流体力学课件6第一章流体的基本概念(可压缩性)

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工程流体力学课件-第一章

工程流体力学课件-第一章

二、流体力学在石油化工工业中的应用
流体力学是一门重要的工程学科,它的应用几乎遍及国民经济的各个部门, 尤其在石油工程和石油化工工业中,流体力学是其重要的理论核心之一。
在石油工业中 ,用到流体力学原理分析流体在管内的流动规律,压力、阻 力、流速和输量的关系,据此设计管径,校核管材强度,布置管线及选择泵的类 型和大小,设计泵的安装位置等;在校核油罐和其他储液容器的结构强度,估算 容器、油槽车、油罐的装卸时间,解释气蚀、水击等现象 。
实验方法的优点是能直接解决生产中的复杂问题,能发现流动中的新现象。
它的结果往往可作为检验其他方法是否正确的依据。这种方法的缺点是对不同 情况,需作不同的实验,也即所得结果的普适性较差。
3 、数值计算方法
数值计算方法是按照理论分析方法建立数学模型,在此基础上选择合理 的计算方法,如有限差分法、特征线法、有限元法、边界元法、谱方法等,将 方程组离散化,变成代数方程组,编制程序,然后用计算机计算,得到流动问 题的近似解。数值计算方法是理论分析法的延伸和拓展。
两板间流体沿y方向的速度呈线性分布。
上面的现象说明,当流体中发生了层与层之间的相对运动时,速度快的流层对 速度慢的流层产生了一个拉力使它加速,而速度慢的流层对速度快的流层就有 一个阻止它向前运动的阻力,拉力和阻力是大小相等方向相反的一对力,分别 作用在两个流体层的接触面上,这就是流体黏性的表现,这种力称为内摩擦力 或黏性力。
体积弹性模量:在工程上流体的压缩性也常用p的倒数即体积弹性模量来描述
E 1 dp
p dV /V
2.可压缩流动与不可压缩流动
流体的压缩性及相应的体积弹性模量是随流体的种类、温度和压力而变化 的。当压缩性对所研究的流动影响不大,可以忽略不计时,这种流动成为不可 压缩流动,反之称为可压缩流动。通常,液体的压缩性不大,所以工程上一般 不考虑液体的压缩性,把液体当作不可压缩流体来处理。当然,研究一个具体 流动问题时,是否考虑压缩性的影响不仅取决于流体是气体还是液体,而更主 要是由具体条件来决定。

流体力学课件(全)

流体力学课件(全)
X 1 p 0 x
Y 1 p 0 y
欧拉平衡方程
Z 1 p 0 z
p p( , T )
t
1 V V T p
1 V V p T
p p(V , T )
1 t T p
p
p
1 p T
V
p y = pn pz = pn
px = p y = pz = pn = p
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第二章
流体静力学
§1 静压强及其特性 §2 流体静力学平衡方程 §3 压力测量 §4 作用在平面上的静压力 §5 作用在曲面上的静压力 §6 物体在流体中的潜浮原理
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§2流体静力学平衡方程
通过分析静止流体中流体微团的受力,可以建立 起平衡微分方程式,然后通过积分便可得到各种不同 情况下流体静压力的分布规律。 why 因此,首先要建立起流体平衡微分方程式。 现在讨论在平衡状态下作用在流体上的力应满足 的关系,建立平衡条件下的流体平衡微分方程式。
《流体力学》
汪志明教授
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第一章 流体的流动性质
§1 流体力学的基本概念
§2 流体的连续介质假设 §3 状态方程 §4 传导系数 §5 表面张力与毛细现象
《流体力学》
汪志明教授
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§2 流体的连续介质假设
虽然流体的真实结构是由分子构成,分子间有一定的孔隙,但流 体力学研究的并不是个别分子微观的运动,而是研究大量分子组成的 宏观流体在外力的作用下所引起的机械运动。 因此在流体力学中引入连续介质假设:即认为流体质点是微观上 充分大,宏观上充分小的流体微团,它完全充满所占空间,没有孔隙 存在。这就摆脱了复杂的分子运动,而着眼于宏观机械运动。

大学流体力学课件5——第一章流体的基本概念(粘性)

