《流体性质和流体静力学基础课件.pptx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《流体性质和流体静力学基础课件.pptx（36页珍藏版）》请在taowenge.com淘文阁网|工程机械CAD图纸|机械工程制图|CAD装配图下载|SolidWorks_CaTia_CAD_UG_PROE_设计图分享下载上搜索。
1、 流体力学是以理论分析与实践相结合的方法，研究流体力学是以理论分析与实践相结合的方法，研究流体平衡和运动的规律，并运用这些规律解决实际工程流体平衡和运动的规律，并运用这些规律解决实际工程问题的学科。问题的学科。 流体力学包括流体静力学和流体动力学两部分。流体流体力学包括流体静力学和流体动力学两部分。流体静力学是研究流体在静止状态下的力学规律以及这些规律静力学是研究流体在静止状态下的力学规律以及这些规律在工程上的应用；流体动力学则是研究流体的运动规律及在工程上的应用；流体动力学则是研究流体的运动规律及应用应用 。 本篇主要讲述：本篇主要讲述：流体的性质和流体静力学基础知识，流体的性质和流体静力学
2、基础知识，一元流体动力学基础知识，流动阻力和能量损失以及管路一元流体动力学基础知识，流动阻力和能量损失以及管路计算。计算。 第一节第一节 流体的主要力学性质流体的主要力学性质一、流体及其基本特性一、流体及其基本特性 1. 什么是什么是流体流体 ? 在任何微小剪切力的持续作用下，能够产生在任何微小剪切力的持续作用下，能够产生连续变形的物质称为流体连续变形的物质称为流体 。 流体特性流体特性: 流动性流动性 流体包括流体包括气体气体和和液体液体 气体气体: 可压缩流体可压缩流体 液体液体: 不可压缩流体不可压缩流体2. 流体与固体流体与固体3. 液体与气体液体与气体二二、 流体连续性假定流体连续性
3、假定 认为流体是由彼此之间没有间隙的无数流体微认为流体是由彼此之间没有间隙的无数流体微团（又称为流体质点）所组成，是一个内部团（又称为流体质点）所组成，是一个内部没有间没有间隙的连续体隙的连续体。 它使得流体一切的力学性质都可以被看为变量它使得流体一切的力学性质都可以被看为变量的连续函数，因而在解决流体力学实际问题时，就的连续函数，因而在解决流体力学实际问题时，就能用能用连续函数连续函数这一有力的数学工具去分析和研究。这一有力的数学工具去分析和研究。 三、三、 流体的主要力学性质流体的主要力学性质 压缩性和膨胀性压缩性和膨胀性 液体的压缩性和膨胀性液体的压缩性和膨胀性 pVV 1pp1p TV
4、V 1VT1V 实验表明，液体的体积压缩系数和体积膨胀实验表明，液体的体积压缩系数和体积膨胀系数都很小系数都很小 , 可忽略。可忽略。气体的压缩性和膨胀性气体的压缩性和膨胀性 如在空调系统的风如在空调系统的风道中流动的空气道中流动的空气 2. 黏滞性黏滞性 拖力拖力和和阻力阻力是同是同时出现的大小相等、时出现的大小相等、方向相反的一对力，方向相反的一对力，且分别作用在相邻流且分别作用在相邻流体层的接触面上体层的接触面上, 称称内摩擦力内摩擦力，也称为，也称为黏黏滞力滞力。 yv0BAdyvv+dvdy yvAFddyvAFdd牛顿型流体牛顿型流体: 如空气和水等低分子流体如空气和水等低分子流体
