1.3流体动力学

《化工原理》重点介绍各主要化工单元操作的基本原理、典型设备和相关汁算，内容包括绪论、流体流动、流体输送机械、非均相物系分离、传热、蒸发、吸收、蒸馏、干燥以及附录。

1.以流体流动(动量传递)为基础阐述流体输送、非均相物系分离相关单元操作；2.以热量传递为基础阐述换热器及蒸发单元操作；3.以质量传递为基础阐述吸收、精馏传质单元操作，4.具有热量、质量同时传递特点的干燥操作。

5.以物料衡算、能量衡算为主线，强调应用基本概念和原理分析、解决工程实际问题。

《化工原理》考试大纲考试内容：流体流动、流体输送机械、非均相物系的分离、传热、蒸馏、吸收、蒸馏和吸收塔设备、干燥、蒸发。

考试要求：一、流体流动（以柏努利方程为主线）通过本章的学习，掌握流体流动的基本规律、管内流动的规律，并应用这些原理和规律去分析和解决流动过程中的有关问题。

1、掌握流体静力学基本方程式及其应用；2、掌握连续性方程式及其应用；3、掌握柏努利方程的物理意义、应用范围及其解题计算；4、掌握流体阻力、流量、雷诺系数等之间的关系；5、掌握流动类型及其判断依据；6、掌握管路计算方法；7、掌握主要流量测量手段的基本原理、适用范围；8、了解管路串、并联的阻力、流量的关系。

二、流体输送机械通过本章的学习，了解掌握管路系统对输送机械的要求。

1、掌握常用泵的主要性能参数、特性曲线；2、掌握常用泵的使用操作要点，如串并联、开启、关闭等；3、了解常用泵和风机的基本性能和适用范围。

三、非均相物系的分离通过本章的学习，了解掌握沉降和过滤两种机械分离操作的基本原理、典型设备的结构与特性。

1、掌握沉降分离的原理、沉降过程及影响因素；2、掌握斯托克斯公式；3、掌握除尘设备的基本原理和选型；4、了解各种机械分离方法的优缺点及其适用范围；四、传热通过本章的学习，了解掌握传热的基本原理、传热规律，并运用其去分析和计算传热过程的有关问题。

1、掌握传热的基本方程式；2、掌握各种传热、导热系数的定义、单位及其差异；3、掌握单、多壁圆筒热传导速率方程及其应用；4、掌握列管换热器的计算；5、掌握强化换热的手段；6、了解傅立叶定律和辐射速率方程；7、了解边界层和保温层基本概念。

流体力学习题1 绪 论思考题1.1 流体区别于固体的本质特征是什么？1.2 流体的连续介质模型的主要内容有哪几点？提出这一模型的依据是什么？1.3 根据连续介质模型怎样定义流体的密度和压强？1.4 流体的粘度与运动粘度、牛顿流体和非牛顿流体各有什么区别？1.5 吹肥皂泡为什么要用劲？写一个式子表示肥皂泡内外的压强差。

1.6 “流体有粘性，所以流体内一定存在粘性力。

”对吗？为什么？习 题1.1 空气的密度ρ=1.165kg/m 3，动力粘度μ=1.87×10-5Pa·s ，求它的运动粘度v 。

1.2 水的密度ρ=992.2kg/m 3，运动粘度v =0.661×10-6m 2/s ，求它的动力粘度μ。

1.3 当压强增量为50000N/m 2时，某种液体的密度增长为000.02，求此种液体的弹性摸量。

1.4试求在200C 和1标准大气压情况下，水的体积弹性模量与空气等温压缩时体积弹性摸量之比。

1.5 如图所示，一个边长200mm 重量为1kN 的滑块在020斜面的油膜上滑动，油膜厚度0.005mm ，油的粘度2710μ-=⨯Pa·s 。

设油膜内速度为线性分布，试求滑块的平衡速度。

习题 1.5图 1.6 有一轴长0.3L =m ，直径15d =mm ，转速400r/min ，轴与轴承间隙0.25δ=mm ，其间充满润滑油膜，油粘度为0.049μ=Pa·s 。

