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流体力学第一章 演示文稿

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[PPT模板]第一章流体力学

[PPT模板]第一章流体力学
13
1.2 流体流动能量平衡 1.2.1 稳定流动热力学体系的概念
热力体系：指某一由周围边界所限定的空间内的所有 物质。边界外部称为外界。
无交换时
封闭体系
物质交换时
开口体系
稳定流动：流体在各个截面上的状态对外热量交换、 功交换都不随时间改变，并且同时期内流过任何截面 上的流量均相等。
14
1.2.2 稳定流动体系的能量平衡
牛顿内摩擦定律（牛顿黏性定律）
适用于空气、水、大多数油、牛奶等稀溶液液体流体。
6
τ μ du dy
牛顿流体（Newtonian fluid）切应力与 速度梯度的关系完全符合牛顿黏性定律的流体。 黏度 μ τ 是常数，是流体的性质。
du/dy 非牛顿流体（non-Newtonian fluid）
设在一定时间内进出体系的液体质量为m，若忽略电 能和化学能，则输入和输出体系的能量有：
1.位能 mgz
2.动能 mu2/2
3.内能 单位质量流体所含的内能为e 则质量为m的流体内
能E=me
1`
4.流动功 (压力能) pv,mpv
z1 1
w
Q
2`
2 z2
15
5.外功
功的输入 功的输出
外界对体 系作功
39
u2
g(z1 z2 ) 2.1
9
.
8
1( 8 2.1

3
)

4.83m/s
qv

π 4
d 2u2
0.785 0.042 4.83
6.07103m3/s
(2) 若水的流量增加30% ，则
u2 1.3 4.83m/s 6.28m/s

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
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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 1章讲稿

流体力学 1章讲稿

第一章 数学基础知识§1.1 场论一.物理量场: 充满物理量的空间。

充满流体的空间称为流场。

流体的物理量ρ、v 、p …构成密度、速度、压力场…, 如ρ、p 、浓度c 等构成标量场, 速度V 等构成矢量场，因此流场是复合参数场。

由时间t 、空间点及其对应的物理量确定的函数为场函数。

标量场、矢量场函数: φ＝φ(r ,t)＝φ(x,y,z,t)a ＝a (r ,t)＝a (x,y,z,t) 定常场: 场函数与时间t 无关, 反之为非定常场φ＝φ(r )＝φ(x,y,z) a ＝a (r )＝a (x,y,z) 0=∂∂t φ 0=∂∂ta均匀场: 场函数为常数, 反之为非均匀场。

流体的连续性模型认为，流场中各空间点充满流体，且各点、各物理参数存在连续的各阶导数。

二.Green-Gauss 公式（对于连续场）⎰⎰⎰⎰⎰⋅=∂∂+∂∂+∂∂A zy x dA d za y a x a a n ττ)(二维时 dL dA ya x a L yA x ⎰⎰⎰∙=∂∂+∂∂a n )(推广的Green-Gauss 公式有⎰⎰⎰⎰⎰=∂∂+∂∂+∂∂A dA d zy x φτφφφτn k j i )(⎰⎰⎰⎰⎰⨯=∂∂-∂∂+∂∂-∂∂+∂∂-∂∂A x y z x y z dA d ya x a x az a z a y a a n k j i ττ)()()(三 梯度、散度与旋度1) 方向导数: 物理量φ场在M 点上沿L 方向的方向导数为L ∂∂φ=')()'(lim 0'MM M M MM φφ-→=)^cos(x L x ∂∂φ+)^cos(y L y ∂∂φ+)^cos(z L z ∂∂φ=(x ∂∂φI +y∂∂φj +z ∂∂φk )·l式中l 为沿L 方向的单位矢量。

