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1、流体的运动2水流抽气机示意图水流抽气机示意图水流抽气机原理：水流抽气机原理：如图，当水流流速达到一定值时，如图，当水流流速达到一定值时，窄口处压强下降到一定值，形成负压，窄口处压强下降到一定值，形成负压，将空气吸入带走，与抽气机连接的容将空气吸入带走，与抽气机连接的容器中的气压可达器中的气压可达0.10.1个大气压。个大气压。S1 v1=S2 v2=Q 2、流量计：、流量计：汾丘里流量计是一种最简单的流汾丘里流量计是一种最简单的流量计，量计，测量时如图放置。在测量时如图放置。在1212两点处取截面两点处取截面S S1 1SS2 2，应用伯努利方程得，应用伯努利方程得上图稍加改装即可用来测气体流
2、量上图稍加改装即可用来测气体流量汾丘里（汾丘里（Venturi meterVenturi meter）流量计）流量计21h3、流速计、流速计皮托管流速计：皮托管流速计：4、体位对、体位对血血压的影响压的影响直立時，头部压力最小，足底压力最大平躺時各部压力大致一致 通常是利用和心脏高度相同的手臂处測血压v 体位对血压的影响 1kPa=7.52mmHg 1mmHg=0.133kPa 求小孔流速P0,vA0P0,vB=？地铁安全线 伯努利管例：例：bhp0p0a解：解：小孔流速小孔流速b例：例：不考虑流体的粘性，在不少情况下，可对现象做出令人满意的解释。然而，对另外一些情况，流体的粘性起重要作用，甚
3、至某些现象从本质上是由于粘性引起的，粘性由次要因素上升为主要因素，这时，就不得不考虑流体的粘性。首先讨论粘性流体的流动状态粘性流体的流动状态第三节第三节粘性流体的运动粘性流体的运动1、层流、层流:各层之间不相混杂的分层流动叫层流。一、一、层层流流和和湍湍流流层流图例：层流图例：甘油缓慢流动甘油缓慢流动流体的粘滞性2、湍流 当流速达到一定值时，各流层相互混淆，流体作不规则的运动，甚至形成旋涡。流动具有混杂、紊乱的特征时叫做湍流。3、过渡流、过渡流流动状态不稳定，可能是层流，也可能是湍流动状态不稳定，可能是层流，也可能是湍流，或是两者交替出现，与外界干扰情况有关。流，或是两者交替出现，与外界干扰情
4、况有关。流动状况实验流动状况实验雷诺实验装置雷诺实验装置1-小瓶；小瓶；2-细管；细管；3-水箱；水箱；4-水平玻璃管；水平玻璃管；5-阀门；阀门；6-溢流装置溢流装置在一端装有阀门的长玻璃管中充满水，稍开启阀门放水，并由小管注入有颜色水流，则可见管内颜色水成一稳定细直线，这种流动状态称为层流。当阀门开大，水流速度增加时，管中有色线产生振荡波动。再开大阀门到一定程度，流速增大，水流中有色线掺混紊乱，有垂直管轴方向的分速度，整个玻璃管中的水呈现均匀的颜色，甚至出现漩涡，此时称为湍流。3、湍流的特点、湍流的特点a.湍流消耗的能量比层流多；湍流消耗的能量比层流多；b.湍流能发出声音而层流则没有声音湍
5、流能发出声音而层流则没有声音。c.流速较大流速较大v 湍流 核爆蘑菇云 火山爆发二、牛顿粘滞定律二、牛顿粘滞定律(层流）层流）粘性力粘性力：流体内部不同部流体内部不同部分之间的摩擦力分之间的摩擦力如图所示，上层流体相对下层具有向右的速度如图所示，上层流体相对下层具有向右的速度v2-v1，因而下层流体对上层流体施加一向左的摩擦力因而下层流体对上层流体施加一向左的摩擦力f2，同时，同时上层流体对下层流体也施加一个向右的摩擦力上层流体对下层流体也施加一个向右的摩擦力f12.速度变化率：速度变化率：流速随空间位置流速随空间位置变化的快慢程度变化的快慢程度 3.速度梯度：速度梯度：平均速度变化率的极限平
