度所产生的切应力减小，所以m值减小。
b.气体：气体分子间距离大，内聚力很小，所以粘度主要是由气体分子运动动量交换的
结果所引起的。温度升高，分子运动加快，动量交换频繁，所以粘度增加。
3.牛顿内摩擦定律
a. 牛顿内摩擦定律： 液体运动时，相邻液层间所产生的切应力与剪切变形的速率成正比。
说明：
1)流体的切应力与剪切变形速率，或角变形率成正比。——区别于固体的重要特性:固体的切应力与角变形的大小成正比。
2)流体的切应力与动力粘度m成正比。
3)对于平衡流体du /dy =0，对于理想流体m=0，所以均不产生切应力，即t =0。
b.牛顿平板实验与内摩擦定律
2.牛顿流体、非牛顿流体
牛顿流体(newtonian fluids)：是指任一点上的剪应力都同剪切变形速率呈线性函数关系的流体，即遵循牛顿内摩擦定律的流体称为牛顿流体。
非牛顿流体：不符合上述条件的均称为非牛顿流体
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