水力学课件SHL1.ppt

水力学课件SHL1.ppt

《水力学课件SHL1.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《水力学课件SHL1.ppt（62页珍藏版）》请在冰点文库上搜索。

1,绪论,第一章,2,绪论,3,1.1水力学的任务、地位和学习方法,4,流体力学是研究流体静止（相对静止）和运动的力学规律及其在工程实际中应用的一门学科。

流体力学研究的任务是如何很好地、有效地把流体静止和运动的力学规律应用到各个实际工程领域中去，改造大自然，造福于人类。

一、研究对象和任务,绪论,5,绪论,流体,流体的基本特性是具有易流动性,

（一）流体,易流动性：

静止时不能承受任何小的剪切力和拉力的性质。

6,绪论,

（二）固体、液体、气体的不同点,固体有一定的体积和形状；运动方式有平动和转动；分塑性体和弹性体。

液体有一定体积而无一定形状；液体不易被压缩；具有表面张力特性。

气体无一定体积和形状；易被压缩；无表面张力特性。

7,绪论,液体、气体的相同点,无一定的形状；均具有易流动性具有平动、转动和变形运动,8,流体力学是流体工程、流体机械、热能、建筑、环保、航海、宇航、兵器、化工、冶金、水利、发电、石油、采矿、农林、轻工、气象、纺织、生物工程等领域的重要专业基础理论课之一，而对于市政工程、环境工程、土木工程、道路和桥梁工程等专业更是基础的基础。

二、流体力学的地位,绪论,9,掌握从一般到特殊的学习方法在掌握“三基”上下功夫认真听课适当记笔记初步预习，有准备地听课,三、关于学好流体力学的几点意见,绪论,解题规范化，加强基本功要抄题做作业重视实验，亲自动手做实验,10,1.2常用的流体力学模型,11,绪论,流体力学模型：

对所研究的实际流体的物理结构和物理性质进行科学的结合与实际的简化，以便推导出流体运动规律的数学表达式。

12,绪论,一、连续介质模型,假设流体充满着它所占据的一个空间体积，总是不留任何间隙的连续体。

是连续分布的物质，可无限分割为具有均布质量的宏观微元体。

在不发生化学反应和离解等非平衡过程的运动流体中，微元体内状态服从热力学关系。

除了特殊面外，流体的力学和热力学状态参数在时空中是连续分布的，并且通常是无限可微的。

13,绪论,三、静止（相对静止）力学模型流体不存在粘滞性，表面力只有压力,14,绪论,四、理想流体力学模型,假定不存在粘性，即其粘度的流体为理想流体或无粘性流体。

定义：

实际上，一切流体都具有粘性，提出理想流体的概念在于研究流体运动规律时，对理论方程的推导大为简化。

15,1.3分析流体力学的理论基础,16,绪论,一、质量守恒定律二、能量守恒定律三、牛顿运动第二定律,三大定律+流动性水力学基本规律三大定律+流动性+初始（边界）条件水力学特定问题,17,1.4作用在流体上的力,18,绪论,质量力与表面力,一、分析方法,截面分离法,19,绪论,作用在所取流体V体积微团上并且和质量m成正比的力叫质量力,用Fm表示。

定义：

二、质量力,20,绪论,1、单位质量力：

单位质量流体所受的质量力称为单位质量力，记作,均质流体,21,绪论,直角坐标系：

22,绪论,2、质量力的合力和合力矩：

质量力的合力：

质量力的合力矩,23,绪论,作用于分离体表面上且与表面积大小成正比例的力,定义：

三、表面力,24,绪论,1）压应力：

2）切应力：

1、表面力的应力表示,25,绪论,1）压力合力和合力矩：

2）切力合力和合力矩：

2、表面力的合力和合力矩,26,1.5流体的主要物理性质,27,绪论,一、惯性（m）,定义：

是一切物体维持原有运动状态能力的性质,28,绪论,二、重力特征（G）,1、容重,2、密度和容重的关系,29,绪论,三、流体的压缩性和膨胀性,流体的微观物质结构决定了流体内部分子的分布疏松，分子间存在着间隙。

当作用于流体的压强增大时，分子间距减小，体积压缩，密度增加；温度升高使分子间距增大，体积膨胀，密度减少。

流体都具有这种可压缩、能膨胀的性质,30,绪论,1、压缩性,流体受压体积缩小，密度增大的性质,定义：

31,绪论,当液体压强增加一个单位时，其体积的相对减小值（率）,体积压缩系数,32,绪论,2、膨胀性,流体受热体积膨胀，密度减小的性质,定义：

33,绪论,液体在一定压强下，温度增加单位温度时液体体积的相对变化值（率）,体积膨胀系数,34,绪论,水的压缩系数,表11,水的膨胀系数,表12,35,绪论,例11水在常温下由490kpa加到980kpa压强时，求水的密度的相对变化率。