5、 非牛顿型流体非牛顿型流体: 如油脂、牙膏、水泥浆、如油脂、牙膏、水泥浆、 高分子化合物溶液等高分子化合物溶液等 动力黏度的单位动力黏度的单位:lPas=10P=1000cPPas (SI制制)； P（泊）或（泊）或cP（厘泊）（厘泊）( cgs制制) 运动黏度的单位运动黏度的单位:1st=100cst m2/s (SI制制)； cm2/s，简写为，简写为st（stoket） ( cgs制制) 动力黏度动力黏度 与密度与密度 的比值称为运动黏度，通常的比值称为运动黏度，通常用符号用符号 来表示。来表示。 (4) 运动黏度运动黏度 例例8-1 所谓理想流体是指一种假想的无黏性流体，所谓理想流体是
6、指一种假想的无黏性流体，是是种流动时没有阻力的流体。种流动时没有阻力的流体。 (5) 理想流体理想流体 黏性是产生流动阻力的内在原因，它对流体运动黏性是产生流动阻力的内在原因，它对流体运动有着重要的影响。有着重要的影响。 黏性只有在黏性只有在流体运动时流体运动时才显示出来。才显示出来。 vdDL3. 表面张力特性表面张力特性表面张力表面张力: 使液体表面有收缩趋势的力。使液体表面有收缩趋势的力。 表面张力特性表面张力特性: 液体在自由表面上能承受微小液体在自由表面上能承受微小张力的特性。张力的特性。表面张力特性是液体特有的性质。表面张力特性是液体特有的性质。 毛细管现象毛细管现象 : 在在附加
7、压力附加压力下，液体便会在细管下，液体便会在细管内上升或下降一定的高度的现象。内上升或下降一定的高度的现象。 四、作用于流体上的力四、作用于流体上的力 表面力表面力 质量力质量力作用在流体上的质量力有两种作用在流体上的质量力有两种:内部每一个质点上的力，与流体内部每一个质点上的力，与流体质量成正比质量成正比 流体自身的流体自身的重力重力惯性力惯性力, 即流体由于加速运动而产生的力。即流体由于加速运动而产生的力。 第二节第二节 流体静力学基础流体静力学基础一、流体静压力及其特性一、流体静压力及其特性 1. 流体静压力流体静压力 是指流体单位面积上承受的垂直于该表面的力。是指流体单位面积上承受的垂
8、直于该表面的力。 流体静压力流体静压力有别于热力学中的有别于热力学中的压力压力概念。流体即便在静概念。流体即便在静止的时候也承受着流体其它部分施加的压力。止的时候也承受着流体其它部分施加的压力。 2.流体静压力的基本特性流体静压力的基本特性（1）流体静压力的）流体静压力的方向总是与作用面相垂直，方向总是与作用面相垂直，并指向作用面。并指向作用面。 （2）在静止流体中，任意一点压力值的大小）在静止流体中，任意一点压力值的大小与作用面的方向无关与作用面的方向无关，只与该点的位置有关只与该点的位置有关。 二二、 流体静力学基本方程流体静力学基本方程1.流体静力学基本方程式流体静力学基本方程式推导推导
9、用于描述用于描述重力作重力作用下用下流体内部压流体内部压力变化规律的数力变化规律的数学表达式学表达式 如图如图, 取液体中一垂直小液体柱，有取液体中一垂直小液体柱，有A，h，p0，p。 经推导得经推导得:ghpp0从静止液体中任选从静止液体中任选1、2两点，推导得两点，推导得: gpzgpz2211Cgpz2. 讨论讨论（1）在静止液体内部，压力随深度直线变化，且越深的）在静止液体内部，压力随深度直线变化，且越深的地方压力值越大。地方压力值越大。（2）静止液体中任意一点的压力等于液面压力）静止液体中任意一点的压力等于液面压力p0和该点和该点深度深度h、液体密度、液体密度 、重力加速度、重力加速
10、度g乘积之和。静压力的大乘积之和。静压力的大小与容器形状无关。小与容器形状无关。 （3）当液面上的压力）当液面上的压力p0有变化时，液体内部各点的压力有变化时，液体内部各点的压力也发生同样大小的改变，即也发生同样大小的改变，即帕斯卡原理帕斯卡原理。 （4）压力差的大小也可用液柱高度来表示，此时须注明压力差的大小也可用液柱高度来表示，此时须注明是何种液体。即是何种液体。即:hgpp0ghpp0Cgpz（5）在各不相同位置处单位重量液体所具有的机械能总在各不相同位置处单位重量液体所具有的机械能总和是相等的和是相等的。即。即: （6）对气体）对气体, gh一项通常可以忽略，认为一项通常可以忽略，认为
