1、 Fluid mechanics流體力學(xué)流體力學(xué): has to do with the behavior of fluid研究流體在外力作用下平衡和運動規(guī)律的科學(xué)研究流體在外力作用下平衡和運動規(guī)律的科學(xué)can be divided into two branches: fluid statics, fluids at rest, 流體靜力學(xué)流體靜力學(xué) fluid dynamics, fluids in motion. 流體動力學(xué)流體動力學(xué)v The fluid(water and coal gas) moves in the pump, flow meter and the pipe etc

2、., dynamics.vThe fluid is quiet in box, statics流體力學(xué)與科學(xué)技術(shù)之間的聯(lián)系流體力學(xué)與科學(xué)技術(shù)之間的聯(lián)系u航空與航海：航空與航海：飛機與輪船飛機與輪船的外形、操縱性、穩(wěn)定性的外形、操縱性、穩(wěn)定性u宇宙飛行器宇宙飛行器脫離和重返大脫離和重返大氣層氣層u石油化工、冶金、土建、石油化工、冶金、土建、混凝土的混凝土的輸運輸運u人體人體內(nèi)血液的流動，內(nèi)血液的流動，流體流動是本課程的基礎(chǔ)流體流動是本課程的基礎(chǔ)l 流體輸送：流體輸送：l 壓強、流速、流量的測量：壓強、流速、流量的測量：l 為強化設(shè)備提供適宜的條件為強化設(shè)備提供適宜的條件本章重點內(nèi)容本章重點內(nèi)容流

3、體靜力學(xué)方程及應(yīng)用流體靜力學(xué)方程及應(yīng)用質(zhì)量衡算和連續(xù)性方程質(zhì)量衡算和連續(xù)性方程能量衡算和柏努利方程能量衡算和柏努利方程流動阻力與能量損失流動阻力與能量損失管路計算管路計算什么是流體什么是流體流體是指一切在應(yīng)力作用下能夠流動、沒有固定流體是指一切在應(yīng)力作用下能夠流動、沒有固定形狀的物體。形狀的物體。氣體與液體，等離子體，膏體（牙膏、熔融的橡氣體與液體，等離子體，膏體（牙膏、熔融的橡膠塑料）、懸浮液（水煤漿）、膠體等。膠塑料）、懸浮液（水煤漿）、膠體等。1.1 流體基本性質(zhì)流體基本性質(zhì)1.1.1 連續(xù)介質(zhì)假定連續(xù)介質(zhì)假定1.1.2 流體的可壓縮性流體的可壓縮性1.1.3 作用在流體上的力作用在流體

4、上的力1.1.5 壓強壓強1.1.4 質(zhì)量力與密度質(zhì)量力與密度1.1.6 剪切力與粘度剪切力與粘度1.1.1 連續(xù)介質(zhì)假定連續(xù)介質(zhì)假定 假定流體是由無數(shù)內(nèi)部緊密相連、彼此間沒有假定流體是由無數(shù)內(nèi)部緊密相連、彼此間沒有間隙的流體質(zhì)點（或微團）所組成的連續(xù)介質(zhì)。間隙的流體質(zhì)點（或微團）所組成的連續(xù)介質(zhì)。質(zhì)點：質(zhì)點：由大量分子構(gòu)成的微團，其尺寸遠(yuǎn)小于設(shè)備由大量分子構(gòu)成的微團，其尺寸遠(yuǎn)小于設(shè)備 尺寸、遠(yuǎn)大于分子自由程。尺寸、遠(yuǎn)大于分子自由程。 工程意義：工程意義：利用利用連續(xù)函數(shù)的數(shù)學(xué)工具連續(xù)函數(shù)的數(shù)學(xué)工具，從宏觀研究，從宏觀研究 流體。流體。1.1 流體基本性質(zhì)流體基本性質(zhì) 流體：液體、氣體、固體顆

5、粒懸浮于液體或氣體中流體：液體、氣體、固體顆粒懸浮于液體或氣體中 1.1.2 流體的可壓縮性流體的可壓縮性 不可壓縮性流體：流體的體積不隨壓力變化而不可壓縮性流體：流體的體積不隨壓力變化而變化，如液體；變化，如液體； 可壓縮性流體：流體的體積隨壓力發(fā)生變化，可壓縮性流體：流體的體積隨壓力發(fā)生變化， 如氣體。如氣體。 描述流體可壓縮性的參數(shù)：體積壓縮系數(shù)描述流體可壓縮性的參數(shù)：體積壓縮系數(shù) dpdvv1dpd1 表面力表面力：通過直接接觸而作用于流體表面的力，：通過直接接觸而作用于流體表面的力， 其大小與流體的表面積成正比。其大小與流體的表面積成正比。 壓壓 力：垂直于表面的法向力；力：垂直于表