2) 标量场的梯度grad φ: 标量场φ的梯度为上式括号中的矢量微分算式，为确定的矢量。

流体力学第1章绪论幻灯片PPT

流体力学第1章绪论幻灯片PPT
流体力学第1章绪论幻灯片 PPT
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1.1 流体力学的研究对象及意义
1.1.1 研究对象 流体(Fluid),包括液体(Liquid)和气体(Gas)。
江苏科技大学
1.1.3 工程应用
流体力学已广泛用于国民经济的各个领域。
在水利建设中：如防洪、灌溉、航运、水力发电、河道整治等；
在航空航天中：如航天飞机、人造卫星等;
在国民经济的其他技术部门中：如机械工程中的润滑、液压传动； 船舶的行波阻力；市政工程中的通风、通水，高层建筑的受风作用； 铁路、公路隧道中的压力波传播、汽车的外形与阻力的关系；血液在 人体内的流动；污染物在大气中的扩散等。
得到很大发展，已形成专门的学科 ——计算流体力学。
1.1 流体力学的研究对象及意义
江 苏 科 技大 学
5）流体力学的发展史
流体力学的萌芽，是自距今约2200年希腊学者阿基米德的《论浮 体》一文开始的。他对静止流体的性质作了第一次科学总结。
流体力学的主要发展，是从牛顿时代开始的，1687年牛顿的名著 《原理》讨论了流体的阻力、波浪运动等问题，使流体力学开始变为力 学中的一个独立分支。此后，流体力学的发展主要经历了四个阶段：
4、二十世纪六十年代以后，由于计算机的发明与普及，出现了在理论 分析和实验观察的基础上拟定计算方案，利用计算机编程求解数值解的 流体力学研究方法，即“计算流体力学“。现代测量技术如激光测速仪 等的应用和计算机在实验数据的监测、采集等中的应用，都促进了工程 流体力学的发展。

流体力学基础 ppt课件

流体力学基础 ppt课件
➢流体介质是由连续的质点组成的；
➢质点运动过程的连续性。
流体的压缩性
不可压缩流体：流体的体积如果不随压力及温度变 化，这种流体称为不可压缩流体。
可压缩流体：流体的体积如果随压力及温度变化， 则称为可压缩流体。
实际上流体都是可压缩的，一般把液体当作不 可压缩流体；气体应当属于可压缩流体。但是，如 果压力或温度变化率很小时，通常也可以当作不可 压缩流体处理。
1.3 压强
垂直作用于流体单位面积上的力，称为流体的压强， 简称压强。习惯上称为压力。垂直作用于整个面上的 力称为总压力。
在静止流体中，从各方向作用于某一点的压强大小 均相等。
压强的单位: ❖ 帕斯卡, Pa, N/m2 (法定单位); ❖ 标准大气压, atm; ❖ 某流体液柱高度; ❖ bar（巴）或kgF/cm2等。
m v
（1-1）
式中 ρ —— 流体的密度，kg/m3；
m —— 流体的质量，kg；
v —— 流体的体积，m3。
不同的流体密度是不同的，对一定的流体，密度是压力p和 温度T的函数，可用下式表示 ：
f(p,T)
（1-2）
液体的密度随压力的变化甚小（极高压力下除外），可忽略
不计，但其随温度稍有改变。气体的密度随压力和温度的变化
解： 首先将摄氏度换算成开尔文：
100℃＝273+100=373K
1)求干空气的平均分子量：
Mm = M１y1 + M2y2 + … + Mnyn
=32 × 0.21+28 ×0.78+39.9 × 0.01
=28.96
气体的平均密度为：
T0p 0 Tp0
即
2 2..4 6 8 9 2 3 2 7 7 1 9 .8 3 3 .3 0 1 1 1 1 4 30 0 0 .9k2 /g m 3

流体力学(共64张PPT)

流体力学(共64张PPT)

