流体的发展史流体的物理性质流体的描述方法流线迹线
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流体力学知识点总结流体力学是一门研究流体(包括液体和气体)运动规律以及流体与固体之间相互作用的学科。
它在工程、物理学、气象学、生物学等众多领域都有着广泛的应用。
下面将对流体力学中的一些重要知识点进行总结。
一、流体的性质1、流体的定义流体是一种在微小剪切力作用下就会连续变形的物质。
与固体不同,流体不能承受剪切力而保持固定的形状。
2、密度和重度密度是单位体积流体的质量,用ρ表示,单位通常为 kg/m³。
重度是单位体积流体所受的重力,用γ表示,单位通常为 N/m³,γ =ρg,其中 g 为重力加速度。
3、压缩性和膨胀性压缩性是指流体在压力作用下体积缩小的性质,膨胀性则是指流体在温度变化时体积膨胀的性质。
液体的压缩性和膨胀性通常较小,可视为不可压缩流体;而气体的压缩性和膨胀性较大。
4、粘性粘性是流体内部阻碍其相对运动的一种性质。
粘性力的大小与速度梯度和流体的粘性系数有关。
牛顿内摩擦定律给出了粘性力的表达式:τ =μ(du/dy),其中τ为粘性切应力,μ为动力粘性系数,du/dy 为速度梯度。
二、流体静力学1、静压力静止流体中,单位面积上所受的法向力称为静压力。
静压力的特性包括:方向总是垂直于作用面;静止流体中任意一点的静压力大小与作用面的方向无关。
2、静压强基本方程p = p₀+γh,其中 p 为某点的压强,p₀为液面压强,γ 为流体的重度,h 为该点在液面下的深度。
3、压力体压力体是由受力曲面、液体的自由表面以及两者之间的铅垂面所围成的封闭体积。
通过压力体可以确定流体对物体表面的垂直作用力的方向。
三、流体运动学1、流线和迹线流线是某一瞬时在流场中画出的一条曲线,曲线上各点的切线方向与该点的速度方向相同。
迹线则是某一流体质点在一段时间内的运动轨迹。
2、流管和流束流管是在流场中通过封闭曲线所围成的管状区域,流管内的流体称为流束。
3、连续性方程对于定常流动,质量守恒定律可表示为连续性方程:ρ₁v₁A₁=ρ₂v₂A₂,即流过不同截面的流体质量流量相等。
流体力学中迹线流线的区别特点流体力学中,迹线和流线是描述流动的重要概念。
迹线(Streakline)是指流体中某一特定物质点在一段时间内的运动轨迹,而流线(Streamline)则是指流体中某一时刻瞬时速度方向的连续曲线。
我们来了解一下迹线的特点。
迹线是描述流动中物质点运动轨迹的曲线,可以看作是某一时刻流场中的真实物质线。
迹线具有以下几个特点:1. 迹线是流体中某一特定物质点在一段时间内的轨迹,可以用来观察流体的整体运动情况。
2. 迹线可以由流体中一些被染色或者带有特殊标记的粒子在流体中的运动轨迹得到。
3. 迹线可以是曲线、直线或者闭合曲线,具体取决于流场的性质和流体的运动状态。
4. 迹线可以用来研究流体的混合和扩散过程,通过观察迹线的变化可以推测流体中的扩散程度和混合程度。
然后,我们再来了解一下流线的特点。
流线是指流场中某一时刻瞬时速度方向的连续曲线,可以看作是流体运动方向的切线。
流线具有以下几个特点:1. 流线是流体中某一时刻瞬时速度方向的连续曲线,可以用来观察流体的局部运动情况。
2. 流线是与速度场垂直的曲线,即流线上任意一点的切线方向与速度向量方向相同。
3. 流线可以用来描述流体的运动轨迹和速度分布情况,通过观察流线的形状和分布可以推测流体的运动规律。
4. 流线可以用来研究流体的受力和动量传递过程,通过观察流线的变化可以推测流体受力的大小和方向。
在流体力学中,迹线和流线常常一起使用,来描述流体的运动情况。
