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流力 第一章优秀课件

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流体力学PPT课件

流体力学PPT课件

y1, y2...yn ——气体混合物中各组分的摩尔分率。
对于理想气体，其摩尔分率y与体积分率Φ相同。
9
第1节 流体静力学
五、比容
单位质量流体具有的体积，是密度的倒数，单位为m3/kg。
vV 1
m
10
第1节 流体静力学
1.1.2 流体的静压强
一、压强的定义
流体垂直作用在单位面积上的力（压应力）
在SI制单位中压强的单位是N/m2，称为帕斯卡， 以Pa表示。
注意：用液柱高度表示压强时，必须指明流体的 种类。
标准大气压有如下换算关系： 1atm = 1.013×105Pa =760mmHg
=10.33mH2O=1.033kg/cm2=1.013bar 1at=9.807×104Pa=735.6mmHg=10mH2O
为斜管压差计， 用以放大读数，提高测量精度。
R 与 R 的关系为 R' R
sin
式中α为倾斜角，其值越小，则读数放大倍数
越大。
19
第1节 流体静力学
(4) 双液体U管压差计（微差压差计） 内装密度接近但不互溶的两种指示液
A和C（ A C），扩大室内径与U管内径 之比应大于10。
p1－p2≈（pA－pB）gR
16
第1节 流体静力学
三、流体静力学基本方程的应用
1．压强及压强差的测量 (1) U管压差计
p1p2(AB)gR
A－指示液 B－被测液体
A B
17
第1节 流体静力学
(2)倒U形压差计
p 1 p 2 R (B g A ) RB g
A－指示液 B－被测液体
A B
18
第1节 流体静力学
(3)斜管压差计 当所测量的流体压强差较小时，可将压差计倾斜放置，即

工程流体力学课件-第一章

工程流体力学课件-第一章

二、流体力学在石油化工工业中的应用
流体力学是一门重要的工程学科，它的应用几乎遍及国民经济的各个部门， 尤其在石油工程和石油化工工业中，流体力学是其重要的理论核心之一。
在石油工业中 ，用到流体力学原理分析流体在管内的流动规律，压力、阻 力、流速和输量的关系，据此设计管径，校核管材强度，布置管线及选择泵的类 型和大小，设计泵的安装位置等；在校核油罐和其他储液容器的结构强度，估算 容器、油槽车、油罐的装卸时间，解释气蚀、水击等现象 。
实验方法的优点是能直接解决生产中的复杂问题，能发现流动中的新现象。
它的结果往往可作为检验其他方法是否正确的依据。这种方法的缺点是对不同 情况，需作不同的实验，也即所得结果的普适性较差。
3 、数值计算方法
数值计算方法是按照理论分析方法建立数学模型，在此基础上选择合理 的计算方法，如有限差分法、特征线法、有限元法、边界元法、谱方法等，将 方程组离散化，变成代数方程组，编制程序，然后用计算机计算，得到流动问 题的近似解。数值计算方法是理论分析法的延伸和拓展。
两板间流体沿y方向的速度呈线性分布。
上面的现象说明，当流体中发生了层与层之间的相对运动时，速度快的流层对 速度慢的流层产生了一个拉力使它加速，而速度慢的流层对速度快的流层就有 一个阻止它向前运动的阻力，拉力和阻力是大小相等方向相反的一对力，分别 作用在两个流体层的接触面上，这就是流体黏性的表现，这种力称为内摩擦力 或黏性力。
体积弹性模量：在工程上流体的压缩性也常用p的倒数即体积弹性模量来描述
E 1 dp
p dV /V
2．可压缩流动与不可压缩流动
流体的压缩性及相应的体积弹性模量是随流体的种类、温度和压力而变化 的。当压缩性对所研究的流动影响不大，可以忽略不计时，这种流动成为不可 压缩流动，反之称为可压缩流动。通常，液体的压缩性不大，所以工程上一般 不考虑液体的压缩性，把液体当作不可压缩流体来处理。当然，研究一个具体 流动问题时，是否考虑压缩性的影响不仅取决于流体是气体还是液体，而更主 要是由具体条件来决定。