大学流体力学课件5——第一章流体的基本概念(粘性)
粘性的定义


牛顿内摩擦定律
粘度


粘温特性
牛顿流体
§1-2
流体的主要物理性质
二、粘性
1. 粘性的定义
现象: # 手粘油或水,感觉不同; # 油加温,变稀,易流
# 右图:下盘转动,会带动上盘
§1-2
流体的主要物理性质
二、粘性 1.粘性的定义
一般分析:
定义:
流体内部质点间或流层间因相对运动而产生 内摩擦力,以反抗相对运动的性质。
流体的主要物理性质
二、粘性
3. 粘度 粘性大小的度量 (2) :运动粘度
量纲和单位:
国际单位制:
物理单位制:
工程单位制:
例: 机械油的牌号 液压油 20#: N32:
§1-2
流体的主要物理性质
二、粘性
3. 粘度 粘性大小的度量 (3) 相对粘度
恩氏粘度计
恩氏粘度
§1-2
流体的主要物理性质
二、粘性
间隙中速度梯度近似按线性分布处理; 计算过程中注意单位统一; 作业中应作图,并分析
§1-2
流体的主要物理性质
二、粘性
4.粘~温, 粘~压特性
一般
粘温特性是工程液体的重要技术参量 粘性阻力的微观机理: 分子引力产生粘阻 (液体中为主) 分子动量交换产生粘阻 (气体中为主)
§1-2
流体的主要物理性质
流体力学中分两步走的研究方法: 分析无粘性流体模型 ----→初步运动规律
考虑粘性影响修正
----→实际运动规律
§1-2
流体的主要物理性质 小 结
二、粘性
0. 粘性是流体区别于固体的重要特性
是产生流动阻力的内因
1. 粘性:流体质点间可流层间因相对运动而产生 摩擦力以反抗相对运动的性质 2. 牛顿内摩擦定律反映粘性的数值关系 3. 粘度是粘性的度量 4. 符合牛顿内摩擦定律的流体为牛顿流体 5. 不考虑粘性的流体称为理想气体

流体力学ppt

流体力学ppt

概念引入: 概念引入:
位置水头 :z 压强水头 :p/γ 测压管水头 :z+p/γ=C 同一容器内静止液体中, 同一容器内静止液体中, 测压管水头均相等。 测压管水头均相等。
三、压强的表示方法和度量单位
1、表示方法
(1)绝对压强Pj:以绝对真空为零点。 绝对压强P 以绝对真空为零点。 相对压强P 以大气压P 为零点。 (2)相对压强P: 以大气压Pa为零点。 工程中,通常采用相对压强, 可正可负。 工程中,通常采用相对压强,P可正可负。 绝对压强与相对压强的关系: 绝对压强与相对压强的关系:P=Pj–Pa P 为正值时: 称为正压(表压, P为正值时:Pj>Pa,称为正压(表压,即压力表 读数)。 读数)。 为负值时: 称为负压( P为负值时:Pj<Pa,称为负压(负压的绝对值称 真空度,即真空表读数)。 真空度,即真空表读数)。 真空度(只能是正值) 真空度(只能是正值):Pk=Pa-Pj=-P
§1-1 流体的主要力学性质 -
一、惯性
定义:惯性是物体维持原有运动状态的性质。 定义:惯性是物体维持原有运动状态的性质。 质量:表征惯性的物理量。 质量:表征惯性的物理量。 流体的质量:常以密度来反映。 流体的质量:常以密度来反映。 密度:对于均质流体, 密度:对于均质流体,单位体积的质量称为密度 ρ = m /V ,即: 重度:对于均质流体, 重度:对于均质流体,单位体积的流体所受的重 力称为流体的重力密度,简称重度。 力称为流体的重力密度,简称重度。 即:
h= p
γ
一标准大气压: 一标准大气压: 三种压强换算关系: 三种压强换算关系: 压强换算关系
101325 N / m 2 h= = 10.33m 3 9807 N / m

(完整版)流体力学

(完整版)流体力学

(完整版)流体力学第1章绪论一、概念1、什么是流体?在任何微小剪切力持续作用下连续变形的物质叫做流体(易流动性是命名的由来)流体质点的物理含义和尺寸限制?宏观尺寸非常小,微观尺寸非常大的任意一个物理实体宏观体积极限为零,微观体积大于流体分子尺寸的数量级什么是连续介质模型?连续介质模型的适用条件;假设组成流体的最小物质是流体质点,流体是由无限多个流体质点连绵不断组成,质点之间不存在间隙。