迹线可以用来观察流体的整体运动轨迹和扩散程度,而流线则可以用来观察流体的局部运动方向和速度分布。
迹线和流线的区别主要体现在以下几个方面:1. 定义不同:迹线是描述某一特定物质点在一段时间内的运动轨迹,而流线是描述某一时刻瞬时速度方向的连续曲线。
2. 物理意义不同:迹线可以用来观察流体的整体运动情况和扩散程度,而流线可以用来观察流体的局部运动方向和速度分布。
3. 表示方式不同:迹线可以是曲线、直线或者闭合曲线,而流线通常是曲线。
1.1 流体的主要物理性质一.连续介质假设处于流体状态的物质,无论是液体还是气体,都是由大量不断运动着的分子所组成。
从微观角度来看,流体是离散的。
但流体力学是研究物体的宏观运动的,它是大量分子的平均统计特性。
1753年,欧拉采取了一个基本假设认为:流体质点(或流体微团)连续地毫无间隙地充满着流体所在的整个空间,这就是连续介质假设。
在大多数情况下,利用该基本假设得到的计算结果和实验结果符合得很好。
必须指出,连续介质模型也有一定的是适用范围。
以气体作用于物体表面上的力为例。
在标准情况下,的空气包含有个分子,分子间平均自由程,与所研究的在气体中的物体特征尺度L相比及其微小。
按气体分子运动观点,由于作热运动的大量气体分子不断撞击物体表面的结果,产生了作用于物体表面上的力。
它是大量气体分子共同作用的统计平均结果,而不是个别分子的具体运动决定,因而不必详细地研究个别分子的运动,而将气体看成连续介质以宏观的物理量来表征大量分子的共性。
但当气体体分子平均自由程与物体特征尺寸可以比拟时,这时就不能再应用连续介质的概念而必须考虑气体分子的结构了。
用连续介质假设简化时,只要研究描述流体宏观状态的物理量,如密度、速度、压强等。
二.流体的易流动性流体不能承受拉力,流体在静止时也不能承受切向剪应力。
即使是很小的切向力。
只要持续施加,都能使流体发生任意大的变形。
流体的这种宏观性质称易流动性,也正因此流体没有固定的形状。
三.流体的压缩性与膨胀性可压缩性—流体在外力作用下,其体积或密度可以改变的性质。
流体的压缩性常用压缩系数表示它表示在一定温度下,增大一个压力时,流体体积的相对缩小量,即或其中——单位质量流体的体积,即比容;——单位体积的质量,即密度。
压缩系数的倒数即流体的体积弹性模量E,它是单位体积的相对变化所需要的压力增量。
工程中常用体积弹性模量来衡量压缩性的大小。
E值越大流体就越不易被压缩。
E的单位与压强相同为Pa。
热膨胀性——流体在温度改变时,其体积或密度可以改变的性质。
流体复习整理资料第一章 流体及其物理性质1.流体的特征——流动性:在任意微小的剪切力作用下能产生连续剪切变形的物体称为流体。
也可以说能够流动的物质即为流体。
流体在静止时不能承受剪切力,不能抵抗剪切变形。
流体只有在运动状态下,当流体质点之间有相对运动时,才能抵抗剪切变形。
只要有剪切力的作用,流体就不会静止下来,将会发生连续变形而流动。
运动流体抵抗剪切变形的能力(产生剪切应力的大小)体现在变形的速率上,而不是变形的大小(与弹性体的不同之处)。
2.流体的重度:单位体积的流体所的受的重力,用γ表示。
g 一般计算中取9.8m /s 23.密度:=1000kg/,=1.2kg/,=13.6,常压常温下,空气的密度大约是水的1/8003. 当流体的压缩性对所研究的流动影响不大,可忽略不计时,这种流体称为不可压缩流体,反之称为可压缩流体。
通常液体和低速流动的气体(U<70m /s )可作为不可压缩流体处理。
4.压缩系数:弹性模数:21d /d pp E N m ρβρ==膨胀系数:)(K /1d d 1d /d TVV T V V t ==β5.流体的粘性:运动流体存在摩擦力的特性(有抵抗剪切变形的能力),这就是粘滞性。