1) 柏努利方程式说明理想流体在管内做稳定流动，没有
外功参加时，任意截面上单位质量流体的总机械能即动能、
位能、静压能之和为一常数，用E表示。
即：1kg理想流体在各截面上的总机械能相等，但各种形式的机
械能却不一定相等，可以相互转换。
2) 对于实际流体，在管路内流动时，应满足：上游截面处的总机械能大于下游截面
p g 1z12 u 1 g 2W g ep g 2z22 u g 2 2g hf
JJ
kgm/s2
m N
流体输送机械对每牛顿流体所做的功
令
HeW ge,
Hf ghf
p g 1z12 u 1 g 2H ep g 2z22 ug 2 2 H f
静压头
位压头
动压头 泵的扬程（ 有效压头） 总压头
处的总机械能。
22
3)g式中z各、项 的2u 2物、理 意p 义处于g 某Z 个1 截u 2 1 面2上的p 1流 W 体e本 身g Z 所2具u 有2 22 的 能p 量2 ; hf
We和Σhf： 流体流动过程中所获得或消耗的能量〔能量损失〕;
We：输送设备对单位质量流体所做的有效功;
Ne：单位时间输送设备对流体所做的有效功，即有效功率;
u2 2
u22 2
u12 2
p v p 2 v 2 p 1 v 1
Ug Z 2 u2 pQ eW e
——稳定流动过程的总能量衡算式 18
UgZ 2 u2pQ eW e
2、流动系统的机械能衡算式——柏努利方程
1) 流动系统的机械能衡算式〔消去△U和Qe 〕
UQ'e vv12pdv热力学第一定律
26
五、柏努利方程应用
三种衡算基准

第1章流体力学基本知识-PPT精品

ρ1u1dω1dt＝ρ2u2dω2dt 或 ρ1u1dω1＝ρ2u2dω2
从元流推广到总流，得：
1u1d1 2u2d2
1
2
由于过流断面上密度ρ为常数，以
带入上式，得：
ρ1Q1 ＝ρ2 Q2 Q＝ωv
ρ1ω1v 1＝ρ2ω2v 2
（1－11） （1－11a）
单位时间内通过过流断面dω的液体体积为 udω ＝dQ
4.流量：单位时间内通过某一过流断面的流体 体积。一般流量指的是体积流量，单位是 m3/s或L/s。
5.断面平均流速：断面上各点流速的平均值。 通过过流断面的流量为
Qvud
断面平均流速为：
v

ud


Q
建筑设备工程
第一章 流体力学基本知识 第1节 流体的主要物理性质 第2节 流体静压强及其分布规律 第3节 流体运动的基本知识 第4节 流动阻力和水头损失 第5节 孔口、管嘴出流及两相流体简介
本章介绍流体静力学，流体动力学，流体运动 的基本知识，流体阻力和能量损失，通过本章 的学习可以对流体力学有一个大概的了解，但 讲到的内容是很基础的。
确定流体等压面的方法，有三个条件：
必须在静止状态；在同一种流体中； 而且为连续液体。
2.分析静止液体中压强分布：
静止液体中压强分布
分析铅直小圆柱体，作用于轴向的外力有： 上表面压力
分析铅直小圆柱体，作用于轴向的外力有： 下底面的静水压力
分析铅直小圆柱体，作用于轴向的外力有： 柱体重力
静压。 rv2/2g－－工程上称动压。
p12vg12 p22vg22h12
p ＋ rv2/2g－－过流断面的静压与动 压之和，工程上称全压。

(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-(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

流体力学课件第一章课件


其中： h——两平板间的距离，A——平板面积。 若对上板施加力 F ，并使上板以速度 U 保持匀速直线运 动，则内摩擦力T = F。通过牛顿平板实验得出：
因流体质点粘附于固体壁上，故下板上流体质点的速度 为零，紧贴上板的液体质点速度为 U。当 h及 U不太大时， 板间沿法线方向的点流速可看成线性分布，即：
3、假塑性流体
图（3）所示它的粘度
（ η ）随着速度梯度 du/dy 的增长而增大 。
本课程只讨论牛顿流体，牛顿内摩擦定律 只适用于牛顿流体，不适用于非牛顿流体。非 牛顿流体是流变学的研究对象。
的又一特征，即流体的压缩性和膨胀性。
一、流体的压缩性
1．体积压缩系数βp
βp反映流体的压缩性，当温度不变时βp为：