分子平均自由程远远小于流动问题特征尺寸2、可压缩性的定义;作用在一定量的流体上的压强增加时,体积减小体积弹性模量的定义、与流体可压缩性之间的关系及公式;Ev=-dp/(dV/V) 压强的改变量和体积的相对改变量之比Ev=1/Κt 体积弹性模量越大,流体可压缩性越小气体等温过程、等熵过程的体积弹性模量;等温Ev=p等嫡Ev=kp k=Cp/Cv不可压缩流体的定义及体积弹性模量;作用在一定量的流体上的压强增加时,体积不变(低速流动气体不可压缩)Ev=dp/(dρ/ρ)3、流体粘性的定义;流体抵抗剪切变形的一种属性动力粘性系数、运动粘性系数的定义、公式;动力粘度:μ,单位速度梯度下的切应力μ=τ/(dv/dy)运动粘度:ν,动力粘度与密度之比,v=μ/ρ理想流体的定义及数学表达;v=μ=0的流体牛顿内摩擦定律(两个表达式及其物理意义);τ=+-μdv/dy(τ大于零)、τ=μv/δ切应力和速度梯度成正比粘性产生的机理,粘性、粘性系数同温度的关系;液体:液体分子间的距离和分子间的吸引力,温度升高粘性下降气体:气体分子热运动所产生的动量交换,温度升高粘性增大牛顿流体的定义;符合牛顿内摩擦定律的流体4、作用在流体上的两种力。

质量力:与流体微团质量大小有关的并且集中在微团质量中心上的力表面力:大小与表面面积有关而且分布在流体表面上的力二、计算1、牛顿内摩擦定律的应用-间隙很小的无限大平板或圆筒之间的流动。

第2章流体静力学一、概念1、流体静压强的特点;理想流体压强的特点(无论运动还是静止);流体内任意点的压强大小都与都与其作用面的方位无关2、静止流体平衡微分方程,物理意义及重力场下的简化微元平衡流体的质量力和表面力无论在任何方向上都保持平衡欧拉方程=0 流体平衡微分方程重力场下的简化:dρ=-ρdW=-ρgdz3、不可压缩流体静压强分布(公式、物理意义),帕斯卡原理;=C不可压缩流体静压强基本公式z+p/ρg不可压缩流体静压强分布规律p=p0+ρgh平衡流体中各点的总势能是一定的静止流体中的某一面上的压强变化会瞬间传至静止流体内部各点4、绝对压强、计示压强(表压)、真空压强的定义及相互之间的关系;绝对压强:以绝对真空为起点计算压强大小记示压强:比当地大气压大多少的压强真空压强:比当地大气压小多少的压强绝对压强=当地大气压+表压表压=绝对压强-当地大气压真空压强=当地大气压-绝对压强5、各种U型管测压计的优缺点;单管式:简单准确;缺点:只能用来测量液体压强,且容器内压强必须大于大气压强,同时被测压强又要相对较小,保证玻璃管内液柱不会太高U:可测液体压强也可测气体压强;缺:复杂倾斜管:精度高;缺点:??6、作用在平面上静压力的大小(公式、物理意义)。

1-流体力学的基本概念

1-流体力学的基本概念

V p dp E = V d 1
单位体积的相对变化所需要的压力增量。
常数
不可压缩流体
• 对于气体
气体密度随压力的变化是和热力过程有关的。 可压缩性表现突出。 在某些情况下,气体可作不可压缩流体处理。
• 水在100atm下,容积缩小0.5% • 气体,气压增加0.1倍,则密度增加0.1倍
牛顿内摩擦定律
y方向速度梯度
剪切应变率
dv x d dx dy dy dt

牙膏0 > 0
油漆 水
满足此表达式的流体称为 牛顿流体。不满足以上关 系的流体成为非牛顿流体。
0
淀粉糊
13
三. 可压缩性
体积压缩系数

当温度保持不变,单位压强增 量引起流体体积的相对缩小量
7
3. 连续介质
密度随尺度的变化(常温下) 3) 当a>L,流体的密度随空间变化,是一个空间分布 的连续函数。
微元体积δV不是数学上的无限小,而应理解为“物理 上的”无限小(唯象的方法)
8
3. 连续介质
宏观物理量的严格定义--- 系综平均
������ 理论上,δV应当取成是真正的数学无限小,而对于 给定的点和时间, 密度ρ就是一个随机变量。求出这个随 机变量的统计平均值,将得到一个确定的数,不同点和时 间ρ的全体就是定义在时空四维连续体上的密度分布函数。
2) 欧拉表达式中包括变量t , 是不定常流动。 3)在拉格朗日参考系中求加速度,
2 x ax 2 (2ae2t ) 4ae2t 4 x t t 2 y 2y a y 2 [2b(1 t )] 2b t t (1 t )2
2 z 2t t 4ce2t t 2ce2t 6ce2t t az 2 2ce 3 3 3 t t (1 t ) (1 t ) (1 t ) (1 t ) 4

大学流体力学课件6——第一章流体的基本概念(可压缩性)