11、p p0 。 上述的方程式只适用于上述的方程式只适用于静止连通着的同一种连续的静止连通着的同一种连续的流体流体 。Cgpzz : 表示单位重量液体的势能，表示单位重量液体的势能，gp:表示单位重量液体的压力能表示单位重量液体的压力能 如蒸汽锅炉或氧气瓶内压力，如蒸汽锅炉或氧气瓶内压力，均可看作是各点相等均可看作是各点相等三、三、 流体静力学基本方程式的应用流体静力学基本方程式的应用1.连通器与等压面连通器与等压面（1）连通器连通器 两个或多个相互连通的液体容器。两个或多个相互连通的液体容器。 特点特点 : 连通器中同一种连续液体相同高度的两个液面压力相连通器中同一种连续液体相同高度的两个液面压
12、力相等。等。 连通器的两段液柱间有气体时，应注意到气体空间各连通器的两段液柱间有气体时，应注意到气体空间各点压力相等。点压力相等。 连通器中若装有相同的液体，但两边液面上的压力连通器中若装有相同的液体，但两边液面上的压力不等，则承受压力较高的一侧液面位置较低，承受压不等，则承受压力较高的一侧液面位置较低，承受压力较低的一侧液面位置较高。力较低的一侧液面位置较高。0201pp h2h1 连通器中装有密度不同而又互不相混的两种液体，且连通器中装有密度不同而又互不相混的两种液体，且两侧液面上压力相等时，装有密度较小液体的一侧液面两侧液面上压力相等时，装有密度较小液体的一侧液面较高，装有密度较大液体的
13、一侧液面较低。较高，装有密度较大液体的一侧液面较低。h2h1 1 2 表明表明: 当连通器内装有两种互不当连通器内装有两种互不相混的液体时，液体的相混的液体时，液体的密度与密度与自分界面算起的液体高度成反比自分界面算起的液体高度成反比。 可以用来测定液体密度或可以用来测定液体密度或进行液柱高度换算进行液柱高度换算 （2）等压面等压面 在静止液体中，由在静止液体中，由压力相等的各点组成的面压力相等的各点组成的面称为等压面。称为等压面。 容器中液体的自由表面是等压面。容器中液体的自由表面是等压面。 在静止、同种、连续的液体中，水平面是等压面。在静止、同种、连续的液体中，水平面是等压面。 液面下任一
14、水平面都是等压面。液面下任一水平面都是等压面。 分析解决液体分析解决液体平衡问题很有平衡问题很有用用 找找等找找等压面压面? 例例8-2 判断图判断图8-9中，中，AA（a、b、c 、d），），BB，EE是否为等压面，并说明理由。是否为等压面，并说明理由。AABBEE空 气水水 银abcd水水 例例8-4 如图如图8-10，液体，液体1和液体和液体3的密度相等，的密度相等， 1g 3g 8.14 kN/m3，液体，液体2的的 2g 133.3kN/m3。已。已知：知：h1 16cm，h2 8cm，h3 12cm。（。（1）当）当pB 68950Pa时，时，pA等于多少等于多少?（2）当）当pA
15、 137900Pa时，且大气压力计的读数为时，且大气压力计的读数为95976Pa时，求时，求B点的表点的表压力为多少压力为多少?解题步骤：解题步骤： 选择正确的等压面选择正确的等压面。选择等压面是解决问题的关键，。选择等压面是解决问题的关键，根据等压面的条件，选择包含已知条件和未知量的符合根据等压面的条件，选择包含已知条件和未知量的符合条件的水平面为等压面，一般选在两种液体的分界面或条件的水平面为等压面，一般选在两种液体的分界面或气液分界面上。气液分界面上。 根据具体情况，列出每个等压面的压力表达式，从而根据具体情况，列出每个等压面的压力表达式，从而把等压面压力与已知点压力、未知点压力联系起来