流体的粘性就是阻止发生剪切变形的一种特性,而摩擦力则是粘性的动力表现。
温度升高时,液体的粘性降低,气体粘性增加。
6.牛顿摩擦定律: 单位面积上的摩擦力为:摩擦力为:此式即为牛顿摩擦定律公式。
其中:μ为动力粘度,表征流体抵抗变形的能力,它和密度的比值称为流体的运动粘3/g N m γρ=pVV p V V pd d 1d /d -=-=β21d 1d /d d p V m NV p pρβρ=-=hUμτ=dydu A h U AA T μμτ===ρμν=度ν摩擦力是成对出现的,流体所受的摩擦力总与相对运动速度相反。
为使公式中的τ值既能反映大小,又可表示方向,必须规定:公式中的τ是靠近坐标原点一侧(即t -t 线以下)的流体所受的摩擦应力,其大小为μ du/dy ,方向由du/dy 的符号决定,为正时τ与u 同向,为负时τ与u 反向,显然,对下图所示的流动,τ>0, 即t —t 线以下的流体Ⅰ受上部流体Ⅱ拖动,而Ⅱ受Ⅰ的阻滞。
流体力学复习资料流体力学是研究流体(包括液体和气体)的平衡和运动规律的学科。
它在工程、物理学、气象学、海洋学等众多领域都有着广泛的应用。
以下是为大家整理的流体力学复习资料,希望能对大家的学习有所帮助。
一、流体的物理性质1、流体的密度和比容密度(ρ)是指单位体积流体的质量,公式为:ρ = m / V 。
比容(ν)则是密度的倒数,即单位质量流体所占的体积,ν = 1/ρ 。
2、流体的压缩性和膨胀性压缩性表示流体在压力作用下体积缩小的性质,通常用体积压缩系数β来衡量,β =(1 / V)×(dV / dp)。
膨胀性是指流体在温度升高时体积增大的特性,用体积膨胀系数α来描述,α =(1 / V)×(dV / dT)。
3、流体的粘性粘性是流体抵抗剪切变形的一种属性。
牛顿内摩擦定律:τ =μ×(du / dy),其中τ为切应力,μ为动力粘度,du / dy 为速度梯度。
二、流体静力学1、静压强的特性静压强的方向总是垂直于作用面,并指向作用面内。
静止流体中任意一点处各个方向的静压强大小相等。
2、静压强的分布规律对于重力作用下的静止液体,其静压强分布公式为:p = p0 +ρgh ,其中 p0 为液面压强,h 为液体中某点的深度。
3、压力的表示方法绝对压力:以绝对真空为基准度量的压力。
相对压力:以大气压为基准度量的压力,包括表压力和真空度。
三、流体动力学基础1、流体运动的描述方法拉格朗日法:跟踪流体质点的运动轨迹来描述流体的运动。
欧拉法:通过研究空间固定点上流体的运动参数随时间的变化来描述流体的运动。
2、流线和迹线流线是在某一瞬时,在流场中所作的一条曲线,在该曲线上各点的速度矢量都与该曲线相切。
迹线是流体质点在一段时间内的运动轨迹。
3、连续性方程对于定常流动,质量守恒定律表现为连续性方程:ρ1v1A1 =ρ2v2A2 。
4、伯努利方程理想流体在重力作用下作定常流动时,沿流线有:p /ρ + gz +(1 / 2)v²=常量。
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。
流体⼒学流体流动的⼏个基本概念
(⼀)稳定流动和⾮稳定流动
1、稳定流动:液体流动时在不同时间内流体各质点流经此空间点时,其运动要素不变的流动。
2、⾮稳定流动:液体质点流经某空间点时,其运动要素随时间⽽变化的流动。
(⼆)迹线、流线
1、迹线:某⼀流体质点在某段时间内的运动轨迹。
2、流线:流线是流场中某⼀瞬间的⼀条空间曲线,在该曲线上各点的流体质点所具有的速度⽅向与该点的曲线的切线⽅向重合。
(三)流管、流束及总流
