流体及其主要物理性质
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前言流体力学是力学的一门重要分支。
它是运用力学中的基本规律,研究流体平衡及其运动规律的一门学科。
这门课侧重于流体力学在工程实际中的应用,而对于我们专业来讲,则主要是研究流体力学中的不可压缩流体的平衡及运动规律部分,因为我们经常会遇到的有关水面舰艇、潜艇及鱼雷的运动问题,都是在海水中进行的,而我们一般认为海水的密度为常数,即海水为不可压缩流体。
关于流体的压缩性(可压或不可压),我们在下一节中再详细阐述。
下面就流体力学的发展简史,它的研究方法和内容,这门课程在本专业中的地位与作用等三方面的问题进行说明。
1、流体力学的发展简史流体力学成为一门完整的学科,是经历了一个漫长的历史过程。
人类最早对流体的认识是从供水、灌溉、航行等方面开始的。
例如我国古代传说中的大禹治水的故事及李冰父子在四川修建的都江堰水利工程都是劳动人民利用流体的知识去改造大自然的光辉范例。
在流体力学领域中,最早的一部科学著作是公元前250年由阿基米德所著的《论浮体》,书中精确的给出了著名的“阿基米德原理”,但在这之后的相当长时间里,流体力学几乎没有什么显著进展。
随着欧洲资本主义萌芽的产生,到十七世纪末流体力学又有了许多成就,托里拆利的孔口出流公式、巴斯卡原理、牛顿内摩擦定律等都是当时在流体力学领域内取得的成就,但这些成就都是离散的,孤立的,还不足以使流体力学发展成为独立的学科体系。
流体力学成为独立的一门学科是开始于十八世纪伯诺利(D.Bernonlli)方程和欧拉(L.Euler)方程的建立,十九世纪初期和中期,纳维埃(L.Navier)和斯托克斯(G..G..Stocks)发表了非常著名的粘性流体的运动方程式(即N-S方程)。
十九世纪末,雷诺(O.Regnolols)发现了流体的两种完全不同的流动状态,即层流和紊流。
二十世纪以来,这门科学的发展很快,库塔(W.M.Kutta)和儒可夫斯基(H.E.Joukowski)发表了机翼的升力理论,为航空事业的发展奠定了坚实的理论基础,普朗特(L.Prardtl)提出了边界层理论,这些理论对流体力学开始脱离经典式的理论研究而与工程实际相结合起着很大的作用。
流体力学总结第一章流体及其物理性质1. 流体:流体是一种受任何微小剪切力作用都能连续变形的物质,只要这种力继续作用,流体就将继续变形,直到外力停顿作用为止。
流体一般不能承受拉力,在静止状态下也不能承受切向力,在任何微小切向力的作用下,流体就会变形,产生流动 2. 流体特性:易流动(易变形)性、可压缩性、粘性 3. 流体质点:宏观无穷小、微观无穷大的微量流体。
4. 流体连续性假设:流体可视为由无数连续分布的流体质点组成的连续介质。
稀薄空气和激波情况下不适合。
5. 密度0limV m m V V δδρδ→==重度0lim V G Gg V Vδδγρδ→===比体积1v ρ=6. 相对密度:是指*流体的密度与标准大气压下4︒C 时纯水的密度〔1000〕之比w wS ρρρ=为4︒C 时纯水的密度13.6Hg S = 7. 混合气体密度1ni ii ρρα==∑8. 体积压缩系数:温度不变,单位压强增量引起的流体体积变化率。
体积压缩系数的倒数为体积模量1P PK β=9. 温度膨胀系数:压强不变,单位温升引起的流体体积变化率。
10. 不可压缩流体:流体受压体积不减少,受热体积不膨胀,密度保持为常数,液体视为不可压缩流体。
气体流速不高,压强变化小视为不可压缩流体 11. 牛顿内摩擦定律:du dyτμ=黏度du dyτμ=流体静止粘性无法表示出来,压强对黏度影响较小,温度升高,液体黏度降低,气体黏度增加μυρ=。