假定润滑油膜内速度为线性分布，试求轴转动时的功率消耗（注：轴转动时消耗的功率 = 轴表面的面积×切应力×线速度）。

1.7 有两块平行平板，两板的间隙为2mm ，间隙内充满了密度为885kg/m 3、运动粘性系数0.00159v =m 2/s 的油，两板的相对运动速度为4m/s ，求作用在平板上的摩擦应力。

1.8 两个圆筒同心地套在一起，其长度为300mm ，内筒直径为200mm ，外径直径为210mm ，两筒间充满密度为900kg/m 3、运动粘性系数30.26010v -=⨯m 2/s 的液体，现内筒以角速度10ω=rad/s 转动，求转动时所需要的转矩。

第1章 绪论【1.1】 按连续介质的概念，流体质点是指：（a ）流体的分子；（b ）流体内的固体颗粒；（c ）几何的点；（d ）几何尺寸同流动空间相比是极小量，又含有大量分子的微元体。

解：流体质点是指体积小到可以看作一个几何点，但它又含有大量的分子，且具有诸如速度、密度及压强等物理量的流体微团。

（d ） 【1.2】 与牛顿内摩擦定律直接相关的因素是：（a ）切应力和压强；（b ）切应力和剪切变形速度；（c ）切应力和剪切变形；（d ）切应力和流速。

解：牛顿内摩擦定律是d d v y τμ=，而且速度梯度d d v y 是流体微团的剪切变形速度d d t γ，故d d t γτμ=。

（b ）【1.3】 流体运动黏度υ的国际单位是：（a ）m2/s ；（b ）N/m2；（c ）kg/m ；（d ）N 〃s/m2。

解：流体的运动黏度υ的国际单位是/s m 2。

（a ）【1.4】 理想流体的特征是：（a ）黏度是常数；（b ）不可压缩；（c ）无黏性；（d ）符合RTp =ρ。

解：不考虑黏性的流体称为理想流体。

（c ） 【1.5】当水的压强增加一个大气压时，水的密度增大约为：（a ）1/20 000；（b ）1/1 000；（c ）1/4 000；（d ）1/2 000。

解：当水的压强增加一个大气压时，其密度增大约95d 1d 0.51011020 000k p ρρ-==⨯⨯⨯=。

（a ）【1.6】 从力学的角度分析，一般流体和固体的区别在于流体：（a ）能承受拉力，平衡时不能承受切应力；（b ）不能承受拉力，平衡时能承受切应力；（c ）不能承受拉力，平衡时不能承受切应力；（d ）能承受拉力，平衡时也能承受切应力。