6、均速度变化率的极限v1v2yxzf2f1速度梯度速度梯度反映了反映了任一任一X X处、相邻两液层间处、相邻两液层间流速变化的快慢程度。一般说来，它流速变化的快慢程度。一般说来，它是随而变化的，即在不同是随而变化的，即在不同X处处速度梯速度梯度有不同数值。度有不同数值。（平均）（平均）影响粘滞系数的因素影响粘滞系数的因素(1)(1)流体本身性质：不同流体粘度不同流体本身性质：不同流体粘度不同(2)(2)温度温度:液体液体:温度升高粘度降低温度升高粘度降低 气体气体:温度升高粘度增大温度升高粘度增大(3)(3)压强压强:高压下高压下,液体、气体粘度都增大液体、气体粘度都增大注注:流体之间只有滑动摩
7、擦流体之间只有滑动摩擦,无静摩擦无静摩擦粘滞系数粘滞系数单位单位:帕斯卡帕斯卡秒秒 PasPas 泊泊 P P粘滞力产生的原因粘滞力产生的原因:分子间作用力分子间作用力4.粘滞定律粘滞定律：实验表明，粘性力实验表明，粘性力f 的大小的大小与两流层的与两流层的接触面积接触面积S、速度梯度、速度梯度dv/dx成正比，即成正比，即为为粘度（系数粘度（系数），），是流体粘性大小的度量是流体粘性大小的度量（粘滞系数）（粘滞系数）式中式中=f=fs s为切应力，为切应力，表示作用在流层单位面表示作用在流层单位面积上的内摩擦力；积上的内摩擦力；xyvv=0dydx实验：实验：牛顿流体与非牛顿流体：牛顿流体与
8、非牛顿流体：凡凡遵遵守守牛牛顿顿粘粘滞滞定定律律的的流流体体称称为为牛牛顿顿流流体体，牛牛顿顿流流体体在一定温度下，在一定温度下，值一定。反之称为非牛顿流体。值一定。反之称为非牛顿流体。牛牛顿顿流流体体有有水水、血血浆浆、酒酒精精、稀稀油油、空空气气等等，非非牛牛顿顿流体有血液、泥浆、油漆、油墨、染料水溶液、原油等。流体有血液、泥浆、油漆、油墨、染料水溶液、原油等。一一般般来来说说，单单一一成成分分的的均均匀匀液液体体多多是是牛牛顿顿液液体体，含含有有悬悬浮浮物的液体多是非牛顿液体。物的液体多是非牛顿液体。测定粘度可对病情诊断提供有用的信息测定粘度可对病情诊断提供有用的信息三、雷诺数 是湍流还
9、是层流，与流体的粘性、流速、和管子尺寸有关，雷诺数可作为判断的依据。大量实验表明大量实验表明：qReRe10001000，流动类型为层流；，流动类型为层流；qReRe15001500，流动类型为湍流；，流动类型为湍流；q10001000ReRe15001500，流动类型不稳定，可能是层流，流动类型不稳定，可能是层流，也可能是湍流，或是两者交替出现，与外界干扰情也可能是湍流，或是两者交替出现，与外界干扰情况有关。况有关。注：注：a.对于弯曲或有分支的管子，出现湍流时对于弯曲或有分支的管子，出现湍流时ReRe的临界值较低。的临界值较低。b.b.人体里的心脏、主动脉、支气管等部位容易出现人体里的心脏
