生活中的流体力学
- 格式:doc
- 大小:312.50 KB
- 文档页数:5
流体力学在生活中的应用和原理1. 简介流体力学是研究流体运动的力学学科,它涉及了各个方面的科学与工程领域,从大自然的河流和海洋到我们生活中的水龙头和空气流动等等都与流体力学相关。
本文将重点介绍流体力学在生活中的应用和原理。
2. 流体力学的基本原理流体力学主要研究流体的运动和受力情况,其基本原理包括以下几个方面:(1) 亨利定律亨利定律是流体力学的基本定律之一,它描述了埋在液体中的物体所受的浮力等于它排开的液体的重力。
这个原理可以解释我们在水中浮起来的原因。
(2) 科氏定律科氏定律是描述在液体中流动的物体所受到的科氏力的定律。
科氏力与流体的速度和密度相关,它可以帮助我们理解物体在水中运动时所受的阻力和压力。
(3) 费曼定律费曼定律是描述在液体流动中的能量守恒定律,它指出在流体中的任何一点,流体的总能量保持恒定。
这个原理可以帮助我们解释流体在管道中的压力变化和能量转换。
3. 流体力学在生活中的应用流体力学在我们日常生活中有很多实际应用,以下是一些典型的例子:(1) 水力学水力学是研究液体在静止和流动状态下的运动规律的学科。
它在水力工程中有广泛的应用,例如水坝的设计、水流的控制和下水道的建设等。
水力学还被应用于生活中的给水系统、下水道和排水系统的设计与管理,确保城市的供水和排水系统正常运行。
(2) 空气动力学空气动力学是研究空气运动规律的学科,它在航空工程和汽车设计等领域有重要应用。
通过空气动力学的研究,可以改善飞机和汽车的气动性能,减小飞机和汽车的阻力,提高其运行效率。
(3) 管道流动在石油工业和化工工程中,流体力学被广泛应用于管道流动问题的研究和设计。
通过流体力学的分析,可以确定管道的直径和长度,优化管道网络的结构,提高物质输送的效率和安全性。
(4) 气象学气象学是研究大气中各种现象和气候系统的科学,流体力学是研究大气流动的重要基础。
通过流体力学的原理,可以解释大气中的气旋、风向和气压等现象,为气象预报和气候变化研究提供了基础。
伯努利原理在生活中的应用伯努利原理是流体力学中的重要概念,它描述了流体在不同速度下压力的变化关系。
这一原理在我们的日常生活中有着广泛的应用,从空气与水的运动到飞机的升力,都离不开伯努利原理的作用。
本文将从不同方面探讨伯努利原理在生活中的应用。
1. 管道与水龙头当水从管道中流出时,由于速度增加,压力会降低。
这正是伯努利原理的体现。
我们经常可以观察到,在打开水龙头时,水流经过水龙头口径变小的地方时,速度增加,压力减小,从而形成了一个“喷射”的效果,这使得水流能够远离水龙头。
2. 飞机的升力飞机的升力原理离不开伯努利原理。
当飞机在飞行时,机翼上方的气流速度较快,而机翼下方的气流速度较慢。
根据伯努利原理,速度较快的气流所产生的压力就会较小,而速度较慢的气流所产生的压力就会较大。
这种压力差就使得飞机产生了一个向上的升力,从而使得飞机能够在空中飞行。
3. 风琴的音乐风琴是一种通过风的流动来产生声音的乐器。
其中的音管利用了伯努利原理。
当风从音管上方通过时,由于速度增加,压力降低,此时空气流经底部的狭窄通道时,速度减小,压力增大,从而产生了音调的变化。
4. 机动车流体动力学在汽车运动过程中,空气也扮演了重要的角色。
不论是车身设计,还是风阻的优化,都离不开伯努利原理的应用。
例如,一些高速车型通常具有倾斜的车顶和大尺寸的尾翼,在行驶时,车顶与尾翼之间形成的气流区域速度变快,压力变低,从而减小了风阻,提高了车辆的速度和稳定性。
5. 鱼的游泳鱼类的游泳行为也与伯努利原理密切相关。
当鱼向前游动时,它们的身体形状和鳍具有很好的流线型设计,这有助于减小水流在鱼身上的阻力。
同时,当鱼的尾鳍甩动时,尾鳍的弯曲形状使得水流在上方速度增快、压力降低,从而推动鱼体向前。
6. 高楼大厦的结构在高楼大厦的设计中,也利用到了伯努利原理。
通过合理设计楼宇外形,使得空气在建筑物周围形成气流,增大了建筑物顶部的气压,从而减小了风力对建筑物的作用力,提高了建筑物的稳定性。
伯努利原理在生活中的应用伯努利原理是流体力学中的一个基本定律,描述了在相同的高度下,流体速度增大时压力减小的关系。
这个原理由瑞士物理学家丹尼尔·伯努利在18世纪提出,并广泛应用于不同领域,包括航空、汽车、建筑等。
本文将介绍伯努利原理在生活中的一些应用。
1. 飞机升力伯努利原理在航空领域中有广泛的应用,其中最重要的就是飞机的升力原理。
飞机上方的飞翼形状使得上方的气流速度更快,而下方的气流速度较慢。
根据伯努利原理,较快的气流速度会导致较低的压力,而较慢的气流速度会导致较高的压力。
因此,飞机在上翘的形状下,较低的压力会产生向上的升力,使得飞机能够离开地面并在空中飞行。
2. 管道气流在工业和建筑领域,管道中液体或气体的流动需要通过伯努利原理来进行控制。
当液体或气体在管道中流动时,速度越快,压力就越低。
因此,在想要减小管道中的压力时,可以通过增加流体的速度来实现。
例如,消防车中的高压水枪,通过利用水流速度快的原理,可以产生较大的喷射力,从而扑灭火源。
3. 空调系统伯努利原理在空调系统中也有应用。
空调中的送风口采用了放缓送风的设计,使得送风速度降低。
根据伯努利原理,降低空气速度会导致增加压力。
因此,在室内,空调送风口附近的气压会增加,从而使冷空气快速分布到整个房间。