解：流体的特性是既不能承受拉力，同时具有很大的流动性，即平衡时不能承受切应力。

（c ） 【1.7】下列流体哪个属牛顿流体：（a ）汽油；（b ）纸浆；（c ）血液；（d ）沥青。

解：满足牛顿内摩擦定律的流体称为牛顿流体。

流体力学在工程中的应用流体力学是研究流体（液体和气体）行为的科学，其基本理论和方法在现代工程技术中扮演着至关重要的角色。

无论是在设计、制造还是运营维护中，流体力学的原理都不可或缺。

本文将详细讨论流体力学在工程中的几种主要应用，包括航空航天、土木工程、机械工程和能源领域，旨在提供一个全面的视角，帮助读者理解流体力学的重要性和应用方式。

一、航空航天工程中的流体力学在航空航天工程中，流体力学的应用尤为显著。

飞机在飞行过程中，周围空气的流动对其升力、阻力、稳定性等特性产生直接影响。

因此，在飞机设计时需要通过流体动力学分析来优化其形状和结构，以提高飞行性能。

1.1 升力和阻力的计算在设计飞机机翼时，计算升力和阻力是非常重要的。

根据伯努利原理，当空气流速增大时，机翼上方的气压降低，从而产生升力。

通过模拟不同机翼形状和攻角，可以获得最佳的升力与阻力比。

这不仅影响到飞机的性能，还关系到燃油效率和航程。

1.2 风洞试验风洞试验是一种常用的方法，用于测试模型在气流中的表现。

在风洞中，研究人员可以实际观察气流与模型之间的相互作用，进而对模型进行改进。

这种实验方法可以有效减少设计过程中可能出现的误差，提高飞行器的整体性能。

1.3 航空发动机设计航空发动机作为航空器最关键的部分之一，流体力学在其设计过程中也至关重要。

在发动机燃烧室内，空气和燃料混合后进行燃烧，因此流体动力学分析可以帮助优化燃烧过程，提升推力效率。

此外，在涡轮和压缩机的设计中，能够精确计算气流状态并预测涡旋和冲击波，从而提高发动机的效能和可靠性。

二、土木工程中的流体力学土木工程通常涉及大量液体系统，例如供水、排水及防洪体系，而流体力学则为这些系统提供了科学基础。

在建筑物及基础设施设计中，对于地基、水文及水资源管理等方面，都离不开流体力学的理论支持。

2.1 水资源管理水资源管理是土木工程的重要组成部分。

在城市规划中，需要合理设计供排水系统以确保水资源的高效利用。

水下机器人推进系统动力学分析一、水下机器人推进系统概述水下机器人，也被称为无人水下航行器（UUV），是一种能够在水下自主或遥控操作的设备，广泛应用于海洋探测、科学研究、事侦察以及水下作业等领域。

