罗益民大学物理之2流体力学.pptVIP

4理想流体及其运动规律 流体的基本特征 1物质的三态 物质存在的主要形式有:固体、液体和气体 流体和固体的区别 从力学分析的意义上看,在与它们对外力抵抗的 能力不同 固体:既能承受压力,也能承受拉力与抵抗拉伸变形 流体:只能承受压力,一般不能承受拉力与抵抗拉伸变形  液体和气体的区别: 1)气体易于压缩;而液体难于压缩; 2)液体有一定的体积,存在一个自由液面;气体能 充满任意形状的容器,无一定的体积,不存在自由液面。 液体和气体的共同点 两者具有易流动性,即在任何微小切应力作用下都会 发生变形或流动,故二者统称为流体。 2流体质点与流体的连续介质模型 微观:流体是由大量做无规则运动的分子组成的,分子 之间存在空隙,但在标准状态下,lcm3液体中含有33×10 个左右的分子,相邻分子间的距离约为31×108cm,lcm 气体中含有27×109个左右的分子,相邻分子间的距离约 为3.2×107cm  宏观:考虑宏观特性,在流动空间和时间上采用的一切 特征长度和特征时间都比分子间距和分子碰撞时间大得多 (1)流体质点,也称流体微团,是指尺度大小同一切 流动空间相变微不足道又含有大量分子,具有一定质量 的流体微团 (2)流体连续介质模型:连续介质:质点连续地充满 所占空间的流体或固体。连续介质模型:把流体视为 没有间隙地充满它所占据的整个空间的一种连续介质 且其所有的物理量都是空间坐标和时间的连续函数。  3、流体的分类 (1)根据流体受压体积缩小的性质,流体可分为 可压缩流体( compressible flow:流体密度随压强变化 不能忽略的流体 不可压缩流体( incompressible flow):流体密度随压强 变化很小,流体的密度可视为常数的流体。 注意:严格的说,不存在完全不可压缩的流体 一般情况下的流体可视为不可压缩流体 对于气体,当所受压强变化相对较小时,可视为不 可压缩流体 管路中压强较大时,应作为可压缩流体 2)根据流体是否具有粘性,可分为 实际流体:指具有粘度的流体,在运动时具有抵抗剪切 变形的能力,即存在摩擦力,粘度 理想流体:忽略粘性的流体,运动时不能抵抗剪切变形  流体的压强 压强是描述流体与容器之间及流体各部分之间的相 互作用的物理量 P ds 压力dF=PdS dE 对静止流体: (1)同水平高度的各点的压强相等 (2)在密度为p的静止流体内高度差为h的两点压强 差为Ph  三、关于理想流体的几个概念 理想流体是绝对不可压缩、完全没有粘滞性的流体 稳定流动是每一点流体的速度都不随时间变化的流动 流场:在流动过程的任一瞬时,流体在所占据的空间每 点都具有一定的流速,这个空间称为流体速度 场,简称流场. 流线:在流场中画出的一系 列假想的曲线在每一瞬间, 使曲线上每一点的切线方向 与流经该点的流体质元的速 度方向一致  流管:在稳定流动的流体中划出一个小截面,则通过 其周边各点的流线所围成的管状区域 、流量及其计算 体积流量 △O=vAS 质量流量 △S △Qn=m△S  四、理想流体的连续性方程 pI 经过时间Δ,通过截面S1进入该流管段的流体质量 同时通过截面S2流出该流管段的流体质量 因质量守恒m1=m2∴pSv=恒量 流体作稳定流动时的连续性方程  Sp→单位时间内通过任一截面的流体质量 常称质量流量 pSp=恒量又称质量守恒定律 对不可压缩流体,有尸1=P2 Sp=恒量 不可压缩流体作稳定流动时的连续性方程 S→单位时间内通过任一截面的流体体积, 常称体积流量 Sv=恒量又称体积流量守恒定律  五、伯努利方程 对于x间的流体:VB1V1h1 V,=S v, At 对于Yy间的流体 h v2 P2 v2 h, S2 hI V,=S,v,△ 理想流体是不可压缩的 由连续性方程知 VI=V2=V