求速度和加速度的拉格朗日描述.ppt

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1、1第一章流體力學基礎——流體的性質及流體運動的描述方法西安建筑科技大學粉體工程研究所21.1流體力學概述EXIT流體的性質描述流體運動的方法流線與跡線系統(tǒng)與控制體雷諾輸運定理3EXIT流體的性質流體的基本物理性質流體質點和流體微元的概念流體的連續(xù)性——連續(xù)介質模型流體的可壓縮性與熱膨脹性流體的傳遞性質流體的運動4EXIT流體的基本物理性質密度某空間點附近單位體積內流體質量的平均值。比容密度的倒數(shù)，即單位質量流體所占有的體積。kg/m3m3/kg5EXIT流體的基本物理性質（多組分流體的濃度）質量濃度在單位體積中所含某組分i的質量，通常用?i表示。摩爾濃度單位體積中所含某組分

2、i的物質的量，用符號ci表示。kg/m3混合流體密度質量分數(shù)mol/m36EXIT流體質點和流體微元的概念流體質點流體微元為了滿足數(shù)學分析的需要，引入流體質點模型：(1)流體質點無線尺度，無熱運動，只在外力作用下作宏觀平移運動;(2)將周圍臨界體積范圍內的分子平均特性賦于質點。為了描述流體微團的旋轉和變形引入流體微元（流體質元、流體元）模型：(1)流體微元為由大量流體質點構成的微小單元（δx，δy，δz）;(2)由流體質點的相對運動形成流體微元的旋轉和變形。7EXIT流體的連續(xù)性——連續(xù)介質模型連續(xù)介質模型假設流體是由連續(xù)分布的流體質點組成的介質。(1)可用連續(xù)性函數(shù)B(x

3、,y,z,t)描述流體質點物理量隨空間分布和時間變化；(2)可利用物理學基本定律建立流體運動微分或積分方程，并用連續(xù)函數(shù)理論求解方程。連續(xù)介質假設是對物質分子結構的宏觀數(shù)學抽象。除了稀薄氣體、激波外的絕大多數(shù)流動問題，均可用連續(xù)介質假設作理論分析。說明8EXIT流體的可壓縮性與熱膨脹性也可以用體積彈性模量來度量，簡稱為體積模量，用E表示。在等溫條件下，壓強的變化引起流體體積和密度變化的性質。在SI制中體積模量的單位是帕(Pa)水空氣體積模量越大，說明流體越不容易被壓縮。液體的可壓縮性通?？梢院雎浴ＭǔＳ玫葴貕嚎s系數(shù)來度量，用?T表示。流體的可壓縮性9?＝常數(shù)EXIT流體的可

4、壓縮性與熱膨脹性在等溫條件下，壓強的變化引起流體體積和密度變化的性質。通常用熱膨脹系數(shù)來度量，用?表示。流體的可壓縮性在溫度改變時，流體的體積或密度可以改變的性質。流體的熱膨脹性可壓縮流體與不可壓縮流體10牛頓粘性定律EXIT流體的傳遞性質（動量、能量、質量）動量傳遞——流體的粘性流體粘性首先表現(xiàn)在相鄰兩層流體作相對運動時有內摩擦作用。流體內摩擦的概念最早由牛頓（I.Newton,1687）在《自然哲學的數(shù)學原理》一書中提出?！傲黧w的兩部分由于缺乏潤滑而引起的阻力（若其他情況一樣），同流體兩部分彼此分開的速度成正比”;“不過，流體的阻力正比于速度，與其說是物理實際，不如說是

5、數(shù)學假設”。11牛頓內摩擦假設在過了近一百年后，由庫侖（C.A.Coulomb,1784）用實驗得到證實。庫侖把一塊薄圓板用細金屬絲平吊在液體中，將圓板繞中心轉過一角度后放開，靠金屬絲的扭轉作用，圓板開始往返擺動，由于液體的粘性作用，圓板擺動幅度逐漸衰減，直至靜止。庫侖分別測量了三種圓板的衰減時間普通板涂臘板細砂板動量傳遞——流體的粘滯現(xiàn)象（粘性）12動量傳遞——流體的粘性三種圓板的衰減時間均相等。庫侖得出結論:衰減的原因，不是圓板與液體之間的相互摩擦，而是液體內部的摩擦。13EXIT動量傳遞——流體的粘性牛頓粘性定律負號：若則y=c平面下方流體施加給該面上方流體粘性力的方

6、向與x軸的負方向相同。?—流體的動力學粘性系數(shù)，簡稱粘度，Pa?s?！黧w的運動粘性系數(shù)，m2/s。14EXIT動量傳遞——流體的粘性牛頓流體非牛頓流體遵循牛頓粘性定律的流體。所有氣體和大多數(shù)低分子量的液體均屬牛頓型流體。某些高分子溶液、油漆、血液理想流體粘性系數(shù)等于零的流體。當流體的粘性較?。ㄈ缢?、空氣等），或各層流體運動的相對速度也不大時，所產(chǎn)生的粘性應力較之其他的作用力（如慣性力等）可忽略不計粘性流體實際流體15能量傳遞——流體的導熱現(xiàn)象（導熱性）傅立葉定律流體的導熱現(xiàn)象：當靜止流體中的溫度分布不均勻時，流體分子會從溫度高的地方向溫度低的地方遷移，同時流體的熱能也伴隨

7、著分子熱運動從高溫區(qū)域向低溫區(qū)域傳遞的現(xiàn)象。熱流密度（單位時間單位面積上所傳遞的熱量），w/m2。16質量傳遞——流體的擴散現(xiàn)象菲克定律流體的擴散現(xiàn)象：當流體的密度分布不均勻時，流體的分子會從高密度處向低密度處遷移的現(xiàn)象。自擴散指在單組分流體中，因流體自身密度差所引起的擴散；互擴散多組分的混合流體中，因各組分各自的濃度差而在其他組分中所引起的擴散；流體沿y軸方向的質量擴散通量（單位時間通過單位面積的物質質量），kg/(m2?s)17三種傳遞現(xiàn)象的相似性18流體的狀態(tài)參數(shù)與狀態(tài)方程一定質量流體容積、壓強與絕對溫度的狀