16、。把等压面压力与已知点压力、未知点压力联系起来。 令等压面压力相等，得到求解未知点压力的方程式。令等压面压力相等，得到求解未知点压力的方程式。 解此方程计算未知压力。注意单位的换算。解此方程计算未知压力。注意单位的换算。2. 液柱式测压计液柱式测压计根据其转换原理不同，大致可分为四类：根据其转换原理不同，大致可分为四类： 液柱式测压计液柱式测压计 弹簧式测压计弹簧式测压计 电气式测压计电气式测压计 活塞式测压计活塞式测压计 精度较高，且结构简单，使用方精度较高，且结构简单，使用方便，但量程较小，所以常用于测便，但量程较小，所以常用于测量低压、真空度和压力差量低压、真空度和压力差 （1）测压管测
17、压管 为一根直径不小于为一根直径不小于5mm两端开口的玻璃直管或两端开口的玻璃直管或U形管。形管。应用时一端和流体所要测量压力之处相连接，另一端开口应用时一端和流体所要测量压力之处相连接，另一端开口与大气相通根据管中液面上升的高度可以得到被测点的流与大气相通根据管中液面上升的高度可以得到被测点的流体静压力值。体静压力值。 该指示液的密度要大该指示液的密度要大于被测流体的密度，于被测流体的密度，且两者不能互溶且两者不能互溶 （b）和（）和（c）中）中U形玻璃管内装有密形玻璃管内装有密度为度为 i的工作液体的工作液体（又称（又称指示液指示液）.测气体时测气体时可忽略气柱可忽略气柱高度产生的压力表高
18、度产生的压力表（2）U形管压差计形管压差计 压差计是用来测量流体两点间压力差的仪器，常用压差计是用来测量流体两点间压力差的仪器，常用U形形玻璃管制成，只是两端均需接到被测流体玻璃管制成，只是两端均需接到被测流体A、B两处，按两处，按U形管中指示液的高度差可计算出形管中指示液的高度差可计算出A、B两处的压力差。两处的压力差。 1A2BAiBAghghhgppA AB B11h h2h1i 当当A、B两处压差较小，可用两处压差较小，可用倒倒U形管压差计形管压差计来测量。倒来测量。倒U形管压差计的指示液密度比被测流形管压差计的指示液密度比被测流体密度要小。体密度要小。 hgghghppiA2B1AB
19、A例例8-5 A AB Bh h1h2i（3）倾斜式微压计倾斜式微压计 在在测定较小压力（或压差测定较小压力（或压差）时，为了提高测量精度，）时，为了提高测量精度，可以采用斜式微压计，如图可以采用斜式微压计，如图8-14所示。微压计所示。微压计一般用于测一般用于测量气体压力量气体压力，测量时容器，测量时容器A要与被测点处相连，测压管要与被测点处相连，测压管B与水平方向夹角为与水平方向夹角为 。 sinbglppsin21glpp改变改变倾角倾角 或测量介质或测量介质密度密度 ，可以提高测量精度，可以提高测量精度 例例8-5 对于压力较高的密封容器，为了增加量对于压力较高的密封容器，为了增加量程，可以采用复式水银压差计，如图程，可以采用复式水银压差计，如图8-15所示。已所示。已知测压管中各液面的相对高度为知测压管中各液面的相对高度为h12 1.3m，h34 0.8m，h54 1.7m。压差计内的指示液为水银，。压差计内的指示液为水银，其密度为其密度为13600kg/m3。试求容器水面上的表压力。试求容器水面上的表压力。水的密度为水的密度为1000 kg/m3。 P108 5、12 、15 、 22