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1、第一章第一章 流体的运流体的运动动现在学习的是第1页，共49页前言前言掌握物理学提出问题、分析问题、解决问题的思路，提高思维能力、动手能力，培养学习方法（教会、学会、会学）了解物理学与相关前沿科学关系（信息科学、通讯技术、新材料），了解物理学最新发展 了解物理学与生命科学的关系 现在学习的是第2页，共49页内容内容流体的运动 液体的表面现象 正弦交流电 振动与波动 光的波动性 现在学习的是第3页，共49页注意事项注意事项平时要求 上课（课堂测验）、作业、小论文（小讲座）上课（课堂测验）、作业、小论文（小讲座）考试 期末考试期末考试成绩 考试成绩考试成绩+平时成绩平时成绩+奖励成绩奖励成绩现在学
2、习的是第4页，共49页 第一章第一章 流体的运动流体的运动 现在学习的是第5页，共49页第一节 理想流体的稳定流动 1、理想流体模型的建立 2、稳定流动、流线和流管 3、连续性原理第二节 伯怒利方程及其应用 1、伯怒利方程 2、伯怒利方程的应用第三节 粘滞流体的流动 1、牛顿粘滞定律 粘滞系数 2、流体的湍流 雷诺数现在学习的是第6页，共49页第四节 泊肃叶方程及其应用 1、泊肃叶方程 2、泊肃叶方程的应用 第五节 斯托克斯定律及其应用 1、托克斯定律 2、小球在粘滞流体中的沉降 3、沉降分离与离心分离现在学习的是第7页，共49页流体:液体和气体都具有流动性，统称为流体 流体的特点：流动性 可
3、压缩性 粘滞性 现在学习的是第8页，共49页流体动力学流体动力学流体力学流体力学流体流体静静力学力学压强、阿基压强、阿基米德原理、米德原理、表面张力、表面张力、毛细现象毛细现象流体流体运动运动学学流体动力学流体动力学现在学习的是第9页，共49页自然界中与流体力学有关的现象自然界中与流体力学有关的现象 现在学习的是第10页，共49页自然界中与流体力学有关的现象自然界中与流体力学有关的现象现在学习的是第11页，共49页自然界中与流体力学有关的现象自然界中与流体力学有关的现象现在学习的是第12页，共49页自然界中与流体力学有关的现象自然界中与流体力学有关的现象现在学习的是第13页，共49页自然界中与
4、流体力学有关的现象自然界中与流体力学有关的现象现在学习的是第14页，共49页流体运动流体运动 复杂性 流体没有固定的形状，体积会发生变化，存在内摩擦力，有层流、流体没有固定的形状，体积会发生变化，存在内摩擦力，有层流、湍流，流体中运动物体的形状、运动的速度、物体表面性质、温湍流，流体中运动物体的形状、运动的速度、物体表面性质、温度度重要性 航空、航天、航海航空、航天、航海 、军事、军事 ，与农业、生命科学有关，与农业、生命科学有关 现在学习的是第15页，共49页理想流体的稳定流动 理想流体模型的建立 稳定流动、流线和流管 连续性原理 现在学习的是第16页，共49页理想流体模型的建立理想流体模型
5、的建立理想流体：绝对不可压缩且完全没有粘滞性的流体 现在学习的是第17页，共49页稳定流动稳定流动如果流速只是空间位置的函数，而与时间无关，这种流动称为稳定流动，或称定常流动。稳定流动：v=v（x、y、z）；v与t无关 现在学习的是第18页，共49页流线流线设想在流体中作一些曲线，其上任意一点的切线方向都与流体质点流经该点的速度方向一致，这样的曲线叫做流线。流线不可能相交。现在学习的是第19页，共49页流管流管流体作稳定流动时，流体内部由流线围成的管状区域流体作稳定流动时，流体内部由流线围成的管状区域称为流管称为流管 现在学习的是第20页，共49页连续性原理连续性原理 前提：前提：理想流体的稳
6、定流动理想流体的稳定流动 同一流管的任意两截面处的流量相等同一流管的任意两截面处的流量相等 现在学习的是第21页，共49页伯努利方程及其应用伯努利方程及其应用 伯努利方程 伯努利方程的应用 现在学习的是第22页，共49页伯努利方程伯努利方程 =恒量理想流体在流管中作稳定流动时,同一细流管中，任一截面处，单位体积的动能和重力势能以及该点的压强之和为一常量 适用条件：理想流体、稳定流动、沿同一流线现在学习的是第23页，共49页伯努利方程的推导伯努利方程的推导 待研究对象 对象的能量变化 外力作功 现在学习的是第24页，共49页问题：伯努利方程的物理本质是什么？现在学习的是第25页，共49页伯努利方