1、流管:在流场中取⼀段很⼩的闭合曲线,通过这条封闭曲线上所有点作流线族,这些流线族所围成的管。
2、流束:充满在流管内部的全部流体。
3、总流:在流体周界内的全部流体。
(四)过流断⾯、湿周及⽔⼒半径
1、过流断⾯:垂直于总流的横断⾯。
2、湿周:在总流的过流断⾯上,液体与固体相接触的线。
3、⽔⼒半径:在总流的过流断⾯与湿周的⽐。
(五)缓变流与急变流
1、缓变流:流体的流线接近与直线的流动。
2、急变流:流体的流线之间夹⾓很⼤或曲率很⼩的流动。
(六)流量和平均流速
1、流量:单位时间内通过过流断⾯的体积。
2、平均流速:假设流体以某⼀速度v通过过流断⾯S,则通过的流量为Q=VS。
第1章绪论一、概念在任何微小剪切力持续作用下连续变形的物质叫做流体(易流动性是命名的由来)宏观尺寸非常小,微观尺寸非常大的任意一个物理实体宏观体积极限为零,微观体积大于流体分子尺寸的数量级假设组成流体的最小物质是流体质点,流体是由无限多个流体质点连绵不断组成,质点之间不存在间隙。
分子平均自由程远远小于流动问题特征尺寸作用在一定量的流体上的压强增加时,体积减小Ev=-dp/(dV/V)压强的改变量和体积的相对改变量之比Ev=1/Kt体积弹性模量越大,流体可压缩性越小等温Ev=p等嫡Ev=kpk二Cp/Cv作用在一定量的流体上的压强增加时,体积不变Ev=dp/(dp/p)(低速流动气体不可压缩)流体抵抗剪切变形的一种属性动力粘度:|1,单位速度梯度下的切应力U=T/(dv/dy)运动粘度:V,动力粘度与密度之比,v=u/pV=|!=0的流体T=+-|idv/dy(T大于零)、T=^V/8切应力和速度梯度成正比粘性产生的机理,粘性、粘性系数同温度的关系;液体:液体分子间的距离和分子间的吸引力,温度升高粘性下降气体:气体分子热运动所产生的动量交换,温度升高粘性增大牛顿流体的定义;符合牛顿内摩擦定律的流体质量力:与流体微团质量大小有关的并且集中在微团质量中心上的力表面力:大小与表面面积有关而且分布在流体表面上的力二、计算1、牛顿内摩擦定律的应用-间隙很小的无限大平板或圆筒之间的流动.第2章流体静力学一、概念流体内任意点的压强大小都与都与其作用面的方位无关微元平衡流体的质量力和表面力无论在任何方向上都保持平衡欧拉方程=0流体平衡微分方程重力场下的简化:dp二一pdW二一pgdz不可压缩流体静压强基本公式z+p/pg二C不可压缩流体静压强分布规律p=p0+pgh平衡流体中各点的总势能是一定的静止流体中的某一面上的压强变化会瞬间传至静止流体内部各点4、绝对压强、计示压强(表压)、真空压强的定义及相互之间的关系;绝对压强:以绝对真空为起点计算压强大小记示压强:比当地大气压大多少的压强真空压强:比当地大气压小多少的压强绝对压强二当地大气压+表压表压二绝对压强一当地大气压真空压强=当地大气压-绝对压强单管式:简单准确;缺点:只能用来测量液体压强,且容器内压强必须大于大气压强,同时被测压强又要相对较小,保证玻璃管内液柱不会太高U:可测液体压强也可测气体压强;缺:复杂倾斜管:精度高;缺点:??F=pS+pgsinayS当p二大气压强,F=pgsinayS压力中心:二、计算1、U型管测压计的计算;2、绝对压强、计示压强及真空压强的换算3、平壁面上静压力大小的计算。
流体力学概念总结第一章绪论工程流体力学的研究对象:工程流体力学以流体(包括液体和气体)为研究对象,研究流体宏观的平衡和运动的规律,流体与固体壁面之间的相互作用规律,以及这些规律在工程实际中的应用。
第二章流体的主要物理性质流体的概念:凡是没有固定的形状,易于流动的物质就叫流体流体质点:包含有大量流体分子,并能保持其宏观力学性能的微小单元体。