这样可以提高空调效果,使室内更加舒适。
4. 风琴乐器伯努利原理也可以在音乐领域中找到应用,尤其是风琴乐器。
风琴的原理基于气流通过按键管道,当按下按键时,气流从管道中通过,同时被风箱中的风扇推动。
在按键处气流速度增加,压力降低,导致管道进一步振动,产生音调。
通过控制气流速度和管道长度,可以产生不同的音符。
5. 鸟类飞行鸟类飞行也可以通过伯努利原理来解释。
鸟类在飞行时会利用翅膀的形状和运动来产生升力。
当鸟展翅膀并迅速振动时,上翘的翅膀形状会导致上方气流速度加快,压力下降,形成升力。
这使得鸟类能够在空中飞行和滑翔。
总结:伯努利原理在生活中有许多应用,包括飞机升力、管道气流控制、空调系统、风琴乐器和鸟类飞行等。
生活中的流体力学现象解析与实践引言流体力学是研究流体运动及其相互作用的一门学科,广泛应用于工程、物理、化学等领域。
在我们的日常生活中,涉及到了许多与流体力学相关的现象和实践。
本文将通过对这些现象的解析,探讨流体力学在生活中的应用。
水龙头的喷射现象水龙头是我们日常生活中常见的用水设施,它的喷射现象涉及到了流体力学的许多理论。
当我们打开水龙头,水从喷头中喷出,形成一个水柱。
那么,水柱的高度和弯曲程度是如何被控制的呢?首先,我们要了解水柱的喷射原理。
水从龙头中喷出时,其实是受到了一定的压力作用。
根据流体力学的公式,我们知道,流体的压力和流速有关。
水柱的高度取决于水的出口速度,流速越大,水柱就越高。
而水柱的弯曲程度则受到了重力的影响,重力使得水柱向下弯曲,形成弧线。
在实践中,我们可以通过调节水龙头的开关来控制水流的强弱,从而控制水柱的高度。
另外,我们还可以通过改变水龙头的出口形状来改变水柱的弯曲程度。
例如,如果出口是一个细长的喷嘴,水柱会相对直立;如果出口是一个扇形的喷嘴,水柱则会弯曲得更明显。
水中的漩涡现象当我们在水池中放一块物体,例如小纸片,观察它在水中的运动,我们会发现,物体周围会形成一个旋涡。
这就是水中的漩涡现象,也是流体力学的研究对象之一。
漩涡是由水流的旋转而形成的,它的产生涉及到流体力学中的一些基本原理。
首先,物体进入水中会改变水流的速度和方向,这会导致水流受到扰动。
随着扰动的传播,原本平稳的水流会形成旋转。
另外,漩涡的大小和形状也与水的粘性有关,粘性越大,漩涡形成的速度越快。
在实践中,我们可以通过观察水中的漩涡现象来研究水流的性质。
例如,我们可以放置不同形状的物体在水中,观察漩涡的大小和形状变化,从而了解物体对水流的影响。
水中的波浪现象水中的波浪现象也是流体力学的研究领域之一。
当我们在水中扔一颗石子,水面上会产生波纹,这就是波浪现象。
波浪的形成需要满足一定的条件,包括水的密度、表面张力等。
浅谈生活中的流体力学(1)戴着眼镜,从温度较冷的室外到温暖的室内,眼镜商会蒙上白雾,是气体的液化现象。
(2)水烧开了,壶盖会被顶起来,是气体对壶盖做功。
(3)趴在快速高速行驶的车上,在拐弯的时候,可以感觉向外打翻,这就是Vergt现象。
(4)长期堆煤的墙角会发黑,这是固体分子的扩散现象。
(5)钻木可以生火,这就是作功发生改变内能。
(6)靠在暖气旁边会感到暖和,这是热传递。
(7)指甲剪、剪刀、镊子的工作原理,就是杠杆。
(8)坐海盗船,有失重现象。
(9)白炽灯永久了灯泡壁上可以存有一层黑色,就是钨丝的升华。
(10)在日常生活中,人们常常会碰到这种现象:晚上脱衣服睡觉时,黑暗中常听到噼啪的声响,而且伴有蓝光,见面握手时,手指刚一接触到对方,会突然感到指尖针刺般刺痛;早上起来梳头时,头发会经常“飘”起来,越理越乱,拉门把手、开水龙头时都会“触电”,时常发出“啪、啪”的声响,这就是发生在人体的静电。
(11)盐水在零下20-50度才可以接冰,盐越多温度越高食醋零下20度左右就结冰了(12)汤的密度必须大于水,不是油的原因,(13)水中加入少量的稀盐酸或氢氧化钠溶液,这样可以使水的导电性更好(14)少量白醋中重新加入几滴食用油,容器后静置片刻、可以发生絮状物;如果再碱液少量洗洁精,挥的话可以发生泡沫。
不挥的话,可以沉在醋面上(15)拿个玻璃瓶,玻璃瓶口上放上一元硬币,有手捂住玻璃瓶身并不断摩擦发热,你会看到硬币会跳舞的。
1、摆在壁墙上的石英钟,当电池的电能用尽而暂停站立时,其秒针往往停在在刻度盘上“9”的边线。
这就是由于秒针在“9”边线处受轻力矩的制约促进作用最小。
2、有时自来水管在邻近的水龙头放水时,偶尔发生阵阵的响声。
这是由于水从水龙头冲出时引起水管共振的缘故.3、对着电视画面偷拍,应当停用照相机闪光灯和室内照明灯,这样映出的照片画面更准确。
因为闪光灯和照明灯在电视屏上的反射光可以阻碍电视画面的反射光.4、走样的镜子,人距镜越远越走样.因为镜里的像是由镜后镀银面的反射形成的,镀银面不平或玻璃厚薄不均匀都会产生走样。
生活中的流体力学简介1倒啤酒时通常做什么?为什么洗衣机总是把口袋翻过来?高尔夫球为什么有麻子呢?本文将讨论流体力学的一些简单原理,例如伯努利定律,雷诺数,边界层分离等,以展示流体力学的广泛应用并证明流体力学充满乐趣。
剩下的不多了。
倒啤酒时,泡沫来自瓶子。
啤酒倒入杯子。
热的人将瓶子抬高,并使啤酒柱冲到杯子的底部。
它总是充满一杯泡沫。
气泡消失后,杯中几乎没有啤酒。
是什么原因导致那么多气泡?洗衣机总是把口袋翻过来。
通常使用洗衣机洗衣服的人有一种体验,即当洗衣机洗完衣服时,衣服的口袋经常被翻过来。