10、、主动脉、支气管等部位容易出现湍流。湍流。c.利用湍流有声的特点，可以辨别血流和呼吸是否正常，利用湍流有声的特点，可以辨别血流和呼吸是否正常，可以测量人体血压。可以测量人体血压。袖围式血压计袖围式血压计，是利用湍流的声音测量，是利用湍流的声音测量血压。这种测量血压的方法是尼古拉血压。这种测量血压的方法是尼古拉科科洛特科夫（俄国人）于年发明的，洛特科夫（俄国人）于年发明的，所利用的所利用的湍流声音湍流声音称为称为科氏音科氏音。大量临床应用证明，用这种血压计测量大量临床应用证明，用这种血压计测量血压，既科学、又安全、又准确，所以一血压，既科学、又安全、又准确，所以一直沿用至今。直沿用至今。一粘滞流
11、体的伯努利方程一粘滞流体的伯努利方程 设设不可压缩不可压缩的的粘滞流体粘滞流体作作稳定层流稳定层流，由于存在粘滞力，由于存在粘滞力，流体流动时需克服粘滞力作功，流体流动时需克服粘滞力作功，造成的能量损失造成的能量损失w12 ，则粘则粘滞流体的伯努利方程为滞流体的伯努利方程为注意：注意：式中式中v和和p分别为流管截面上速度和压强的平均值。分别为流管截面上速度和压强的平均值。例例1 1：水在等截面水平圆管内稳定流动水在等截面水平圆管内稳定流动第四节第四节粘滞流体的运动规律粘滞流体的运动规律说明：对实际流体，只有在等截面水平管两端存在一说明：对实际流体，只有在等截面水平管两端存在一 定压强差时定压强
12、差时,流体才能克服粘滞阻力作稳定流动。流体才能克服粘滞阻力作稳定流动。因因为为所以所以例例2 2：水在水在均匀水渠均匀水渠（开放的）中作稳定层流，设水（开放的）中作稳定层流，设水不深，求维持稳定层流的条件。不深，求维持稳定层流的条件。由已知条件：由已知条件：,P P1 1=P=P2 2=P=P0 0,则由粘滞则由粘滞流体的伯努利方程得流体的伯努利方程得说明说明:渠道必须有一定的高度差渠道必须有一定的高度差,才能使水在渠道作稳才能使水在渠道作稳定流动定流动.例例1 1图：图：二、泊肃叶定律二、泊肃叶定律 P1P2R，L粘性流体粘性流体在在等截面等截面水平圆管水平圆管中作中作层流层流时的运动规律时
13、的运动规律1、流量公式、流量公式设管半径为设管半径为R，管长为，管长为L，管两端压强差为，管两端压强差为P=P1-P2，粘粘滞系数为滞系数为，流量，流量为为Q，则，则2、流速分布、流速分布应用牛顿定律、牛顿粘性定律可推导出泊肃叶定律。应用牛顿定律、牛顿粘性定律可推导出泊肃叶定律。距管轴距管轴r处的流速处的流速抛物线抛物线管壁处：管壁处：r=R处，流速为零；处，流速为零；管中心处：管中心处：r=0处，流速最大。处，流速最大。3、平均流速平均流速粘滞流体连续性方程粘滞流体连续性方程泊肃叶定律泊肃叶定律平均流速平均流速在流体动力学中，泊肃叶公式有相当重要的意义。这一公在流体动力学中，泊肃叶公式有相当
14、重要的意义。这一公式还提供了式还提供了测定粘滞系数测定粘滞系数的方法，的方法，已知细管的半径和长已知细管的半径和长度，并测出这一长度上的压强差和流量，即可由泊肃叶公度，并测出这一长度上的压强差和流量，即可由泊肃叶公式算出粘滞系数。式算出粘滞系数。4、流阻、流阻流阻：流阻：流阻也可以串、并联，和电阻公式类似。流阻也可以串、并联，和电阻公式类似。5 5、泊肃叶定律的推导、泊肃叶定律的推导前提：前提：粘性流体在等截面粘性流体在等截面水平管中稳定层流。水平管中稳定层流。对前式积分得：对前式积分得：在管中取一半径为在管中取一半径为r r、厚度为、厚度为drdr的圆筒状流体元，的圆筒状流体元，该流体元的截