体积弹性模量:体积压缩系数的倒数
P. 10 表1-2 水的弹性模量
§1-2
流体的主要物理ห้องสมุดไป่ตู้质
三、压缩性
体积膨胀系数: 即当压强 一定时,单位温度升高,而引起的体积 变化率。表示液体膨胀性的大小。
一般工程问题,可以不考虑 。 在容器设计,热工问题中要考虑 P.10 表1-3 水的体积膨胀系数
§1-2
第一章
§1-2
流体的基本概念
流体的主要物理性质
一、惯性
二、粘性
三、压缩性 四、表面张力
第一章
§1-2
流体的基本概念
流体的主要物理性质
三、压缩性 (compressibility) 一、流体的压缩性
微观分析
压缩性: 热胀性:
§1-2
流体的主要物理性质
三、压缩性
1. 液体的压缩性和热胀性
体积压缩系数:表征液体压缩性的大小 即当温度 一定时,每升高单位压强 而引起的体积变化率。
三、压缩性
3. 不可压缩流体的概念 不考虑压缩性的流体,是真实流体的一个简化 物理模型。 任何流体都是可压缩的。有些工程问题中可以 不考虑压缩性,认为流体是不可压缩的,即可减化 计算,又能满足计算精度要求。 通常,认为水不可压缩; 通风问题中气体为不可压缩的 高速、高压情况下必须考虑流体的压缩性。
§1-2
流体的主要物理性质
三、压缩性
2.气体的压缩性和热胀性 的变化,对气体体积变化影响很大。在一定 的温度和压力变化范围内,都可以用理想(完全)气体 (假设分子间无引力,分子本身不占容积)的气体状态 方程来表示各参数的变化规律。
R----气体常数 其参数变化关系由物理学或热力学内容中学习。

流体力学(共64张PPT)


1) 柏努利方程式说明理想流体在管内做稳定流动,没有
外功参加时,任意截面上单位质量流体的总机械能即动能、
位能、静压能之和为一常数,用E表示。
即:1kg理想流体在各截面上的总机械能相等,但各种形式的机
械能却不一定相等,可以相互转换。
2) 对于实际流体,在管路内流动时,应满足:上游截面处的总机械能大于下游截面
p g 1z12 u 1 g 2W g ep g 2z22 u g 2 2g hf
JJ
kgm/s2
m N
流体输送机械对每牛顿流体所做的功

HeW ge,
Hf ghf
p g 1z12 u 1 g 2H ep g 2z22 ug 2 2 H f
静压头
位压头
动压头 泵的扬程( 有效压头) 总压头
处的总机械能。
22
3)g式中z各、项 的2u 2物、理 意p 义处于g 某Z 个1 截u 2 1 面2上的p 1流 W 体e本 身g Z 所2具u 有2 22 的 能p 量2 ; hf
We和Σhf: 流体流动过程中所获得或消耗的能量〔能量损失〕;
We:输送设备对单位质量流体所做的有效功;
Ne:单位时间输送设备对流体所做的有效功,即有效功率;
u2 2
u22 2
u12 2
p v p 2 v 2 p 1 v 1
Ug Z 2 u2 pQ eW e
——稳定流动过程的总能量衡算式 18
UgZ 2 u2pQ eW e
2、流动系统的机械能衡算式——柏努利方程
1) 流动系统的机械能衡算式〔消去△U和Qe 〕
UQ'e vv12pdv热力学第一定律
26
五、柏努利方程应用
三种衡算基准

流体的基本概念和物理性质


密度 密度差会形成自然循环、热对流和自 然对流换热等现象。
F
热板
自然循环锅炉 1—给水泵 2—省煤器 3—汽包 4—下降管 5—联箱 6—蒸发受热面 单位体积流体所具有的质量。 用符号ρ表示,单位为kg/m3 。
m 均质流体定义式: V m 非均质流体定义式为: lim
第一篇
第一篇
工程流体力学
第一章 流体的基本概念和性质 第二章 流体静力学 第三章 流体动力学
第一章 流体的基本概念和性质 流体的定义和连续介质假设 流体的压缩性和膨胀性 流体的粘性 作用在流体上的力
第一节 流体的定义和连续介质假设
一、流体的定义 通俗定义:能流动的物质称为流体。 力学定义:在任何微小剪切力的持续作 用下能够连续变形的物质,称为流体。
• 气体易于压缩;而液体难于压缩; • 液体有一定的体积,存在一个自由表面; 气体能充满任意形状的容器,无一定的体积, 不存在自由表面。
•液体和气体的共同点:两者均具有流动性 ——在任何微小切应力作用下都会发生变 形或流动,故二者都是流体。
从微观角度看
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,在标准条件下,1mm3气体含有2.7×1016个左右的分子, 分子间距离是3.3×10-6mm。
1 dV V dt V
单位为m3
流体温度的增加量, 单位为℃(K)
流体原有的体积, 单位为m3
•关于体胀系数αv
液体的体胀系数很小;
如:水在98000Pa下,10~20℃内,
αv =150×10-6 1/ ℃
大多数液体αv随压强的增大而稍减小; 水在50℃以下,
αv 随压强增大而增大;
一般情况下
通常把液体视为不可压缩流体。 通常在流速较高,压强变化较大的场合,气 体视为可压缩流体,必须将密度视为变量。 在流速不高(比声速小得多时),压强变化 较小,密度变化不大( )的场合, 气体可视为不可压缩流体。如锅炉的尾部烟 2 1 100% 20% 道中和空调系统通风管道中的气体等。 1