如果口袋里有钢币,钥匙或其他东西,它们也会被取出。
怎么了?为了解释这两种现象,我们必须从流体力学的基本原理开始,即伯努利定律。
规律如下:·对于恒定流场,流线上流体粒子的速度与此时的压力呈负相关。
一般来说,速度越大,压力越小。
具体而言,沿着流线,使流体粒子的速度为V,密度为ρ,此时的压力为p。
它们之间的关系如下:一,倒啤酒时出现泡沫现象:啤酒水柱冲到杯子底部,造成流量不均。
伯努利定律知道,每个点上的压力都不同,并且较大部分的分压变小,从而导致二氧化碳的溶解度降低。
就是说,如果您希望啤酒不冒泡地装满玻璃杯,则应尝试降低倒入过程中啤酒杯中液体的相对速度,并使装填过程尽可能准静态。
熟练的服务员尽可能将杯子倾斜,使啤酒沿墙壁缓慢流到杯子的底部,然后将杯子角度缓慢调整至直立位置,这样就可以在不产生太多啤酒的情况下装满啤酒泡沫。
一方面,这种方法减少了啤酒从瓶口到接触杯的滴落,从而降低了进入杯中的啤酒的动能。
另一方面,通过倾斜杯子可以将啤酒柱对杯子的正向冲击转化为倾斜冲击,从而减少了啤酒接触的瞬时动量变化。
另外,在倾斜滑动的过程中,啤酒滑动到玻璃底部的距离增加了。
在此过程中,玻璃壁附近的边界粘性层会导致对啤酒的抵抗,这也可能降低啤酒到达玻璃底部的速度。
因此,它基本上尽可能地满足准静态要求。
人们幽默地总结了将啤酒倒入三个谐音的技巧:“弯曲的门倾斜(邪恶的方式),杯壁(卑鄙的)淫秽,改变倾斜的(邪恶的)回归正常状态。
三、层流与湍流我们平常生活中经常遇到那些黏糊糊的液体,大家都知道那是因为该流体黏性大。
在流体力学的范畴里,即便是水这种清爽的流体,其实也是有黏性的。
黏性具有阻碍流动的特性,所以黏性高的东西给人黏黏糊糊的感觉,黏性低的东西给人清清爽爽的感觉。
通俗点来说,黏性强的东西不容易搅和在一起。
有黏性的流体会产生粘性力,比如将黏性较大的,也是大家平常喜欢的奶昔和水分别滴在由木板构成的斜坡上,水会很顺畅的流下去,而奶昔会很快停止运动。
再举个例子,想象一下体育课长跑训练的情景。
快跑组和慢跑组正在并排进行跑步训练。
这是慢跑组的A同学混进了快跑组里,这种情况下,快跑组不得不减速,因为不减速有些同学就会撞到跑得慢的A同学。
那假如快跑组的B同学混到了慢跑组呢。
那慢跑组也需要提速,不然也会撞到B同学。
从动量的角度来说,慢跑组从快跑的B同学那里得到了更大的动能,看起来就像是被添加了外力一样。
我们平常开车,如果道路上的一条车道上一辆车开的很慢,那在他后面所有的车都要减速;如果有一辆车跑的很快,那么所有车都要加速。
实际上,这个使其加速或者减速的力正是黏性力。
黏性力是因为流体粒子而产生的力,时发生在流体内部的力。
那我们在流体力学里面经常看到“理想流体”和“黏性流体”的概念。
实际上生活中的流体都是黏性流体,都具有黏性。
与管道壁相互接触发生摩擦的部分流速最慢,像被壁拉着一样,这其实适合河流的流动情况一样,河流的中间流速最快,两岸流速比较慢。
之前讲过的伯努利定理和动量守恒定律其实都是针对理想流体而言的。
理想流体没有黏性,即使施加外力也不会被压缩。
很多人会说,这种理想流体在现实中又不存在,研究的意义在何处呢?在理解流体运动的特性以及进行模拟计算的时候,理想流体是非常有必要的。
首先需要借助理想流体来理解流动,然后再综合考虑黏性等因素。
通过学习黏性,可以对加深对身边实际流体的理解。
流动中产生的涡旋也是黏性流体的特征。
涡旋的产生也是黏性影响的结果。
流体是气体和液体的总称。
在人们的生活和生产活动中随时随地都可遇到流体。
所以流体力学是与人类日常生活和生产事业密切相关的。
地球流体力学大气和水是最常见的两种流体。
大气包围着整个地球,地球表面的百分之七十是水面。
大气运动、海水运动(包括波浪、潮汐、中尺度涡旋、环流等)乃至地球深处熔浆的流动都是流体力学的研究内容,属于地球流体力学范围。
水动力学水在管道、渠道、江河中的运动从古至今都是研究的对象。
人们还利用水作功,如古老的水碓和近代高度发展的水轮机。
船舶一直是人们的交通运输工具,船舶在水中运动时所遇到的各种阻力,船舶稳定性以及船体和推进器在水中引起的空化现象,一直是船舶水动力学的研究课题。
这些研究有关水的运动规律的分支学科称为水动力学。
气动力学20世纪初世界上第一架飞机出现以来,飞机和其他各种飞行器得到迅速发展。
20世纪50年代开始的航天飞行使人类的活动范围扩展到其他星球和银河系。
航空航天事业的蓬勃发展是同流体力学的分支学科——空气动力学和气体动力学的发展紧密相连的。
这些学科是流体力学中最活跃、最富有成果的领域。
渗流力学石油和天然气的开采,地下水的开发利用,要求人们了解流体在多孔或缝隙介质中的运动,这是流体力学分支之一渗流力学研究的主要对象。
渗流力学还涉及土壤盐碱化的防治,化工中的浓缩、分离和多孔过滤,燃烧室的冷却等技术问题。
物理-化学流体动力学燃烧煤、石油、天然气等,可以得到热能来推动机械或作其他用途。
燃烧离不开气体。
这是有化学反应和热能变化的流体力学问题,是物理-化学流体动力学的内容之一。
爆炸是猛烈的瞬间能量变化和传递过程,涉及气体动力学,从而形成了爆炸力学。
多相流体力学沙漠迁移、河流泥沙运动、管道中煤粉输送、化工流态化床中气体催化剂的运动等都涉及流体中带有固体颗粒或液体中带有气泡等问题。
这类问题是多相流体力学研究的范围。
等离子体动力学和电磁流体力学等离子体是自由电子、带等量正电荷的离子以及中性粒子的集合体。