（用%表示）,解：

此题是液体在常温下压缩性系数公式的应用。

解法一：

36,绪论,解法二：

37,绪论,四、流体的输运特性,1.流体黏滞性的例子,38,绪论,2.粘性定义：

流体内部质点间或流层间因相对运动而产生的切向内摩擦力以抵抗其相对运动的性质,流体粘性是流体内部的内聚力的存在和流层间进行的动量交换造成的。

39,绪论,3.流体黏滞性产生的机理：

流体的黏滞性是组成流体的大量分子的微观作用的宏观表现，是两方面共同作用的结果，即分子不规则的热运动动量交换和分子间的引力两方面的作用结果。

但两方面的作用不是对所有流体都是对等的，如气体是以分子热运动动量交换产生的黏滞性为主，液体则是以分子之间的引力产生的黏滞性为主的。

40,绪论,4.黏滞性的度量牛顿内摩擦定律,牛顿认为：

T的大小与液体性质（种类）有关T的大小与速度梯度成正比和接触面积A成正比随压强的增加而增加。

在压强不太大时，与接触面压强无关,41,绪论,5.牛顿内摩擦定律各项的物理意义,1）A流层间接触面积，m2,2）剪切应力,剪切力有大小和方向。

对相邻流层而言，作用在流层运动较快的流层上的剪切力与流速u方向相同，作用在运动速度较慢流层上的剪切力与流速u方向相反，,42,绪论,3）速度梯度,43,绪论,4）动力粘性系数,在研究流体运动时，常常使用与密度的比值，称为运动粘性系数。

以表示，,5）运动粘性系数,44,绪论,6、温度对粘度的影响,

（1）对于气体，黏滞性主要是由大量分子热运动动量交换产生的黏滞性为主，因此当温度升高时，气体的黏滞性随之升高；

（2）对液体，黏滞性主要是由液体分子间的引力产生的黏滞性为主，因此当温度升高时，液体的黏滞性随之降低。

45,绪论,7、牛顿流体和非牛顿流体,1）牛顿流体,2）非牛顿流体,塑性流体,46,绪论,假塑性体,涨塑性体,47,绪论,例13如图所示，一圆锥形体绕其铅直中心轴等速旋转，锥体与固壁间距离为=1mm全部为润滑油充满，其动力黏性系数=0.1Pas，当旋转角速度为，锥体半径R=0.3m，高H=0.5m。

求作用于圆锥体上的主力矩M。

解：

此题属于牛顿那摩擦定律应用。

该题的特点是作用半径，液体和固壁接触面积及锥体旋转线速度都随高度变化，应逐个找出其变化规律并贯彻物理方法解题的思想。

48,绪论,如图所示，旋转力矩的微元表达式,

（1）锥体半径r的变化规律,

（2）对应dh的dA表达式,49,绪论,绪论,（3）因为液层很薄，认为其间速度梯度为线性关系，即,把以上三式代入旋转力矩的微元表达式，并整理得,（4）积分求总力矩,50,绪论,五、表面张力特性和毛细管现象,1.定义：

由于分子间的引力作用，液体自由表面受内聚力收缩为最小，能承受微小的张力的性质。

（一）表面张力,51,绪论,2.液体表面张力特性的解释：

3.表面张力系数：

指表面周线单位长度上的表面张力值，N/m,52,绪论,表面张力不仅存在于液体和空气接触的表面处，而且也存在于液体与固体接触的自由液面处。

（二）毛细管现象,53,绪论,1.附着力、内聚力和接触角,附着力：

玻璃对接触点的分子引力n1内聚力：

水对接触点的分子的引力n2接触角：

T与玻璃管壁的夹角（浸润性液体、非浸润性液体）,54,绪论,2.毛细管现象及其应用,毛细管现象是由于表面张力的作用会使插在液体中两端开口的细玻璃管中的液面自动地上升或下降一个高度的现象。

在点压强测量中使用液位计、单管式测压计、U形差压计等常用仪器时必须考虑这种现象所引起的测量误差。

55,绪论,由于重力与表面张力产生的附加压力在垂直方向分力平衡，所以有：

则,式中：

56,绪论,由实验测知：

20时，水与玻璃的接触角=39，水银与玻璃的接触角=139140；把20时，水的容重、水银的容重、水的表面张力系数、水银的表面张力系数、分别代入式中，则得：

水在玻璃管中上升的高度为,水银在玻璃管中下降的高度为,液柱测压计和差压计的玻璃管内径一般为810mm,57,第1章习题,58,18采暖系统在顶部设一膨胀水箱，系统内的水总体积为，最大温升，膨胀系数，求该水箱的最小容积？

解：

该题为求解系统内水体积净增量的问题，可依（19）式进行求解。

故膨胀水箱的最小体积应为2立方米，但在工程设计中，应注意按照设计规范增加一定的富裕量，以确保系统安全。

绪论,59,111一木块底面积为，厚度为，质量为，沿着涂有润滑油的斜面以速度等速度下滑，油层厚度，求润滑油的动力粘性系数。

解：

这是牛顿内摩擦定律在工程中应用的一个简单而又常见的例子。

求解此题有两个重点，一是对油层内速度梯度进行简化，即认为是线性分布规律；二是正确列出力的平衡方程。

由于是等速下滑，故重力分力与粘性阻力相等,绪论,60,注意：

在解题时，所有物理量的单位必须采用相同单位制，避免出现换算错误。

绪论,61,绪论,1-13转筒粘度计，外筒角速度n（r/min）旋转，通过筒间液体转力矩至内筒。

内筒挂在金属丝下，该丝扭矩为M。

证明：

力粘度计算公式,62,本章结束,绪论,