连续介质的概念:在流体力学中,把流体质点作为最小的研究对象,从而把流体看成是1)由无数连续分布、彼此无间隙地2)占有整个流体空间的流体质点所组成的介质密度:单位体积的流体所具有的质量称为密度,以ρ表示重度:单位体积的流体所受的重力称为重度,以γ表示比体积:密度的倒数称为比体积,以υ表示。
它表示单位质量流体所占有的体积流体的相对密度:是指流体的重度与标准大气压下4℃纯水的重度的比值,用d表示。
流体的热膨胀性:在一定压强下,流体体积随温度升高而增大的性质称为流体的热膨胀性。
流体的压缩性:在一定温度下,流体体积随压强升高而减少的性质称为流体的压缩性可压缩流体:ρ随T和p变化量很大,不可视为常量不可压缩流体:ρ随T和p变化量很小,可视为常量。
流体的粘性:流体流动时,在流体内部产生阻碍运动的摩擦力的性质叫流体的粘性。
牛顿内摩擦定律:牛顿经实验研究发现,流体运动产生的内摩擦力与沿接触面法线方向的速度变化(即速度梯度)成正比,与接触面的面积成正比,与流体的物理性质有关,而与接触面上的压强无关。
这个关系式称为牛顿内摩擦非牛顿流体:通常把满足牛顿内摩擦定律的流体称为牛顿流体,此时不随d/dn而变化,否则称为非牛顿流体。
动力粘度μ:动力粘度表示单位速度梯度下流体内摩擦应力的大小,它直接反映了流体粘性的大小运动粘度ν:在流体力学中,动力粘度与流体密度的比值称为运动粘度,以ν表示。
实际流体:具有粘性的流体叫实际流体(也叫粘性流体),理想流体:就是假想的没有粘性(μ=0)的流体第三章流体静力学流体的平衡:(或者说静止)是指流体宏观质点之间没有相对运动,达到了相对的平衡。
流体力学知识重点流体连续介质模型:可以认为流体内的每一点都被确定的流体质点所占据,其中并无间隙,于是流体的任一物理参数()都可以表示为空间坐标跟时间的连续函数(),而且是连续可微函数,这就是流体连续介质假说,即流体连续介质模型。
流体的力学特性1,流动性:流体没有固定的形状,其形状取决于限制它的固体边界,流体在受到很小的切应力时,就要发生连续的变形,直到切应力消失为止。
2,可压缩性:流体不仅形状容易发生变化,而且在压力作用下体积也会发生变化。
3,粘滞性:流体在受到外部剪切力作用发生连续变形,即流动的过程中,其内部相应要发生对变形的抵抗,并以内摩擦的形式表现出来,运动一单停止,内摩擦即消失。
牛顿剪切定律:流体层之间单位面积的内摩擦力与流体变形速率(速度梯度)成正比()无滑移条件:流体与固体壁面之间不存在相对滑动,即固体壁面上的流体速度与固体壁面速度相同,在静止的固体壁面上,流体速度为零。
理想流体:及粘度()的流体,或称为无黏流体表面张力:对于与气体接触的液体表面,由于表面两侧分子引力作用的不平衡,会是液体表面处于张紧状态,即液体表面承受有拉伸力,液体表面承受的这种拉伸力称为表面张力。
表面张力系数:液体表面单位长度流体线上的拉伸力称为表面张力系数,通常用希腊字母()表示,单位()毛细现象:如果将直径很小的两只玻璃管分别插入水和水银中,管内外的液位将有明显的高度差,这种现象称为毛细现象,毛细现象是由液体对固体表面的润湿效应和液体表面张力所决定的一种现象。
毛细现象液面上升高度()牛顿流体:有一大类流体,他们在平行层状流动条件下,其切应力()与速度梯度()表现出线性关系,这类流体被称为牛顿型流体,简称牛顿流体。
描述流体运动的两种方法1,拉格朗日法:通过研究流体场中单个质点的运动规律,进而研究流体的整体运动规律,这一种方法称为拉格朗日法2,欧拉法:通过研究流体场中某一空间点的流体运动规律,进而研究流体的整体运动规律,这一种方法称为欧拉法迹线:流体质点的运动轨迹线曲线称为迹线流线:流线是任意时刻流场中存在的一条曲线,该曲线上流体质点的速度方向与其所在点处曲线的切线方向一致。