生活中的流体力学只要是涉及到流体的介质的都会用到流体力学.静止的流体用流体静力学,运动的流体用到流体动力学.日常生活中有很多和流体力学相关的,例如:阀门的设计,冲水马桶的设计,汽车流线的设计,空调出风口的设计,等等.汽车设计上的流体力学在我们身边来来往往飞驰的汽车,更是与流体力学的巧妙结合。
影响和提升汽车的动力特性的装置主要的是它的导流罩。
研究表明,在厢式货车上安装导流罩,可以大幅度的降低气动阻力、节省燃料消耗。
安装导流罩使得气动阻力系数曲线上的临界雷诺数增大:设置薄壁式的导流罩底边和驾驶室顶面之间的间隙,可以增强导流罩的减阻效果。
在厢式货车尾部安装涡流稳定器,可以降低尾涡区内气流能量的消耗,使静压回升,压差阻力减小。
前上部导流罩装在驾驶室顶上,能将迎面气流导向车顶和侧围,消除或向高出驾驶室顶部以及驾驶室与货箱之间空间的影响。
它有三种形式:板罩式、立体式和涡流凹板式,三种形式分别可使气动阻力降低20%~30%,25%~35%,15%~20%。
第一种已被大量采用,第二种用得比较广,第三种使用的有限。
前下部导流罩和前侧阻翼板,俩者均装在保险杠上,下部导流罩使进入车下的导流不与车下部分突出的构建相互作用,从而可使汽车的气动阻力降低10%~15%。
车身前侧导流罩和前侧翼板,这俩种装置都在车身前部分的流线形,可以改善车身部分的流线形,使汽车的气动阻力分别降低10%~15%和5%~10%。
导流罩对卡车的气动特性有很大的影响。
卡车要采用辅助措施使其有平滑的过渡面,是其表面外形不易产生涡流。
最重要的是导流罩的处理,应由到气流平顺的流过顶盖。
厢式货车安装导流罩可使汽车表面的流谱发生重要变化,流谱的改变可大幅度的减小气动阻力,对减阻节能意义重大。
流体力学在生活中的应用
流体力学在生活中起着至关重要的作用,为我们的生活提供了便利。
1、风机:风机可利用流体力学原理,使用动力带动叶轮旋转,从而把外界的大气中的热能转换成机械能,从而实现各种功能,如:阻塞空气的大功率风扇,冷却器,风力发电机等。
2、涡轮机:涡轮机也是利用流体力学原理,使气体或蒸汽通过涡轮到叶轮中,由于旋转叶轮和气体或蒸汽的阻力,叶轮转动时会带动涡轮机的轴转动,从而实现机械能的转换。
3、船体:船体在水中的行驶感受到的抗力,都是流体力学的结果。
一般情况下,船体一侧与水面表面的摩擦力和船体所受水流的阻力是二者中最主要的抗力,可以通过流体力学来研究。
4、水利工程:水利工程中涉及到非常多的流体力学,比如:水泵利用流体力学原理,把低能状态的水转换成它所需要的能量;水桨也利用流体力学原理,把水流中的能量转换成船体所需要的能源,来推进船体的行驶。
生活中的流体力学
生活中处处都充满了流体力学的影响,从我们每天使用的水龙头到汽车的行驶,都离不开流体力学的原理。
流体力学是研究流体在运动和静止状态下的力学性质和规律的学科,它的应用范围非常广泛,不仅在工程领域有着重要的应用,也贯穿于我们日常生活的方方面面。
首先,我们可以从日常生活中的水流动来看流体力学的应用。
当我们打开水龙头,水就会从高处流向低处,这就是由于重力作用下的水流动。
此外,我们还可以通过改变水龙头的开合程度来控制水流的大小和速度,这就涉及到了流体的流速和流量的概念。
流体力学的原理也应用在了水泵的设计和水管的布局中,以确保水能够顺利地流动到我们所需要的地方。
其次,汽车的行驶也离不开流体力学的影响。
汽车在行驶过程中,空气对车辆
的阻力会影响车辆的速度和燃油消耗。
因此,设计者需要考虑车辆的外形和空气动力学原理,以减小空气的阻力,提高汽车的燃油效率。
此外,汽车的润滑油和冷却液的流动也需要流体力学的原理来进行设计和优化,以确保发动机的正常运转和散热效果。
最后,生活中的风扇和空调也是流体力学的应用。
风扇通过扇叶的旋转产生气流,将空气从高压区域送往低压区域,使人们感到凉爽。
而空调则通过循环流动的制冷剂来调节室内的温度,使人们在炎热的夏天也能感到清凉舒适。
总之,流体力学贯穿于我们生活的方方面面,无处不在。
它的原理和应用不仅
让我们的生活更加便利和舒适,也为工程技术的发展提供了重要的理论基础。
我们应该更加关注流体力学的相关知识,以更好地理解和应用它在日常生活中的重要作用。
流体力学在生活中的原理
流体力学研究流体运动规律,它的基本原理在许多日常生活场景中都有体现:
1.空气动力学
空气是一种流体,飞机机翼产生升力与下压力,雨伞产生上升气流,都是空气动力学原理的应用。
2.水流运动
排水管道的设计考虑流体黏滞性;水库大坝的设计针对水流冲击压力与涡流。
这些都运用了流体静力学。
3.空调与风扇
空调、电扇通过叶片旋转产生气流circulate,这是利用了流体运动原理。
调节出风口形状也会影响空气流动模式。
4.水龙头流量
水龙头的流量取决于水压与开口大小。
我们通过拧松或拧紧水龙头可以控制流出的水流量。
这demonstration 了连续流体流动规律。
5.运动速度
运动员游泳时手掌的形状、抬举时机都根据水的流体特性设计,以获得更强推力。
6.鱼雷设计
鱼雷的流线型头部设计是应用流体动力学原理,减少水流阻力、增强速度。
7.油漆喷涂
调整喷涂的气压和角度可以控制油漆颗粒在空气中运动的状态,实现精细均匀的喷涂效果。
我们生活中的许多简单现象,都与流体运动规律密切相关,流体力学为人类生活带来许多便利。
生活中的流体力学
流体力学在工业、农业、交通运输、天文学、地学、生物学、医学等方面得到广泛应用。
