《朱建明流體力學(xué)》PPT課件

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1、第一篇流體力學(xué)第一章緒論第一章緒論流體力學(xué)是研究流體運(yùn)動和平衡的規(guī)律以及流體和固體之間相互作用的一門科學(xué)。它和其他科學(xué)一樣，是在人類長期征服自然中逐步建立和發(fā)展起來的，它的發(fā)展又進(jìn)一步有力地推動了科學(xué)技術(shù)和生產(chǎn)的發(fā)展。煤礦礦山和很多重要部門的生產(chǎn)、工_作都是直接或間接地應(yīng)用流體力學(xué)的基礎(chǔ)原理進(jìn)行的。如礦井通風(fēng)、排水、壓氣．水力采煤、重力選礦，氣力、水力運(yùn)輸，采煤機(jī)、支架、機(jī)床設(shè)備的液壓傳動，等等，都足流體力學(xué)的基本原理在礦山工程中的具體應(yīng)用。1.1流體和連續(xù)介質(zhì)假定1.1.1流體流體與自然界的一切物質(zhì)一樣，是由分子組成的．那么它有什么特

2、點(diǎn)?這可以用分子間的空隙與分子的活動來表述。在流體中，分子之間的空隙比在固體中的大·分子運(yùn)動的范圍也比在固體中的運(yùn)動范圍大，以分子的移動與轉(zhuǎn)動為其主要的運(yùn)動形式；在固體中，分子繞固定位置振動則是主要的。流體是一種受任何微小的拉力和剪力都能產(chǎn)乍巨大變形的物體。固體在拉力和剪力的作用下，其變形較小，而且到一定程度后就停L卜變形．但流體卻能繼續(xù)不斷地運(yùn)動(流動)。流體可以分為液體和氣體兩種。液體具有一定的體積，與盛裝液體的容器大小無關(guān)，可以有自由面。分子間的空隙大約等于其分子的平均直徑。１cm3的水中約有3.4×1022個分子。在00C及1個

3、標(biāo)準(zhǔn)大氣壓時，１cm3的氣體中大約有2.7×1019個分子。若把這些分子排列在方格子內(nèi)它們將相互間隔3.3×10-7cm。分子平均直徑約為3.5×10-8cm，它們的平均間隔約為分子平均直徑的10倍，即比液體的分子間隔大。所以在正常情況下，氣體中的分子是相互遠(yuǎn)離的每個分子以定速自由移動。1.1.2連續(xù)介質(zhì)假定液體和氣體都是由分子構(gòu)成的，流體的性質(zhì)及運(yùn)動也都是與分子的狀態(tài)密切相關(guān)的。但是在許多情況下，特別是許多工程實(shí)際問題所涉及的裝置系統(tǒng)，其尺寸與流體分子距離及分子運(yùn)動的自由行程相比較，則是非常大的。此時沒有必要探討流體分子的微觀性質(zhì)，而

4、應(yīng)該研究其大量分子的形態(tài)及平均統(tǒng)計的宏觀性質(zhì)。若不考慮個別分子，便可以把流體看成由無數(shù)質(zhì)點(diǎn)組成的連續(xù)介質(zhì)。就是說，質(zhì)點(diǎn)是組成流體的最小單元，質(zhì)點(diǎn)與質(zhì)點(diǎn)之間不存在空隙。包含在一個1F常小的范圍內(nèi)的這種連續(xù)介質(zhì)，其質(zhì)量可以認(rèn)為是均勻分布在整個體積之中。用精密儀表對微量流體進(jìn)行測量，就可顯示出流體性質(zhì)的改變是連續(xù)的、逐漸地進(jìn)行的。它證實(shí)了流體連續(xù)性的假說。在連續(xù)介質(zhì)力學(xué)中，我們假定宏觀流體的特性(如平均密度、平均壓強(qiáng)和平均黏度)是隨著所觀察的流體質(zhì)點(diǎn)在系統(tǒng)中的位置和時間而連續(xù)變化的。表示流體平均特性的質(zhì)點(diǎn)假定是占據(jù)空間位置的一個點(diǎn)，則用流場的

5、方法可表示流體連續(xù)的特性。所以反映流體運(yùn)動特性的各種物理量(如速度、密度、壓力等)也應(yīng)該是空間坐標(biāo)和時間的連續(xù)函數(shù)。在此基礎(chǔ)上建立方程，研究流體的平衡與運(yùn)動。因方程與質(zhì)點(diǎn)分子結(jié)構(gòu)無關(guān)，對氣體和流體可同樣處理。在流體力學(xué)中，不考慮流體內(nèi)部的分子間隙與分子運(yùn)動，僅從宏觀角度研究流體質(zhì)點(diǎn)因受外力作用而引起的機(jī)械運(yùn)動，可使復(fù)雜的問題大大簡化，從而利用數(shù)學(xué)工具來描述這些運(yùn)動規(guī)律，以解決實(shí)際工程問題。這是提出連續(xù)介質(zhì)概念的主要原因。必須指出，上述假定并不適應(yīng)于一切流體運(yùn)動，例如稀薄氣體的運(yùn)動就不適應(yīng)這一假定。1．2流體的主要物理性質(zhì)在研究流體的平衡

6、和運(yùn)動時，必須知道流體的物理性質(zhì)，因?yàn)闆Q定流體運(yùn)動狀態(tài)變化的內(nèi)因是流體的物理性質(zhì)。下面就影響流體運(yùn)動的主要物理性質(zhì)分別加以介紹。1．2．1密度流體與自然界其他物體一樣，具有質(zhì)量。流體的這個性質(zhì)用密度來表示。均質(zhì)流體的密度等于質(zhì)量和體積的比值，即式中——密度，kg／m3；V——均質(zhì)流體的體積，m3；M一均質(zhì)流體的質(zhì)量，kg。1．2．2重度地球上任何物體都受到重力的作用。同一物體在地球上各個地方所受重力，一般是不同的。單位體積的流體重量稱為流體的重度，即式中——重度，N／m3；G——流體的重量，N；V——流體的體積，m3。根據(jù)牛頓第二定律，

7、流體的重量等于流體的質(zhì)量與重力加速度的乘積，即G=Mg式中M一流體的質(zhì)量，kg；g——重力加速度，m／s2。由兩式得質(zhì)量相同的流體可能在不同地方有不同的重量。所以重量與質(zhì)量是兩個相關(guān)而不相同的概念，量綱不同，單位不同，不可相混。(注意，重度不應(yīng)與相對密度相混。相對密度是指物體質(zhì)量與同體積的4℃蒸餾水的質(zhì)量相比之值，為無量綱的純數(shù)。表1-I．為常見流體在大氣壓(760mm水銀柱)下的物理性質(zhì)。)1．2．3黏性流體運(yùn)動時其內(nèi)部質(zhì)點(diǎn)沿接觸面相對運(yùn)動，產(chǎn)生a內(nèi)摩擦力以抗阻流體變形的性質(zhì)，就是黏性。在平行平板間充滿流體，如圖1-1所示。上板以速度

8、u運(yùn)動，附著在此板上的薄層也以速度口值跟隨板運(yùn)動。下板固定不動，附著于下板的薄層流體質(zhì)點(diǎn)的速度為零，這就是牛頓流體內(nèi)摩擦實(shí)驗(yàn)。假定流動時分層運(yùn)動，沒有不規(guī)則的流體運(yùn)動及脈動加入其中，則下板到上板之間有許多流