流体力学完整1章PPT课件

流体力学完整1章PPT课件

第一阶段（16世纪以前）：流体力学形成的萌芽阶段 第二阶段（16世纪文艺复兴以后-18世纪中叶）流体力
学成为一门独立学科的基础阶段 第三阶段（18世纪中叶-19世纪末）流体力学沿着两个
方向发展——欧拉、伯努利 第四阶段（19世纪末以来）流体力学飞跃发展
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4
第一阶段（16世纪以前）：流体力学形成的萌芽阶段
1686年 牛顿——牛顿内摩擦定律
1738年 伯努利——理想流体的运动方程即伯努利方程
1775年 欧拉——理想流体的运动方程即欧拉运动微分 方程
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8
帕斯卡
发现帕斯卡定律，指封闭容器中 的静止流体的某一部分发生的压 强变化，将毫无损失地传递至流 体的各个部分和容器壁压强等于 作用力除以作用面积。根据帕斯 卡原理，在水力系统中的一个活 塞上施加一定的压强，必将在另 一个活塞上产生相同的压强增量。 如果第二个活塞的面积是第一个 活塞的面积的10倍，那么作用 于第二个活塞上的力将增大为第 一个活塞的10倍，而两个活塞 上的压强仍然相等。水压机就是 帕斯卡原理的实例。它具有多种 用途，如液压制动等。
流体力学
建筑环境与设备工程专业 王浩 2010-8
可编辑课件
1
绪论
流体力学是研究流体机械运动规律及其 应用的科学，是力学的一个重要分支。
流体力学研究的对象——液体和气体。
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2
流体力学发展简史 流体力学的研究方法 作用在流体上的力 流体的主要力学性质 流体力学的模型
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3
流体力学发展简史
理论 1823年纳维，1845年斯托克斯分别提出粘性流体运
动方程组（N-S方程）
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流体力学课件(全)

流体力学课件(全)
X 1 p 0 x
Y 1 p 0 y
欧拉平衡方程
Z 1 p 0 z
p p( , T )
t
1 V V T p
1 V V p T
p p(V , T )
1 t T p
p
p
1 p T
V
p y = pn pz = pn
px = p y = pz = pn = p
28/34
第二章
流体静力学
§1 静压强及其特性 §2 流体静力学平衡方程 §3 压力测量 §4 作用在平面上的静压力 §5 作用在曲面上的静压力 §6 物体在流体中的潜浮原理
29/34
§2流体静力学平衡方程
通过分析静止流体中流体微团的受力，可以建立 起平衡微分方程式，然后通过积分便可得到各种不同 情况下流体静压力的分布规律。 why 因此，首先要建立起流体平衡微分方程式。 现在讨论在平衡状态下作用在流体上的力应满足 的关系，建立平衡条件下的流体平衡微分方程式。
《流体力学》
汪志明教授
5/24
第一章 流体的流动性质
§1 流体力学的基本概念
§2 流体的连续介质假设 §3 状态方程 §4 传导系数 §5 表面张力与毛细现象
《流体力学》
汪志明教授
6/24
§2 流体的连续介质假设
虽然流体的真实结构是由分子构成，分子间有一定的孔隙，但流 体力学研究的并不是个别分子微观的运动，而是研究大量分子组成的 宏观流体在外力的作用下所引起的机械运动。 因此在流体力学中引入连续介质假设：即认为流体质点是微观上 充分大，宏观上充分小的流体微团，它完全充满所占空间，没有孔隙 存在。这就摆脱了复杂的分子运动，而着眼于宏观机械运动。

大学流体力学课件5——第一章流体的基本概念(粘性)