水下机器人的推进系统是其核心组成部分，直接影响到机器人的机动性、稳定性和效率。

本文将对水下机器人推进系统的动力学进行分析，探讨其设计原理、性能特点以及影响因素。

1.1 水下机器人推进系统的作用与分类水下机器人的推进系统主要负责提供动力，使机器人能够在水下进行前进、后退、上浮和下潜等运动。

根据推进方式的不同，水下机器人的推进系统可以分为螺旋桨推进、喷水推进、机械臂推进等类型。

1.2 水下机器人推进系统的设计要求设计水下机器人推进系统时，需要考虑多个因素，如推进效率、噪音水平、操控性、可靠性以及成本等。

这些因素共同决定了推进系统的性能和适用性。

1.3 水下机器人推进系统的性能指标评价水下机器人推进系统性能的指标包括推力、速度、响应时间、能耗和稳定性等。

这些指标对于机器人在不同水下环境中的作业能力至关重要。

二、水下机器人推进系统的动力学原理水下机器人推进系统的动力学分析是理解其工作原理和优化设计的基础。

动力学分析涉及到流体力学、结构力学和控制理论等多个领域。

2.1 流体动力学基础水下机器人在水下运动时，其推进系统与周围水体相互作用，产生推力和阻力。

流体动力学是研究这种相互作用的科学，涉及到速度场、压力场和边界条件等概念。

2.2 推进系统动力学模型建立水下机器人推进系统的动力学模型，可以描述其运动状态和响应特性。

模型通常包括质量、刚度、阻尼和外力等元素，通过数学方程表达。

2.3 推进系统控制策略为了实现水下机器人的精确控制，需要设计合适的控制策略。

控制策略涉及到推进速度、方向和力度的调节，以适应不同的任务需求和环境条件。

三、水下机器人推进系统的设计优化与应用水下机器人推进系统的设计优化是提高其性能和适应性的关键。

一、流体力学及其研究对象流体：液体和气体的总称。

流体力学：是研究流体的科学，即根据理论力学的普遍原理，借助大量的实际资料，运用数学和实验方法来研究流体的平衡和运动规律及其实际应用的一门科学。

流体力学研究的对象：液体和气体流二、流体的力学特性1、流体与固体的区别主要在于受剪应力后的表现有很大的差异。

固体－－能承受剪应力、压应力、张应力，没有流动性。

流体－－只能承受压应力，不能承受拉力和剪力，否则就会变形流动，即流体具有流动性。

2、液体与气体的主要差别在于受压后的表现上的差异。

液体：受压后体积变化很小，常称不可压缩流体；液体的形状随容器的形状而变，但其体积不变。

气体：受压后体积变化很大，常称可压缩流体；气体的形状和体积都随容器而变。

注：气体的体积变化小于原体积的20%时，可近似看作不可压缩流体。

1.1.1流体的密度1、流体密度的定义及计算定义：单位体积流体的质量，以ρ表示，单位为kg／m3（1）均质流体：标态（2）混合流体：混合气体：混合液体：2、流体的密度与温度、压力的关系（1）液体：工程上，液体的密度看作与温度、压力无关。

（2）气体：与温度和压力有关。

理想气体：或工业窑炉：P=P0分析：t↑ρ↓；t↓ρ↑1.1.2流体的连续性流体的连续性：流体看成是由大量的一个一个的连续近质点组成的连续的介质，每个质点是一个含有大量分子的集团，质点之间没有空隙。

质点尺寸：大于分子平均自由程的100倍。

连续性假设带来的方便：(1）它使我们不考虑复杂的微观分子运动，只考虑在外力作用下的宏观机械运动。

(2)能运用数学分析的连续函数工具。

【例题】已知烟气的体积组成百分组成为：H2O12%，CO218%，N270%，求此烟气标态在及200℃的密度。

【解】200℃时的烟气密度：【例题】将密度为1600㎏/m3糖浆按1:1的质量比用清水稀释，求稀释后糖浆溶液的密度。

【解】按题意，糖浆和水各占50%，据公式：1.1.3流体的压缩性和膨胀性1.1.3.1流体的压缩性1、压缩性的定义流体在外力作用下改变自身容积的特性。

2024年新版教科版八年级物理下册全套教案完整版一、教学内容1. 力与运动1.1 矢量与标量1.2 牛顿第一定律1.3 动量与冲量2. 流体力学2.1 流体的性质2.2 流体压强与流速2.3 流体动力学3. 热学基础3.1 温度与热量3.2 热传递与热量计算3.3 热力学定律二、教学目标1. 让学生掌握力与运动的基本概念，了解牛顿第一定律，理解动量与冲量的关系。

2. 使学生了解流体的性质，掌握流体压强与流速的关系，了解流体动力学的基本原理。

3. 让学生掌握热学基础知识，理解温度与热量的关系，掌握热传递与热量计算方法，了解热力学定律。

三、教学难点与重点1. 教学难点：动量与冲量的计算，流体动力学原理，热力学定律。

2. 教学重点：力与运动的关系，流体压强与流速的关系，热量计算。

四、教具与学具准备1. 教具：矢量图演示板，牛顿第一定律演示装置，流体压强演示装置，温度计，热量计算器等。

2. 学具：学生实验报告，计算器，直尺，圆规等。

五、教学过程1. 导入：通过实际情景引入力与运动的关系，提问学生生活中遇到的流体现象，引导学生关注热学知识。

2. 知识讲解：力与运动：讲解矢量与标量，演示牛顿第一定律，介绍动量与冲量的计算方法。

流体力学：介绍流体性质，演示流体压强与流速关系，讲解流体动力学原理。

热学基础：讲解温度与热量关系，演示热传递现象，介绍热量计算方法，阐述热力学定律。

3. 例题讲解：针对每个知识点选取典型例题，进行讲解与分析。

4. 随堂练习：布置与例题相似的练习题，让学生巩固所学知识。

六、板书设计1. 力与运动：矢量与标量牛顿第一定律动量与冲量2. 流体力学：流体的性质流体压强与流速流体动力学3. 热学基础：温度与热量热传递与热量计算热力学定律七、作业设计1. 作业题目：计算一个物体在受到多个力作用下的动量变化。

分析生活中流体压强与流速的关系实例。

计算一个物体在热传递过程中吸收或放出的热量。

2. 答案：八、课后反思及拓展延伸1. 反思：针对本节课的教学效果，分析学生的掌握程度，查找不足，调整教学方法。