流体力学课件


17世纪中叶——18世纪中叶:1687年牛顿的黏性流体 内摩擦定律 1738年伯努利<<水动力学>>,基本概念 1755年欧拉<<流体运动的一般原理>>,理流方程 第三阶段:沿着古典流体力学和水力学两条道路发展 (18世纪中叶——19世纪末)
古典流体力学: 欧拉提出 理想流体 1826年 纳维提出黏性流体运动微分方程 水力学: 达西与魏斯巴赫 沿程水头损失公式 第四阶段:发展成为近代流体力学阶段(19世纪末至今) 理论与实验密切结合: 雷诺于1882年提出相似原理加速理论与实验的结 合、理论与生产实践密切联系: 1904年普朗特提出光辉的边界层理论
P
N N τ
2、特性二:静压强的大小与作用面方向无关,或说作 用于同一点上各方向的静压强大小相等。 证明: z C dz △py A x △pn △px dy B y
(1)作用力 ① 表面力:
0 dx
△pz
1 p x p x SOBC p x dydz 2 1 p y p y SOAC p y dxdz 2 1 p z p z SOAB p Z dxdy 2 p n p S ABC
pN d‘
N O’ d c‘ dx
1 p 0 化简得: X x
同理:
a
1 p Y 0 y
1 p Z 0 z
z dz
b‘
M
b pM dy
c y
0
x
上式用向量表示: f
1

p 0
该方程表明:静止流体中各点单位质量流体 所受质量力和表面力平衡。 2、平衡微分方程的全微分式:
b‘
b p M
c y
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三、压缩性
3. 不可压缩流体的概念 不考虑压缩性的流体,是真实流体的一个简化 物理模型。 任何流体都是可压缩的。有些工程问题中可以 不考虑压缩性,认为流体是不可压缩的,即可减化 计算,又能满足计算精度要求。 通常,认为水不可压缩; 通风问题中气体为不可压缩的 高速、高压情况下必须考虑流体的压缩性。
§1-2
第一章 流体的基本概念
§1-2 流体的主要物理性质
一、惯性 二、粘性 三、压缩性 四、表面张力
第一章 流体的基本概念
§1-2 流体的主要物理性质
三、压缩性 (compressibility) 一、流体的压缩性 微观分析 压缩性: 热胀性:
§1-2
流体的主要物理性质
三、压缩性
1. 液体的压缩性和热胀性 体积压缩系数:表征液体压缩性的大小 即当温度 一定时,每升高单位压强 而引起的体积变化率。
流体的主要物理性质
三、压缩性
2.气体的压缩性和热胀性 的变化,对气体体积变化影响很大。在一定 的温度和压力变化范围内,都可以用理想(完全)气体 (假设分子间无引力,分子本身不占容积)的气体状态 方程来表示各参数的变化规律。
R----气体常数 其参数变化关系由物理学或热力学内容中学习。
§1-2
流体的主要物理性质
体积弹性模量:体积压缩系数的倒数
P. 10 表1-2 水的弹性模量
§1-2
流体的主要物理性质
三、压缩性
体积膨胀系数: 即当压强 一定时,单位温度升高,而引起的体积 变化率。表示液体膨胀性的大小。
一般工程问题,可以不考虑 。 在容器设计,热工问题中要考虑 P.10 表1-3 水的体积膨胀系数2
流体的主要物理性质
四、表面张力 (Surface Tension) 1. 表面张力是液体分子间引力作用所显现的宏观特性。 2. 表面张力在液体与固体接触的自由表面处表现。 3. 表面张力的大小可以用表面张力系数σ表示, 是指作用在单位长度上的力 4. 毛细现象由液体分子间的凝聚力 与壁面间的附着力综合作用而致
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