大学流体力学课件5——第一章流体的基本概念(粘性)
粘性的定义


牛顿内摩擦定律
粘度


粘温特性
牛顿流体
§1-2
流体的主要物理性质
二、粘性
1. 粘性的定义
现象： # 手粘油或水，感觉不同； # 油加温，变稀，易流
# 右图:下盘转动,会带动上盘
§1-2
流体的主要物理性质
二、粘性 1.粘性的定义
一般分析：
定义：
流体内部质点间或流层间因相对运动而产生 内摩擦力，以反抗相对运动的性质。
流体的主要物理性质
二、粘性
3. 粘度 粘性大小的度量 (2) ：运动粘度
量纲和单位：
国际单位制:
物理单位制:
工程单位制:
例: 机械油的牌号 液压油 20#: N32:
§1-2
流体的主要物理性质
二、粘性
3. 粘度 粘性大小的度量 (3) 相对粘度
恩氏粘度计
恩氏粘度
§1-2
流体的主要物理性质
二、粘性
间隙中速度梯度近似按线性分布处理; 计算过程中注意单位统一; 作业中应作图,并分析
§1-2
流体的主要物理性质
二、粘性
4.粘～温, 粘～压特性
一般
粘温特性是工程液体的重要技术参量 粘性阻力的微观机理： 分子引力产生粘阻 (液体中为主) 分子动量交换产生粘阻 (气体中为主)
§1-2
流体的主要物理性质
流体力学中分两步走的研究方法: 分析无粘性流体模型 ----→初步运动规律
考虑粘性影响修正
----→实际运动规律
§1-2
流体的主要物理性质 小 结
二、粘性
0. 粘性是流体区别于固体的重要特性
是产生流动阻力的内因
1. 粘性：流体质点间可流层间因相对运动而产生 摩擦力以反抗相对运动的性质 2. 牛顿内摩擦定律反映粘性的数值关系 3. 粘度是粘性的度量 4. 符合牛顿内摩擦定律的流体为牛顿流体 5. 不考虑粘性的流体称为理想气体

武汉理工大学《流体力学》课件1 绪论(共68张PPT)

武汉理工大学《流体力学》课件1 绪论(共68张PPT)
(2) 由流体质点相对运动形成流体元的旋转和变形运动。
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

(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。

流体力学课件4第一章流体的基本概念(惯性)


无量纲
ρ H O = 1000 kg m 3
2
S H 2O = 1 S Hg
ρ Hg = 13600 kg m 3
3 = γ 9800 N m H 2O 3 = γ 133416 N m Hg
Hale Waihona Puke ⇒ = 13.6
§1-2 流体的主要物理性质
小 结 一、惯性 物体维持原有运动状态的性质
第一章 流体的基本概念
流体的基本概念 流体的特征 连续介质的概念 流体的主要物理性质 惯性 粘性 压缩性 表面张力
第一章 流体的基本概念
§1-2 流体的主要物理性质
一、惯性 二、粘性 三、压缩性 四、表面张力
§1-2 流体的主要物理性质 一、惯性(Inertia) 物体维持原有运动状态的性质，即牛顿第一定律； 惯性的度量是质量。质量大惯性就大，反之亦然。 下面介绍几个代表流体惯性(质量性质)的几个基 本概念，它们互有区别又互相联系。
1.密度 单位体积流体所具有的质量 2.重度 单位体积流体所具有的重量 3.比重 物体质量与同体积、 4 ℃蒸馏水的质量之比
W γ = V
F [γ ] = 3 L
N/m
3
密度和重度的关系： 由
F = ma ⇒ γ V = ρVg ⇒ γ =ρg
§1-2 流体的主要物理性质
一、惯性 3. 比重 (Specific gravity) 物体质量与同体积，4 ℃蒸馏水的质量之比
m ρV ρ = = S= m w ρ wV ρ w
§1-2
流体的主要物理性质
一、惯性 1. 密度 单位体积流体所具有的质量 非均质流体： ρ = lim 均质流体 ： 量纲和单位
∆m dm = dV ∆V →0 ∆V