通过湍流的理论和实验研究,了解其结构并建立计算模式;多相流动;流体和结构物的相互作用;边界层流动和分离;生物地学和环境流体流动等问题;有关各种实验设备和仪器等。
具体运用事例如下:
1、在供热通风和燃气工程中:热的供应,空气的调节,燃气的输配,排毒排湿,除尘降温等等,都是以流体作为介质,通过流体的各种物理作用,对流体的流动有效的加以组织实现的。
2、在建筑工程和土建工程中: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。
3、在市政工程中: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。
生活中的流体力学关于流体力学在生活中的应用干货,多图多字。
一、流体的性质和静力学用压力锅煮饭通常我们生活在1个大气压下,与此相对的是,密封容器在加热的情况下压力会升高,压力锅内的气压会升到2个大气压。
在2个大气压状态下,水的沸点不再是100℃,而是120℃,水的沸点升高,做饭的时间就缩短了很多。
容器中的流体分子不断的撞击容器内壁,这样就形成了压力。
而力学中压力的作用效果成为压强,指的是垂直作用于物体上单位面积的力。
绝对压强:以真空为起点表压:以大气压为起点绝对压强就是大气压加上表压。
由于气象条件的不同,大气压强不断变化,所以通常用表压比较方便,例如汽车轮胎的其他压强就是用表压。
帕斯卡原理:施加于静止流体上一点的压强将以等值同时传递到各点。
换一种说法就是向盛放在密封容器中水的一部分施加压强的时候,同样大小的压强将传递到各个方向。
如果很难理解帕斯卡原理的话,那么可以想象下面这个情景:满员的公交车上用力向前推乘客。
被推的乘客1同样也会向前推站在自己前方的乘客2,被乘客1推的乘客2同样也会向前推站在自己前方的乘客3,以此类推,公交车上所有的乘客都会感受到“压强”。
所以在没有可以逃脱的地方,的确会向着所有的方向传递。
在帕斯卡原理中需要特别注意的是:虽然压强的大小一样,但是压力=压强X面积的大小并不相等。
如上图所示,将管内注满水,就会出现两个水平面。
右侧容器B的水平面面积是左侧A的10倍。
如果给活塞A施加10N的力。
那么水平面上会产生压强p,那么根据帕斯卡原理,这个p也会传递到B容器的水平面上,并且是等值的,B水平面上的压强也为p。
同时因为B水平面的面积为A的十倍,那么B水平面上活塞所受到的压力就成了100N。
那么说这么多,有什么用呢?很简单,这就是油压千斤顶的原理。
继续,我们明白了帕斯卡原理及其应用,想象平常潜水的时候为什么要带潜水耳塞呢?通常认为就是因为如果没有戴好潜水耳塞,耳朵会产生一阵严重的刺痛感。
流体静力学定律及其在生活中的应用当我们谈到流体静力学,可能很多人会感到陌生,但实际上它与我们的日常生活息息相关。
流体静力学主要研究静止流体的力学规律,其中包含了一系列重要的定律和原理,这些定律和原理在许多领域都有着广泛的应用。
首先,让我们来了解一下什么是流体静力学。
流体静力学是流体力学的一个分支,它研究的是在静止状态下流体的压力、密度、重力等因素之间的关系。
在这个领域中,有几个关键的概念和定律是我们必须要知道的。
帕斯卡定律是流体静力学中的一个重要定律。
它指出,封闭容器内流体的压强可以等值地传递到各个部分。
简单来说,如果在一个封闭的容器中施加一定的压力,那么这个压力会均匀地分布到容器内的各个点上。
这个定律在生活中有很多实际的应用。
比如,液压千斤顶就是利用帕斯卡定律工作的。
通过在较小的面积上施加较小的力,就能在较大的面积上产生较大的力,从而轻松顶起重物。
在汽车维修中,液压千斤顶是不可或缺的工具,它能够帮助工人轻松抬起汽车,以便进行轮胎更换或底盘维修等工作。
另一个重要的定律是阿基米德原理。
阿基米德原理指出,物体在液体中所受到的浮力等于它排开液体的重量。
这个原理在很多方面都有着重要的应用。
比如,船舶能够在水面上漂浮,就是因为船舶排开的水的重量大于船舶自身的重量,从而产生了浮力,使船舶能够浮在水面上。
潜水艇也是利用阿基米德原理来实现上浮和下潜的。
当潜水艇需要上浮时,会通过排出水舱中的水,减小自身重量,从而受到的浮力大于重力,实现上浮;当需要下潜时,则会向水舱中注水,增加自身重量,使重力大于浮力,从而实现下潜。
在日常生活中,我们经常会用到连通器。
连通器是指上端开口、底部相通的容器。
连通器的特点是,在同种液体且液体不流动的情况下,各容器中的液面总是保持相平。
比如,水壶、马桶水箱等都是连通器的应用实例。
水壶的壶嘴和壶身构成了一个连通器,这样无论壶身怎么倾斜,只要水不流动,壶嘴中的水面始终与壶身中的水面保持相平,从而方便倒水。
流体力学的应用于工业和生活流体力学是物理学的一个分支,研究液体和气体在静止和流动状态下的行为和性质。
它的应用广泛,涉及到工业和生活的许多方面。
本文将讨论流体力学在工业和生活中的应用。
一、工业应用1. 管道输送:管道输送是工业中常见的一种方式,流体力学的理论和方法被用于设计和优化管道网络,以实现高效的液体和气体输送。
通过研究流体的流动特性和流体力学方程,可以预测管道系统中的压力损失、流速分布和阻力,从而提高输送效率。
2. 水力发电:水力发电是一种利用水流通过涡轮机驱动发电机产生电能的方式。
流体力学在水力发电厂的设计和运行中起着重要的作用。
通过分析水流的流速、压力等参数,可以优化水轮机的设计,提高发电效率。