7、程的应用伯努利方程的应用 空吸作用空吸作用现在学习的是第26页，共49页现在学习的是第27页，共49页驻点驻点 流体内放入一个障碍物，流体被迫分成两流体内放入一个障碍物，流体被迫分成两路绕过物体，在物体前方流体开始分开的路绕过物体，在物体前方流体开始分开的地方，在流线上的流速等于零，这点称为地方，在流线上的流速等于零，这点称为驻点驻点,如下图中如下图中O点。点。现在学习的是第28页，共49页例、用一根5cm2均匀截面的虹吸管把容积极大的容器中的水吸出，虹吸管最高点在水面上60cm处，出水口在水面下80cm处。设水为理想流体，大气压强为101300Pa，试计算在稳定流动时，管内最高点的压强和虹吸
8、管的流量。h1=60cmh2=80cm现在学习的是第29页，共49页例、液槽顶部的压强为P液槽内离开液面h处开一小孔，液体密度为，在液槽侧面小孔处的压强为大气压强P0，求小孔流速？自由液面：（与自由自由液面：（与自由落体比较）落体比较）有超压的射流：（有超压的射流：（当当PPPP0 0时，时，喷雾器的模型）喷雾器的模型）现在学习的是第30页，共49页本题求解要点：1 1、理想流体、稳定流动、理想流体、稳定流动 ，确定应该用伯努利方程，确定应该用伯努利方程 2 2、找流线、找流线 3 3、再找流线上的关键点（所谓关键点即是包含已知条件、再找流线上的关键点（所谓关键点即是包含已知条件和求解问题）和
9、求解问题）现在学习的是第31页，共49页粘滞流体的流动粘滞流体的流动 牛顿粘滞定律 粘滞系数 流体的湍流 雷诺数 现在学习的是第32页，共49页现在学习的是第33页，共49页层流：流体作有规则的运动，在运动过程中，各质点之间互不混淆、干扰，流动层次分明，各层之间作相对滑动，没有垂直分速度。各流层流速有规则逐渐变化。管轴处流速最大，管壁处流速为零。ZBA现在学习的是第34页，共49页牛顿粘滞定律牛顿粘滞定律 粘滞系数粘滞系数 :粘滞力 :粘滞系数 单位：帕秒 :速度梯度 :流体层接触面积 现在学习的是第35页，共49页由于大多数情况下，流体在圆管内流动，所以速度梯度常表示为 ，因此牛顿粘滞定律也
10、相应变为：现在学习的是第36页，共49页流体的湍流流体的湍流 雷诺数雷诺数 Re：雷诺数：流体密度 v：流体在管道中的平均流速 d：管道的直径：粘滞系数 现在学习的是第37页，共49页英国物理学家雷诺经过大量实验研究，于1883年提出：在管道中流动的流体，由层流变成湍流的条件可用雷诺数来确定。当Re 3000 时，流体的流动为湍流 当 2000 Re 3000时，流体的流动为不稳定的过渡状态。雷诺相似定理：在几何形状相似的管道里流动的流体，不论、v、d 的值如何，只要Re相同，则它们的流动类型相同。利用此定理，可在实验室中用水工模型来模拟江河水的流动，用风洞试验来研究飞机的飞行等。现在学习的是
11、第38页，共49页例：计算在一根直径为2cm的水管内，水流动速度达到多大时为湍流（不产生湍流的最大流速），水的粘滞系数为1.0*10-3 PaS。0.150.15米米/秒秒现在学习的是第39页，共49页泊肃叶方程及其应用泊肃叶方程及其应用 泊肃叶方程 泊肃叶方程的应用 现在学习的是第40页，共49页泊肃叶方程推导泊肃叶方程推导通过力平衡泊肃叶方程实质是什么？研究圆管的流量问题连续性原理也是讲流量问题,两者有什么联系，又有什么区别？都是求流量，流管内流速分布不同截面上的流速大小不相同，如何求流量？积分如何求出速度分布V(r)？现在学习的是第41页，共49页泊肃叶方程泊肃叶方程 条件：稳定流动、层
12、流、粘滞流体泊肃叶方程是讨论稳定流动的流管中的流量问题 现在学习的是第42页，共49页rRdrff+dfP1P2rvR0流速分布图现在学习的是第43页，共49页泊肃叶方程的应用泊肃叶方程的应用 现在学习的是第44页，共49页例：某种液体在长1m，半径为2mm的水平圆管中流动，若测得流量为2cm3/s，两端压强差为24000Pa，求该液体的粘滞系数。0.075PaS 现在学习的是第45页，共49页斯托克斯定律及其应用斯托克斯定律及其应用 托克斯定律 小球在粘滞流体中的沉降 沉降分离与离心分离 现在学习的是第46页，共49页当固体在流体中运动时，若固体与流体的相对速度不大，流体可视为作稳定层流，此时固体所受的阻力：当固体为小球时:现在学习的是第47页，共49页斯托克斯公式斯托克斯公式 钢球在液体中下沉 斯托克斯公式适用于运动缓慢的小球体，雷诺数比1小 F浮力Gf现在学习的是第48页，共49页沉降分离与离心分离沉降分离与离心分离现在学习的是第49页，共49页