6、面的法向力；剪切力剪切力：平行于表面的切向力。：平行于表面的切向力。壓力壓力剪切力剪切力1.1.3 作用在流體上的力作用在流體上的力 質(zhì)量力質(zhì)量力: 作用于流體每個質(zhì)點上的力，其大小與流作用于流體每個質(zhì)點上的力，其大小與流 體的質(zhì)量成正比，如體的質(zhì)量成正比，如重力、離心力重力、離心力等。等。一、密度一、密度 單位體積流體的質(zhì)量。單位體積流體的質(zhì)量。Vm kg/m3 二、單組分密度二、單組分密度),(Tpf 液體液體 密度僅隨溫度變化（極高壓力除外），其變密度僅隨溫度變化（極高壓力除外），其變 化關(guān)系可從手冊中查得。化關(guān)系可從手冊中查得。1.1.4 質(zhì)量力與密度質(zhì)量力與密度 氣體氣體 當(dāng)壓力不太

7、高、溫度不太低時，可按理想當(dāng)壓力不太高、溫度不太低時，可按理想 氣體狀態(tài)方程計算：氣體狀態(tài)方程計算： RTpM 注意：手冊中查得的氣體密度均為一定壓力與溫度注意：手冊中查得的氣體密度均為一定壓力與溫度 下之值，若條件不同，則需進行換算。下之值，若條件不同，則需進行換算。三、混合物的密度三、混合物的密度 混合氣體混合氣體 各組分在混合前后質(zhì)量不變，則有各組分在混合前后質(zhì)量不變，則有 nn2111m 氣體混合物中各組分的氣體混合物中各組分的體積分?jǐn)?shù)體積分?jǐn)?shù)。 n21, 或或RTpMmm mM混合氣體的平均摩爾質(zhì)量；混合氣體的平均摩爾質(zhì)量； nn2211myMyMyMMn21,yyy氣體混合物中各組

8、分的摩爾氣體混合物中各組分的摩爾( (體積體積) )分?jǐn)?shù)。分?jǐn)?shù)。 混合液體混合液體 假設(shè)各組分在混合前后體積不變，則有假設(shè)各組分在混合前后體積不變，則有 nn2211m1 aaan21,aaa液體混合物中各組分的液體混合物中各組分的質(zhì)量分?jǐn)?shù)質(zhì)量分?jǐn)?shù)。 四、四、比容比容單位質(zhì)量流體具有的體積，是密度的倒數(shù)。單位質(zhì)量流體具有的體積，是密度的倒數(shù)。 1mVvm3/kg 1.1.5 壓強壓強流體垂直作用于單位面積上的力，稱為流體的靜壓強。流體垂直作用于單位面積上的力，稱為流體的靜壓強。 uThe pressure at any point in the fluid is independent of

9、direction. -forces at any given point in a static fluid must be the same in all directionsPressure is a scalar quantity (標(biāo)量、無向量標(biāo)量、無向量)一、一、壓強的單位壓強的單位 SI制：制：N/m2或或Pa；或或以流體柱高度表示以流體柱高度表示 ：ghp 注：用液柱高度表示壓強時，必須指明注：用液柱高度表示壓強時，必須指明流體的種流體的種類類，如，如600mmHg，10mH2O等。等。 Head of Fluid ()Ph headmgm二、二、 壓強的表示方法壓強的表示方法

10、 絕對壓強絕對壓強 以絕對真空為基準(zhǔn)測得的以絕對真空為基準(zhǔn)測得的真實真實壓強值。壓強值。 表壓或真空度表壓或真空度 以大氣壓為基準(zhǔn)測得的以大氣壓為基準(zhǔn)測得的相對相對壓強值。壓強值。標(biāo)準(zhǔn)大氣壓的換算關(guān)系：標(biāo)準(zhǔn)大氣壓的換算關(guān)系：1atm = 1.013105Pa =760mmHg =10.33m H2O表表 壓壓 = 絕對壓絕對壓 大氣壓大氣壓真空度真空度 = 大氣壓大氣壓 絕對壓絕對壓絕對壓絕對壓 絕對壓絕對壓 絕對真空絕對真空 表壓表壓 真空度真空度 1p2p大氣壓大氣壓 Pa例1-1某離心泵進出口真空表和壓力表讀數(shù)分別為220 mmHg和1.7kgf/cm2。若當(dāng)?shù)卮髿鈮簭姙?60 mmHg