V / V V p p V p
即单位压强变化所引起的流体体积的相对变化率，
βp的单位是m2/N, 是压力单位的倒数。
上式表明，对于同样的压力增量， βp 大的流体，
二、流体的膨胀性
流体膨胀性用单位温升所引起的体积变化率表 温度膨胀系数由下式确定：
示。称为温度膨胀系数，用βT表示。当压力不变时，

T
V / V V T VT
式中 δT 为温度的增量， δV/V 是流体的体积相 对变化率。由于温度升高，体积膨胀，故 δT 与 δV 同号。βT的单位是1/K或1/℃。
类型：
１．塑性流体，（图（2）所示）在 产生连续变形前有一屈服应力， 在屈服应力后的应力与速度梯度 du/dy间存在线性关系。 （ 即η=μ,K=τ0 ）牙膏的变形就属 于这种性质。
２、胀塑性流体（图（4）所示）它
的粘度（ η ）随着速度梯度 du/dy 的增长而降低，粘土浆和纸浆都 属于这类流体。
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1·1流体力学的性质任务与发展简史
在我国，水利事业的历史十分悠久:
4000多年前的 “大禹治水”的故事——顺水之性，治水须引 导和疏通。
流体力学的主要发展是从牛顿时代开始的，1687年牛顿在 名著《自然哲学的数学原理》中讨论了流体的阻力、波浪运动， 等内容，使流体力学开始成为力学中的一个独立分支。此后，流 体力学的发展主要经历了三个阶段：
1. 伯努利所提出的液体运动的能量估计及欧拉所提出的液体运动的 解析方法，为研究液体运动的规律奠定了理论基础，从而在此基 础上形成了一门属于数学的古典“水动力学”（或古典“流体力 学”）。
1·1·1、流体力学概念
流体力学是力学的一个独立分支，是一门研究
流体的平衡和流体机械运动规律及其实际应用的技
术科学。
流体力学所研究的基本规律，有两大组成部分。
一是关于流体平衡的规律，它研究流体处于静止
（或相对平衡）状态时，作用于流体上的各种力之
间的关系，这一部分称为流体静力学；二是关于流
体运动的规律，它研究流体在运动状态时，作用于
流体上的力与运动要素之间的关系，以及流体的运
动特征与能量转换等，这一部分称为流体动力学。
1·1流体力学的性质任务与发展简史
流体力学在研究流体平衡和机械运动规律时，要应用物理学
及理论力学中有关物理平衡及运动规律的原理，如力系平衡定理、
动量定理、动能定理，等等。因为流体在平衡或运动状态下，也
同样遵循这些普遍的原理。所以物理学和理论力学的知识是学习
1·1流体力学的性质任务与发展简史
2、在古典“水动力学”的基础上纳维和斯托克思提出了著名的 实际粘性流体的基本运动方程——纳维-斯托克思方程(N-S方 程)。 从而为流体力学的长远发展奠定了理论基础。但由于其 所用数学的复杂性和理想流体模型的局限性，不能满意地解决 工程问题，故形成了以实验方法来制定经验公式的“实验流体 力学”。但由于有些经验公式缺乏理论基础，使其应用范围狭 窄，且无法继续发展。
学科。
1.在流体力学已广泛用于土木工程的各个领域，如建筑工程和土建工程 中的应用。如基坑排水、路基排水、地下水渗透、地基坑渗稳定处理、 围堰修建、海洋平台在水中的浮性和抵抗外界扰动的稳定性等。
2.在市政工程中的应用。如桥涵孔径设计、给水排水、管网计算、 泵站 和水塔的设计、隧洞通风等，特别是给水排水工程中，无论取水、水处 理、输配水都是在水流动过程中实现的。流体力学理论是给水排水系统 设计和运行控制的理论基础。
1·1流体力学的性质任务与发展简史