流体力学课件


17世纪中叶——18世纪中叶：1687年牛顿的黏性流体 内摩擦定律 1738年伯努利<<水动力学>>,基本概念 1755年欧拉<<流体运动的一般原理>>,理流方程 第三阶段：沿着古典流体力学和水力学两条道路发展 （18世纪中叶——19世纪末）
古典流体力学： 欧拉提出 理想流体 1826年 纳维提出黏性流体运动微分方程 水力学： 达西与魏斯巴赫 沿程水头损失公式 第四阶段：发展成为近代流体力学阶段（19世纪末至今） 理论与实验密切结合： 雷诺于1882年提出相似原理加速理论与实验的结 合、理论与生产实践密切联系： 1904年普朗特提出光辉的边界层理论
P
N N τ
2、特性二：静压强的大小与作用面方向无关，或说作 用于同一点上各方向的静压强大小相等。 证明： z C dz △py A x △pn △px dy B y
（1）作用力 ① 表面力：
0 dx
△pz
1 p x p x SOBC p x dydz 2 1 p y p y SOAC p y dxdz 2 1 p z p z SOAB p Z dxdy 2 p n p S ABC
pN d‘
N O’ d c‘ dx
1 p 0 化简得： X x
同理：
a
1 p Y 0 y
1 p Z 0 z
z dz
b‘
M
b pM dy
c y
0
x
上式用向量表示： f
1