11、，求它們的絕對壓力(Pa)。p1 = 7.2 104 Pap 2= 2.68105Pa一、一、 牛頓粘性定律牛頓粘性定律 yuAFdd 或或yudd Fuududy式中：式中：F內(nèi)摩擦力，內(nèi)摩擦力，N； 剪應(yīng)力，剪應(yīng)力，Pa； 法向速度梯度，法向速度梯度，1/s； 比例系數(shù)，稱為比例系數(shù)，稱為流體的粘度流體的粘度，Pas 。 yudd 1.1.6 剪切力與粘度剪切力與粘度二、二、流體的粘度流體的粘度(viscosity)內(nèi)摩擦力的產(chǎn)生：黏滯力或黏性摩擦力。流動性的反面：黏性； 粘度的物理意義粘度的物理意義 流體流動時在與流動方向垂直的方向上產(chǎn)生流體流動時在與流動方向垂直的方向上產(chǎn)生 單位速度梯

12、度所需的剪應(yīng)力。單位速度梯度所需的剪應(yīng)力。yudd/ 運動的流體內(nèi)部相鄰流體層間，由于分運動的流體內(nèi)部相鄰流體層間，由于分 子運動而產(chǎn)生的相互作用力稱為內(nèi)摩擦力。子運動而產(chǎn)生的相互作用力稱為內(nèi)摩擦力。 內(nèi)摩擦力產(chǎn)生的條件：內(nèi)摩擦力產(chǎn)生的條件：黏性內(nèi)因速度差外因),(Tpf 液體液體 :)(Tf T 氣體氣體 : 一般一般)(Tf T 超高壓超高壓),(Tpf p 粘度的物理本質(zhì)粘度的物理本質(zhì)：分子間的引力和分子的運動與碰撞。分子間的引力和分子的運動與碰撞。2. 粘度的單位粘度的單位SI制：制：Pas 或或 N.s/m2 kg/(ms)物理制：物理制：cP(厘泊）厘泊）換算關(guān)系換算關(guān)系1cP10

13、-3 Pas牛頓型流體：剪應(yīng)力與速度梯度的關(guān)系符合牛頓牛頓型流體：剪應(yīng)力與速度梯度的關(guān)系符合牛頓 粘性定律的流體，如水、空氣粘性定律的流體，如水、空氣非牛頓型流體：不符合牛頓粘性定律的流體，如非牛頓型流體：不符合牛頓粘性定律的流體，如 血液、牙膏血液、牙膏 流體的流變學(xué)流體的流變學(xué)3.3.運動粘度運動粘度 粘度粘度與密度與密度之比。之比。 m2/s數(shù)據(jù)獲得數(shù)據(jù)獲得： 查?。鹤⒁鈫挝?。共線圖查?。鹤⒁鈫挝?。共線圖 實驗測定：？實驗測定：？ 計算：主要用于混合液體。計算：主要用于混合液體。 三、理想流體與實際流體三、理想流體與實際流體 理想流體：理想流體：粘度為零粘度為零的流體；的流體；實際流體或

14、粘性流體：具有粘性的流體。實際流體或粘性流體：具有粘性的流體。00dydu實際流體的重要物理性質(zhì)實際流體的重要物理性質(zhì)1. 粘性2. 可壓縮性3. 易流動性（在受到剪切力的作用下可產(chǎn)生形變）液體黏度共線圖粘度的測量粘度的測量【例【例1-11-1】圖】圖1-21-2所示間距為所示間距為1 1m的兩個平面間充滿某種潤滑油，的兩個平面間充滿某種潤滑油，可看成牛頓型流體。要把一塊面積為可看成牛頓型流體。要把一塊面積為0.4m2的薄板以的薄板以2020mmin-1-1的速度在油中拖動，問需要多大的力？已知潤滑油的粘度為的速度在油中拖動，問需要多大的力？已知潤滑油的粘度為0.0063Pas。解解:1 = 0.0063 (20 60) 0.33 = 0.00636Pa 2 = 0.0