3. 空气动力学:空气动力学是研究空气流动和飞行器设计的科学。
它涉及到飞机、火箭、汽车等交通工具的设计和性能分析。
流体力学的理论和模型被用于研究气体流动、气动特性和阻力等问题,从而改善交通工具的性能。
二、生活应用1. 水力学:水力学是研究液体在静止和流动状态下行为和性质的科学。
流体力学的原理被应用于设计和运营给水系统、污水处理系统和灌溉系统等。
通过研究液体的流动、压力和阻力等特性,可以合理规划和管理水资源,提高供水、排水和灌溉的效率。
2. 空气动力学:除了在工业中的应用,流体力学的原理也应用于日常生活中的一些问题。
例如,通过研究流体力学,可以改进风洞设计,以测试建筑物、汽车和飞机等结构在空气中的性能。
此外,流体力学也可用于改善风扇、空调和通风系统等的设计,提高室内空气的质量。
3. 流体运动:流体运动在日常生活中无处不在,例如水流、空气流动等。
了解流体运动的基本原理有助于我们更好地理解和应对各种情况。
例如,在游泳、冲浪、划船等活动中,了解流体力学可以帮助我们更好地控制身体姿势和动作,提高运动效果。
综上所述,流体力学在工业和生活中都有广泛的应用。
它帮助我们理解和优化流体的行为和性质,从而改善工业过程、提高能源利用效率并提升生活质量。
流体力学在生活中的应用流体力学是力学一个独立的分支,是一门研究流体(液体和气体)的平衡和力学运动规律及其应用的科学。
它所研究的基本规律包括两大部分:一是流体平衡的规律,即流体静力学;二是流体运动的规律,即流体动力学。
流体力学的这些特点使它与实际应用产生了很大的关联,因此具有极大的研究价值。
一、流体的主要物理性质流体的主要物理性质:1、流体:只能承受压力,一般不能承受拉力与抵抗拉伸变形。
液体有一定的体积,存在一个自由液面;气体能充满任意形状的容器,无一定的体积,不存在自由液面。
2、流体的连续介质模型微观:连续介质模型(continuum continuous medium model):把流体视为没有间隙地充满它所占据的整个空间的一种连续介质,且其所有的物理量都是空间坐标和时间的连续函数的一种假设模型:u =u(t,x,y,z)。
3、惯性一切物质都具有质量,流体也部例外。
质量是物质的基本属性之一,是物体惯性大小的量度,质量越大,惯性也越大。
4、压缩性流体的可压缩性(compressibility):作用在流体上的压力变化可引起流体的体积变化或密度变化,这一现象称为流体的可压缩性。
压缩性可用体积压缩率来量度。
5、粘度粘性粘性:即在运动的状态下,流体所产生的抵抗剪切变形的性质;粘度:粘性大小由粘度来量度。
流体的粘度是由流动流体的内聚力和分子的动量交换所引起的。
二、生活中的流体力学生活中有关流体力学方面有趣的事情,还是比较多的。
1、足球比赛中,经常看到足球在空中划出漂亮的弧线,这为足球运动增添了很多的魅力。
弧线出现的背后,是流体力学在发挥着相应的作用。
除了弧线以外,很多进攻方式都与流体力学有着千丝万缕的联系。
通过探究不难看出,足球运动中的多个方面都应用到了流体力学,通过分析这些典型的例子,可以对足球运动中的力学知识有一个整体上的认识,这对于运动员技术水平的提高大有裨益。
2、如果留心的话,我们会经常发现:在宿舍阳台处的门外有风的前提下,宿舍里的门(在不锁的前提下)会随着阳台处的门的打开,而自动打开。
生活中关于流体力学的例子《生活中的流体力学》嘿,大家好呀!今天咱就来聊聊生活中那些和流体力学有关的趣事。
你说这流体力学啊,听起来好像挺高大上的,其实就在咱身边晃悠呢!咱每天刷牙的时候,挤牙膏那一下,牙膏乖乖地从管子里跑出来,你想过为啥不?这其实就是流体力学在帮忙呢!牙膏这种“流体”在我们给它压力的时候,就顺着小通道溜出来啦。
还有呢,夏天热得不行的时候,吹风扇那叫一个爽!可你想过为啥风扇能带来凉风不?这也是流体力学在起作用呀!风扇一转,带动空气流动,这空气就像个小调皮,迅速地在我们身边跑来跑去,把热空气赶跑,给咱带来凉爽。
再说说洗澡的时候,那水从喷头里喷出来,形成漂亮的小水花。
要是没有流体力学,那水说不定就滴滴答答乱淌了,哪还能这么均匀地洒在我们身上,帮我们洗得干干净净呀!要是你喜欢游泳,那就更能感受到流体力学的神奇了。
在水里,我们可以像小鱼一样游来游去,这可多亏了水这种流体的特性呢!水的阻力让我们游得更带劲,同时也让我们感受到在陆地上不一样的乐趣。
出门坐个飞机也离不开流体力学。
飞机那大翅膀,就是靠着空气这个流体的力量才能飞起来呢!空气在翅膀上面和下面流动的速度不一样,产生的压力差就把飞机托起来啦。
你看,流体力学是不是无处不在呀!甚至我们喝饮料的时候,吸管一吸,饮料就顺着管子上来了,这也是流体力学呢!生活中到处都是这些小细节,它们看似平常,实则背后蕴含着大道理。
流体力学就像一个隐藏在生活中的小魔法师,时不时地给我们带来惊喜和便利。
下次我们再遇到这些习以为常的事情时,不妨多想想,这里面是不是有流体力学在捣鬼呢!说不定你会对生活中的小事情有更多的兴趣和发现哦。
反正我是觉得这流体力学挺有意思的,就像生活中的一个小宝藏,等我们去挖掘它的秘密呢!。
生活中的流体力学原理及应用引言流体力学是研究流体力学性质、流动行为和力学应用的学科。
在日常生活中,我们经常会遇到许多与流体力学有关的现象和应用。
本文将介绍一些生活中常见的流体力学原理以及其应用。