p 0
该方程表明：静止流体中各点单位质量流体 所受质量力和表面力平衡。 2、平衡微分方程的全微分式：
b‘
b p M
c y

《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
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经典流体力学的奠基人，1755年发表《流体 运动的一般原理》，提出了流体的连续介质模 型，建立了连续性微分方程和理想流体的运动 微分方程，给出了不可压缩理想流体运动的一 般解析方法。他提出了研究流体运动的两种不 同方法及速度势的概念，并论证了速度势应当 满足的运动条件和方程。
流体力学的西方史
流体力学的西方史
阿基米德（Archimedes，公元前287－212） 欧美诸国历史上有记载的最早从事流体力学 现象研究的是古希腊学者阿基米德，在公元 前250年发表学术论文《论浮体》，第一个阐 明了相对密度的概念，发现了物体在流体中 所受浮力的基本原理──阿基米德原理。
帕斯卡（B.Pascal,1623-1662），法国著名的数 学家、物理学家、哲学家和散文家。主要贡献是在 物理学上，提出了密闭流体能传递压强的原理--帕 斯卡原理，并以其名字命名压强单位。
流体力学的西方史
牛 顿（1642—1727） 英国伟大的数学家、物理学家、天文学家和自 然哲学家。1642年12月25日生于英格兰林肯郡 格兰瑟姆附近的沃尔索普村，1727年3月20日在 伦敦病逝。 牛顿在科学上最卓越的贡献是微积分和经典力 学的创建。牛顿的成就，恩格斯在《英国状况十 八世纪》中概括得最为完整："牛顿由于发明了 万有引力定律而创立了科学的天文学，由于进行 了光的分解而创立了科学的光学，由于创立了二 项式定理和无限理论而创立了科学的数学，由于 认识了力的本性而创立了科学的力学"。
研究方法
理论研究方法:理论方法是通过对液体物理性质和流动特性的科学抽象提 出合理的理论模型。根据机械运动的普遍规律，建立控制液体运动的闭 合方程组，将原来的具体流动问题转化为数学问题，在相应的边界条件 和初始条件下求解。理论研究方法的关键在于提出理论模型，并能运用 数学方法求出理论结果，达到揭示液体运动规律的目的。但由于数学上 的困难，许多实际流动问题还难以精确求解。
实验研究方法: 根据实际问题利用相似理论建立实验模型 选择流动介质 设备包括风洞、水槽、水洞、激波管、测试管系等
数值计算方法 ：数值方法是在计算机应用的基础上，采用各种离散化方 法（有限差分法、有限元法等），建立各种数值模型，通过计算机进行 数值计算和数值实验，得到在时间和空间上许多数字组成的离散解，最 终获得定量描述流场的数值解。近二三十年来，这一方法得到很大发展， 已形成专门学科——计算流体力学。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ 流体力学在中国
周培源(1902－1993)
江苏宜兴人。理论物理学家、流体力学家，教育 家，主要从事流体力学中的湍流理论和广义相对论中 的引力论的研究，奠定了湍流模式理论的基础，初步 证实广义相对论引力论中座标有关的重要论点。
吴仲华（Wu Zhonghua）
中国工程热物理学家。中国科学院院士。 原籍江苏苏州市， 在1952年发表的《在轴流式、 径流式和混流式亚声速和 超声速叶轮机械中的三元流普遍理论》和在1975年发表的 《使用非正交曲线坐标的叶轮机械三元流动的基本方程及 其解法》两篇论文中，建立了叶轮机械三元流理论，至今 仍是国内外叶轮机械设计计算的主要依据。
第一节 流体力学的发展简史
流体力学在中国
水利风力机械 在中国古代，以水为动力的简单机械就有了发展，例如用水轮提水， 或通过简单的机械传动去碾米、磨面等。东汉杜诗任南阳太守时（公元 37年）曾创造水排（水力鼓风机），利用水力，通过传动机械，使皮制 鼓风囊连续开合，将空气送入冶金炉，较西欧约早了一千一百年。
流力 第一章
课程安排
学时数： 48 课程性质：专业基础课
参考书： （1）丁祖荣《流体力学》高等教育出版社. 2003 （2）Y. C. Fung. A first Course in Continuum Mechanics. ( Third
Edition) 2005. （3）John D. Anderson, Jr. Fundamentals of Aerodynamics
研究对象：流体(Fluid)。包括液体和气体。 液体——无形状，有一定的体积；不易压缩，存在自由（液）面。 气体——既无形状，也无体积，易于压缩。
研究任务： 研究流体所遵循的宏观运动规律以及流体之间或流体与
固体之间的相互作用力，研究流动过程中动量、能量和质 量的传输规律，并将它们运用到解决工业、科研和生活中 的各种问题。
流体力学在中国
钱学森
钱学森（1911－2009）浙江省杭州市人， 他在火 箭、导弹、航天器的总体、动力、制导、气动力、 结构、材料、计算机、质量控制和科技管理等领域 的丰富知识，为中国火箭导弹和航天事业的创建与 发展作出了杰出的贡献。最著名的就是卡门-钱学 森公式，利用这个公式可直接根据翼型对不可压缩 流中的压力系数进行可压缩性修正。
(Fourth Edition). 2005. （4）Frank. M. White. Fluid Mechanics (Fifth Edition). 2003.
任课教师：马峰
kang@c.n 13520294068 68911649
引 言 (INTRODUCTION)
流体力学： 宏观力学。 Fluid Mechanics, Fluid Hydrodynamics， Hydrodynamics
流体力学的西方史
伯努利（D.Bernoulli，1700－1782） 瑞士科学家 在1738年出版的名著《流体动力学》 中，建立了流体位势能、压强势能和 动能之间的能量转换关系──伯努利方 程。在此历史阶段，诸学者的工作奠 定了流体静力学的基础，促进了流体 动力学的发展。
流体力学的西方史
欧 拉（L.Euler，1707－1783）
莱昂哈德·欧拉是瑞士数学家和物理学家。 他被一些数学史学者称为历史上最伟大的两位 数学家之一（另一位是高斯）。欧拉是第一个 使用“函数”一词来描述包含各种参数的表达 式的人，欧拉是有史以来最多产的数学家，他 的全集共计75卷。欧拉实际上支配了18世纪的 数学，对于当时新发明的微积分，他推导出了 很多结果。