满足牛顿内摩擦定律的流体为牛顿流体。
12. 理想流体:黏度为0,即0μ=。
完全气体:热力学中的理想气体第二章流体静力学1. 外表力:流体压强p 为法向外表应力,内摩擦τ是切向外表应力〔静止时为0〕。
2. 质量力〔体积力〕:*种力场对流体的作用力,不需要接触。
重力、电磁力、电场力、虚加的惯性力 3. 单位质量力:x y z Ff f i f j f k m==++,单位与加速度一样2m s 4. 流体静压强:1〕流体静压强的方向总是和作用面相垂直且指向该作用面,即沿着作用面的内法线方向2〕在静止流体内部任意点处的流体静压强在各个方向都是相等的。
(精编)⼯程流体⼒学课后答案(精编)⼯程流体⼒学(袁恩熙著) ⽯油⼯业出版社课后答案流体及其主要物理性质1-1.轻柴油在温度15oC时相对密度为0.83,求它的密度和重度。
解:4oC时相对密度:所以,1-2.⽢油在温度0oC时密度为1.26g/cm3,求以国际单位表⽰的密度和重度。
解:1-3.⽔的体积弹性系数为1.96×109N/m2,问压强改变多少时,它的体积相对压缩1%?解:1-4.容积4m3的⽔,温度不变,当压强增加105N/m2时容积减少1000cm3,求该⽔的体积压缩系数βp和体积弹性系数E。
解:1-5.⽤200L汽油桶装相对密度为0.70的汽油,罐装时液⾯上压强为1个⼤⽓压,封闭后由于温度变化升⾼了20oC,此时汽油的蒸⽓压为0.18⼤⽓压。
若汽油的膨胀系数为0.0006oC-1,弹性系数为14000kg/cm2。
试计算由于压⼒及温度变化所增减的体积?问灌桶时每桶最多不超过多少公⽄为宜?解:E=E’·g=14000×9.8×104PaΔp=0.18at所以,从初始状态积分到最终状态得:另解:设灌桶时每桶最多不超过V升,则(1⼤⽓压=1Kg/cm2)V=197.6升dV t=2.41升dV p=2.52×10-3升G=0.1976×700=138Kg=1352.4N1-6.⽯油相对密度0.9,粘度28cP,求运动粘度为多少m2/s?解:1-7.相对密度0.89的⽯油,温度20oC时的运动粘度为40cSt,求动⼒粘度为多少?解:ν=40cSt=0.4St=0.4×10-4m2/sµ=νρ=0.4×10-4×890=3.56×10-2Pa·s1-8.图⽰⼀平板在油⾯上作⽔平运动,已知运动速度u=1m/s,板与固定边界的距离δ=1,油的动⼒粘度µ=1.147Pa·s,由平板所带动的油层的运动速度呈直线分布,求作⽤在平板单位⾯积上的粘性阻⼒为多少?解:1-9.如图所⽰活塞油缸,其直径D=12cm,活塞直径d=11.96cm,活塞长度L=14cm,油的µ=0.65P,当活塞移动速度为0.5m/s时,试求拉回活塞所需的⼒F=?解:A=πdL,µ=0.65P=0.065Pa·s,Δu=0.5m/s,Δy=(D-d)/2第⼀章流体静⼒学2-1.如图所⽰的U形管中装有⽔银与⽔,试求:(1)A、C两点的绝对压⼒及表压各为多少?(2)A、B两点的⾼度差为多少?解:①p A表=γh⽔=0.3mH2O=0.03at=0.3×9800Pa=2940Pap A绝=p a+p A表=(10+0.3)mH2O=1.03at=10.3×9800Pa=100940Pap C表=γhg h hg+p A表=0.1×13.6mH2O+0.3mH2O=1.66mH2O=0.166at=1.66×9800Pa=16268Pa p C绝=p a+p C表=(10+1.66)mH2O=11.66mH2O=1.166at=11.66×9800Pa=114268Pa②30cmH2O=13.6hcmH2Oh=30/13.6cm=2.2cm题2-2题2-32-2.⽔银压⼒计装置如图。