流体力学原理在生活中,我们常常遇到的一些流体力学原理包括:1.压力传递原理根据帕斯卡定律,液体或气体在静止或稳定状态下,如果在某点施加压力,则这个压力将在整个液体或气体内均匀传递。
这一原理也是液压系统工作的基础。
2.流体静力学原理流体静力学是研究静止流体的行为和压力分布的学科。
根据阿基米德原理,浸没在流体中的物体受到的浮力等于其排挤的流体重量。
这一原理解释了为什么船只可以浮在水面上。
3.流体动力学原理流体动力学是研究流动流体的力学行为的学科。
其中最基本的原理之一是质量守恒定律,即在封闭系统中,流体的质量不会凭空消失或增加。
这一原理在管道中的水流和空气流动等情况中发挥了重要作用。
流体力学应用流体力学原理不仅仅存在于实验室或工业领域,它们也广泛应用于我们的日常生活中。
以下是一些常见的流体力学应用。
自来水供应自来水是我们日常生活中最常接触到的流体之一。
自来水系统使用了多种流体力学原理来将水从水源运送到家庭。
其中一个重要的原理是利用水压来向上输送水。
在不需要使用任何电力的情况下,水塔和自来水管道系统利用重力和压力来为我们提供自来水。
空调和暖气系统空调和暖气系统利用了流体力学原理来控制室内空气的温度。
热空气和冷空气通过空气管道系统进行输送。
这些系统利用了流体的热传导性质和流动行为,通过循环流体来调节室内温度。
汽车引擎和润滑系统汽车引擎和润滑系统使用了多种流体力学原理。
引擎中的燃烧过程产生的气体推动活塞,驱动汽车。
润滑系统通过利用润滑油的流动性和黏度特性来减少引擎部件之间的摩擦和磨损。
管道输送在石油和天然气工业中,管道输送是一种常见的方式。
这些管道运用了流体力学原理,通过控制流体的压力和流速来实现长距离的输送。
此外,输送水和液化气体等流质也经常会使用管道来进行。
生活中的流体力学:一、定义自然通风是指利用建筑物内外空气的密度差引起的热压或室外大气运动引起的风压来引进室外新鲜空气达到通风换气作用的一种通风方式。
它不消耗机械动力,同时,在适宜的条件下又能获得巨大的通风换气量,是一种经济的通风方式。
自然通风在一般的居住建筑、普通办公楼、工业厂房(尤其是高温车间)中有广泛的应用,能经济有效地满足里面人员的室内空气品质要求和生产工艺的一般要求。
二、自然通风的作用原理虽然自然通风在大部分情况下是一种经济有效的通风方式,但是,它同时又是一种难以进行有效控制的通风方式。
我们只有在对自然通风作用原理了解的基础上,才能采取一定的技术措施,使自然通风基本上按预想的模式运行。
同样,在计算方面,也需要在一系列的简化条件下进行的:1.空气在流动过程中是稳定的,即假定所有可以引起自然通风的因素不随时间变化。
2.在同一水平面上各点的静压力均相等,静压沿高度方向的变化符合流体静力学的规律。
3.经开孔流入的射流,或室内热源所造成的射流,在到达排风窗孔前已经完全消散。
4.用封闭模型得出的空气动力系数适用于又能空气流动的孔口。
……如果建筑物外墙上的窗孔两侧存在压差Δp,空气就会流过该窗孔,空气流过窗孔时的阻力就等于Δp。
其中:Δp——窗孔两侧的压力差(Pa);v——空气流过窗孔时的流速(m/s);ρ——通过窗孔空气的密度(kg/m3);ζ——窗孔的局部阻力系数.通过窗孔的空气量按下式计算:其中:qm——通过窗孔的空气量(kg/s);qv——通过窗孔的空气流量(m3/s);F——窗孔的面积(m2).从上式可以看出,如果窗口两侧的压差Δp和窗孔的面积F已知,就可以求得通过该孔的空气量qm。
要实现自然通风,窗孔两侧必须有压差Δp。
三、热压作用下的自然通风——单层建筑由流体静力学基本原理知,大气压力与距离地面的高程有关:离地面越高,压力就越小,由高程引起的上下压力差值等于:高差×空气密度×重力加速度。
生活中的流体力学
姚**
北京科技大学数理学院,北京,100083
Email:
Sunday, June 10, 2012
摘要:本文介绍了流体力学的基本定理,牛顿黏性定率,并给出了流体力学在生活中的几个利用的例子。
关键字:流体力学生活牛顿流体
1、牛顿粘性定理和非牛流体
英国科学家牛顿于1687年,发表了以水为工作介质的一维剪切流动的实验结果。
实验是在两平行平板间充满水时进行的,下平板固定不动,上平板在其自身平面内以等速U向右运动。
此时,附着于上、下平板的流体质点的速度,分别是U和0,如图1-1,两平板间的速度呈线性分布,斜率是黏度系数。
由此得到了著名的牛顿黏性定律。
[1]
图1-1 牛顿粘性定律
而斯托克斯1845年在牛顿粘性定律的基础上,作了应力张量是应变率张量的线性函数、流体各向同性及流体静止时应变率为零的三项假设,从而导出了广泛应用于流体力学研究的线性本构方程,以及被广泛应用的纳维-斯托克斯方程(简称:纳斯方程)。
后来人们在进一步的研究中知道,牛顿黏性实验定律(以及在此基础上建立的纳斯方程),对于描述像水和空气这样低分子量的简单流体是适合的,而对描述具有高分子量的流体就不合适了,那时剪应力与剪切应变率之间己不再满足线
性关系。
为区别起见,人们将剪应力与剪切应变率之间满足线性关系的流体称为牛顿流体,而把不满足线性关系的流体称为非牛顿流体。
人身上的血液、淋巴液、囊液等多种体液,以及像细胞质那样的“半流体”,都属于非牛顿流体。
2、几个生活中流体力学应用的例子
2.1、汽车设计上的流体力学
在我们身边来来往往飞驰的汽车,更是与流体力学的巧妙结合。
以汽车为例,影响和提升汽车的动力特性的装置主要的是它的导流罩。