15、面积为：该流体元的截面积为：流体通过该流体元截面的流量为：流体通过该流体元截面的流量为：通过整个管截面的流体流量为：通过整个管截面的流体流量为：rdr三、斯托克斯定律三、斯托克斯定律（自学）（自学）当当物体在粘性流体中运动时，物体表面粘物体在粘性流体中运动时，物体表面粘附着一层流体，这一层流体与相邻的流体之间附着一层流体，这一层流体与相邻的流体之间存在粘性力，在运动中需克服这一阻力。若物存在粘性力，在运动中需克服这一阻力。若物体为球体，且流体相对于球体作层流运动，则体为球体，且流体相对于球体作层流运动，则阻力阻力小球沉降问题：小球沉降问题：小球在静止液体中作自由下落，小球在静止液体中作自由下落
16、，受力分析如图。由于受力分析如图。由于 fv,fv,则当则当F+f=G F+f=G 时，时，小球作匀速下降，且速度最大，称收尾速度小球作匀速下降，且速度最大，称收尾速度或沉降速度。或沉降速度。沉降分离与离心分离沉降分离与离心分离 (1)(1)沉降分离沉降分离 利用在重力作用下沉降使物质分离的方法称利用在重力作用下沉降使物质分离的方法称为沉降分离。由沉降速度公式为沉降分离。由沉降速度公式当当 =0 =0 时，颗粒处于平衡态，不能分离；当时，颗粒处于平衡态，不能分离；当 00 0时，颗粒沉降。当时，颗粒沉降。当、一定时一定时,只与只与R R有关，有关，R R越小越小 越小，当颗粒越小，当颗粒很小时
17、，由于扩散作用使沉降很困难很小时，由于扩散作用使沉降很困难.(2)(2)离心分离离心分离 利用高速离心机使物质沉降分离的方法称为利用高速离心机使物质沉降分离的方法称为离心分离。离心分离。离心机工作原理离心机工作原理:如图所示，当离心机高速旋转如图所示，当离心机高速旋转时，向心加速度远大于重力加速度，故可以克服扩散时，向心加速度远大于重力加速度，故可以克服扩散影响，使微小颗粒沉降。影响，使微小颗粒沉降。S S表示单位离心加速度引起的沉降速度，称沉降系数。是表示单位离心加速度引起的沉降速度，称沉降系数。是描述颗粒沉降特性的物理量描述颗粒沉降特性的物理量 当溶剂一定时，当溶剂一定时，S S只与颗粒性
18、质有关，与离心机无只与颗粒性质有关，与离心机无关。关。当当 0 0时时,颗粒向轴心方向移动，颗粒向轴心方向移动，S0S0，称上浮，称上浮系数。系数。SS的单位为斯威德伯的单位为斯威德伯(S),1(S)=10(S),1(S)=10-13-13 s.s.（3 3）沉降系数）沉降系数 在离心沉降中重力加速度可忽在离心沉降中重力加速度可忽 略不计，则沉降速度公式中略不计，则沉降速度公式中解解设某时刻水面到龙头的深度为设某时刻水面到龙头的深度为h连续性方程连续性方程 例例 一柱形容器，高一柱形容器，高1 1米、截面积为米、截面积为510-2米米2 2，储满水，在容器底部有一面积为储满水，在容器底部有一面积为210-4米米2 2的的 水龙头，问使容器中的水流尽需多少时间？水龙头，问使容器中的水流尽需多少时间？伯努利方程：伯努利方程：液面高度随时间下降液面高度随时间下降 式中式中=f=fs s为切应力，为切应力，表示作用在流层单位面表示作用在流层单位面积上的内摩擦力；积上的内摩擦力；xyvv=0dydx实验：实验：此课件下载可自行编辑修改，仅供参考！此课件下载可自行编辑修改，仅供参考！感谢您的支持，我们努力做得更好！谢谢感谢您的支持，我们努力做得更好！谢谢