1·1·2、流体力学在土木中的应用
流体是人类生活和生产中经常遇到的物质形式，因此许多科学技术
部门都和流体力学有关。例如水利工程、土木建筑、交通运输、机械制
造、石油开采、化学工业、生物工程等都有大量的流体问题需要应用流
体力学的知识来解决，事实上，目前很难找到与流体力学无关的专业和
1·1流体力学的性质任务与发展简史
主要的流体力学事件有
1738年瑞士数学家：伯努利在名著《流体动力学》中提出了伯努利方程。 1755年欧拉在名著《流体运动的一般原理》中提出理想流体概念，并建立了
理想流体基本方程和连续方程，从而提出了流体运动的解析方法，同时提出了 速度势的概念。 1781年拉格朗日首先引进了流函数的概念。 1823年法国工程师纳维，1845年英国数学家、物理学家斯托克思提出了著 名的N-S方程。 1876年雷诺发现了流体流动的两种流态：层流和紊流。 1858年亥姆霍兹指出了理想流体中旋涡的许多基本性质及旋涡运动理论，并 于1887年提出了脱体绕流理论。 19世纪末，相似理论提出，实验和理论分析相结合。 1904年普朗特提出了边界层理论。 20世纪60年代以后，计算流体力学得到了迅速的发展。流体力学内涵不断地 得到了充实与提高。
流体力学课程必要的基础。
另外，这门课还需要一些其他的基础知识：高等数学，数值
分析，边界条件的计算，土力学，工程力学等等 。
目前，根据流体力学在各个工程领域的应用，流体力学可分
为以下三类：
水利类流体力学：面向水工、水动、海洋等；
机械类流体力学：面向机械、冶金、化工、水机等；
土木类流体力学：面向市政、工民建、道桥、城市防洪等。
3、从19世纪末起，人们将理论分析方法和实验分析方法相结 合，以解决实际问题，同时古典流体力学和实验流体力学的内 容也不断更新变化，如提出了相似理论和量纲分析，边界层理 论和紊流理论等，在此基础上，最终形成了理论与实践并重的 研究实际流体模型的现代流体力学。在20世纪60年代以后， 由于计算机的发展与普及，流体力学的应用更是日益广泛。
本章主要阐述了流体力学的概念与发
展简史；流体力学的概述与应用；流体力学
课程的性质、目的、基本要求；流体力学的
研究方法及流体的主要物理性质。流体的连
续介质模型是流体力学的基础，在此假设的
基础上引出了理想流体与实际流体、可压缩
流体与不可压缩流体、牛顿流体与非牛顿流
体概念。
1·1流体力学的性质任务坝的作用力与渗流问题、防洪闸坝的 过流能力等。
4.在建筑环境与设备工程中的应用。如供热、通风与空调设计，以及设 备的选用等。
1·1流体力学的性质任务与发展简史
1·1·3、流体力学课程的性质与目的
性质：流体力学是研究流体机械运动规律及其应用的学科，
是土木、水利类专业的一门必修的专业基础课程。研究对象以
筑设备等多门基础课和专业课程阐释所涉及的流体力学原理，
帮助学生进一步认识土木工程与大气和水环境的关系。
1·1流体力学的性质任务与发展简史
1·1·4、 流体力学的发展历史
流体力学的萌芽，是自距今约2200年以前，西西里岛的希 腊学者阿基米德写的“论浮体”一文开始的。 他对静止时的液 体力学性质作了第一次科学总结。
水为主体，旁及气体与可压缩流体；研究内容：机械运动规律
和工程应用。
目的：通过各教学环节，使学生掌握流体运动的基本概念，
基本理论，基本计算方法与实验技能，培养分析问题的能力和
创新能力，为学习专业课程，并为将来在土木工程各个领域从
事专业技术工作打下基础。
地位：为水文学、土力学、工程地质、土木工程施工、建