研究表明,在厢式货车上安装导流罩,可以大幅度的降低气动阻力、节省燃料消耗。
安装导流罩使得气动阻力系数曲线上的临界雷诺数增大:设置薄壁式的导流罩底边和驾驶室顶面之间的间隙,可以增强导流罩的减阻效果。
在厢式货车尾部安装涡流稳定器,可以降低尾涡区内气流能量的消耗,使静压回升,压差阻力减小。
图2-1-1 鱼型图2-1-2 楔型
前上部导流罩装在驾驶室顶上,能将迎面气流导向车顶和侧围,消除或向高出驾驶室顶部以及驾驶室与货箱之间空间的影响。
他有三种形式:板罩式,立体式和涡流凹板式,三种形式分别可使气动阻力降低20%~30%,25%~35%,15%~20%,第一种已被大量采用,第二种用得比较广,第三种使用的有限。
前下部导流罩和前侧阻翼板,俩者均装在保险杠上,下部导流罩使进入车下的导流不与车下部分突出的构建相互作用,从而可使汽车的气动阻力降低10%~15%。
车身前侧导流罩和前侧翼板,这俩种装置都在车身前部分的流线形,可以改善车身部分的流线形,使汽车的气动阻力分别降低10%~15%和5%~10%。
导流罩对卡车的气动特性有很大的影响。
卡车要采用辅助措施使其有平滑的过渡面,是其表面外形不易产生涡流。
最重要的是导流罩的处理,应由到气流平顺的流过顶盖。
厢式货车安装导流罩可使汽车表面的流谱发生重要变化,流谱的改变可大幅度的减小气动阻力,对减阻节能意义重大。
[2]
2.2、游泳中的流体力学
同样在游泳的时候,也受到流体的作用。
游泳是在水中进行的周期性运动。
人在水中的漂浮能力与身体所持姿势直接相关。
身体保持流线型(吸足气),使重心与水的浮心接近一条直线,就能漂浮较长时间;如果先吸足气,双臂却紧贴体侧,胸腔虽充足气,但下肢相对上身比重较大,下肢很快就会下沉。
因此,游泳不但要充分利用水的浮力,如图2-1所示。
而且要尽量减少失去浮力的时间,如头不要抬得太高,身体不能起伏转动太大,空中移臂时间宜短等。
图2-2-1 游泳中的流体力学
游泳者游进时受到相反方向的阻力作用。
游泳得阻力包括水的摩擦阻力、波浪阻力和物体得形状阻力。
设流线型物体的阻力为1,那么其他形状物体的阻力就大几倍至100倍。
推进力是指做臂划水或腿打水(蹬夹水)动作时给水一个作用力,水就给人体一个力量大小相等的反作用力,这个力就叫推进力。
游泳就是靠臂绕肩关节和腿绕髋关节,以复杂的弧线做圆周运动。
根据圆周运动的有关原理,角速度相等时,半径越长线速度越大。
所以,游泳运动过程中,距肩和髋最远的手和脚的速度最大。
臂划水的作用面是手掌和前臂,腿打、踢水的作用面主要是脚面和小腿前侧;腿蹬夹水的主要作用面则是脚和小腿内侧。
增加这些部位对水的横切面(如佩带蹼具等),就能产生更大的推进力。
同样在游泳的时候,也受到流体的作用。
游泳是在水中进行的周期性运动。
人在水中的漂浮能力与身体所持姿势直接相关。
身体保持流线型(吸足气),使重心与水的浮心接近一条直线,就能漂浮较长时间;如果先吸足气,双臂却紧贴体侧,胸腔虽充足气,但下肢相对上身比重较大,下肢很快就会下沉。
因此,游泳不但要充分利用水的浮力,而且要尽量减少失去浮力的时间,如头不要抬得太高,身体不能起伏转动太大,空中移臂时间宜短等。
游泳者游进时受到相反方向的阻力作用。
游泳得阻力包括水的摩擦阻力、波浪阻力和物体得形状阻力。
设流线型物体的阻力为1,那么其他形状物体的阻力就大几倍至100倍。
推进力是指做臂划水或腿打水(蹬夹水)动作时给水一个作用力,水就给人体一个力量大小相等的反作用力,这个力就叫推进力。
游泳就是靠臂绕肩关节和腿绕髋关节,以复杂的弧线做圆周运动。
根据圆周运动的有关原理,角速度相等时,半径越长线速度越大。
所以,游泳运动过程中,距肩和髋最远的手和脚的速度最大。
臂划水的作用面是手掌和前臂,腿打、踢水的作用面主要是脚面和小腿前侧;腿蹬夹水的主要作用面则是脚和小腿内侧。
增加这些部位对水的横切面(如佩带蹼具等),就能产生更大的推进力。
2.3、猫喝水用到的流体力学知识
人们都知道猫喝水时会先伸出舌头,舌头前端卷曲,如同字母“J”。
麻省理工学院、弗吉尼亚理工大学和普林斯顿大学研究人员反复播放高速摄影机拍摄的家猫喝水画面后发现,与人们先前所知不同,猫的舌头不是完全浸入水中,而是在舌尖碰到水面后迅速收回,这样,在运动的舌头和水面中间就会形成一道细小的水柱。
水柱随着猫舌“ 飞”向猫咪的口腔,此时,猫会闭上嘴巴,既喝到“送上门”的水,又不会弄湿下巴。
图2-3-1 小猫喝水中的流体力学
细小水柱由重力与惯性间微妙的平衡形成:重力把水向下“拉”,惯性让水保持向猫舌头收缩方向前进。
猫科动物以这种方式喝水是本能。
家猫喝水时,平均每秒能伸缩舌头四次,每次可以喝到 0.1毫升水。
为保持重力和惯性间平衡,大型猫科动物伸缩舌头的频率稍慢。
普林斯顿大学机械与航空工程系博士杰弗里·阿里斯托夫说:“猫科动物每
次能喝到水的量取决于它舌头的大小和运动速度。
我们的研究表明,猫科动物会自行决定舌头的运动速度,以便每次能喝到尽可能多的水。
这意味着,猫科动物比人们想象中聪明,至少在流体力学领域是这样。
”
3、总结
流体力学在生活中有很多的应用,生活中的很多事物都在经意或不经意中巧妙地掌握和运用了流体力学的原理,让其行动变得更灵活快捷。
参考文献
[1] 潘文全. 工程流体力学. 北京:清华大学出版社,1988
[2] 屠大燕主编. 流体力学与流体机械. 北京:中国建筑工业出版社,1999。