物理学A流体力学.ppt

力学;力学，是最古老的学科之一。 据史书记载，中国的墨翟（公元前478?～392?）在《墨经》里已对力和运动下过定义，而且对杠杆的平衡有了理论的叙述。 古希腊的亚里士多德（公元前384～322）和阿基米德（公元前287?～212）也提出了杠杆的平衡理论及浮力定律。 ;从十六世纪开始，由于生产、航海以及军事上的需要，力学获得了很大的发展。 意大利的达.芬奇(1452～1519)，多才多艺，他提出了力矩的概念，发现了力的平行四边形 定则，他还设计和制做出最早的飞行器。 最具代表性的理论是哥白尼（1473～1543）的日心说。 开普勒在日心说基础上提出的行星三大运动定律 伽里略（1564～1642）引入了加速度的概念，给出了自由落体的运动规律，等等。 ;牛顿（1642～1727）在总结前人科学成果的基础上，提出了三大运动定律和万有引力定律，奠定了经典力学的基础，同时他还建立了微积分学，在力学和数学上都取得了辉煌的成就。 欧拉（1707～1783）提出了刚体理论。 伯努利(1700～1782)、拉格朗日（1736～1813）及哈密顿(1805～1865)等人，提出了与牛顿定律等价的另一些力学原理，如流体力学, 使力学成为结构严谨、完整的理论体系。? ;理想流体的稳定流动;流体静力学主要结论：;;1 理想流体的稳定流动;定常流动：流体质点流经空间各点的速度不随时间变化的流动，也称为稳定流动或稳恒流动。这也是一种理想化的流动方式。 ;如何描述流体运动？; 提问：流线是否可以相交？;*;2 连续性原理 对于任意一个流管，流入的流体质量等于流出的流体质量。;质量流量 守恒定律 ;3 伯努利方程（Bernoulli equation） ;P1;动能变化量:;外力对上端流体所做的功:;;伯努利方程的物理意义 :;工程上使用的伯努利方程：;伯努利方程的应用;Precondition: H, SA , SB ;;测液体流速;四、空吸作用;喷雾器原理;例题： 1.地面上水管的水压为4×105Pa，用内直径为2.0cm的水管引入建筑物内，又用内直径为1.0cm的管子将水引到高为5.0m的楼上，楼上放水时，楼下流速为4.0m/s，求楼上管口处水流速和压强。 ;;4黏滞性 实际流体的运动;内摩擦定律：（牛顿1686）——揭示了内摩擦力的大小是由哪些因素决定的。;黏滞系数（黏度）;实际流体的流动 实际流体的流动中，流体需要克服内摩擦力做功，单位体积流体总能量不再相等。;泊肃叶定律 斯托克斯定律;Application of poiseuille law :;2 斯托克斯定律 固体在流体中运动，相当于流体相对于固体流动，若流体具有黏滞性，则固体将受到黏滞阻力的作用，当固体速度不大时，相当于流体处于层流状态。;;流体的湍流与雷诺数;层流到湍流的转变是非常复杂的。如图示：;有趣的流体运动现象： ;高尔夫球运动起源于15世纪的苏格兰。;起初，人们认为表面光滑的球飞行阻力小，因此当时用皮革制球。;后来发现表面有很多划痕的旧球反而飞得更远。;后来发现表面有很多划痕的旧球反而飞得更远。;现在的高尔夫球表面有许多窝，在同样大小和重量下，飞行距离为光滑球的5倍。;汽车阻力 汽车发明于19世纪末。;当时人们认为汽车高速前进时的阻力主要来自车前部对空气的撞击。;因此早期的汽车后部是陡峭的，称为箱型车，阻力系数CD很大，约为0.8。;实际上，汽车阻力主要取决于后部形成的尾流。;20世纪30年代起，人们开始运用流体力学原理，改进了汽车的尾部形状，出现了甲壳虫型，阻力系数下降至0.6。;50～60年代又改进为船型，阻力系数为0.45。;80年代经风洞实验系统研究后，进一步改进为鱼型，阻力系数为0.3。;后来又出现楔型，阻力系数为0.2。;90年代以后，科研人员研制开发了气动性能更优良的未来型汽车，阻力系数仅为0.137。; 经过近80年的研究和改进，汽车阻力系数从0.8降至0.137，减少到原来的1/5。目前在汽车外形设计中，流体力学性能研究已占主导地位，合理的外形使汽车具有更好的动力学性能和更低的耗油率。;足球运动的香蕉球现象可以帮助理解环流理论：;旋转的球带动空气形成环流，一侧气流加速，另一侧减速，形成压差力，使足球拐弯，称为马格努斯效应。;高尔夫球和汽车的阻力同尾部漩涡流有关，用圆柱绕流流场显示和数值模拟技术可观察尾流图像。;高尔夫球和汽车的阻力同尾部漩涡流有关，用圆柱绕流流场显示和数值模拟可观察尾流图像。; 当流体有黏滞性时，流体边缘的固体表面处流体的相对速度总等于零，说明在表面处的流速梯度不为零，这一层称为边界层。 当流速增大，或雷诺数增大时，环绕物体的流线会在某个地方脱离壁面，形成涡旋,如（b）称之为流线剥离。如