流体物理性质与运动物理量的描述讲义
大一物理流体的运动知识点总结

大一物理流体的运动知识点总结流体力学是研究流体的力学性质和运动规律的学科,是物理学的一个重要分支。
在大一的物理学课程中,我们学习了流体力学的基本概念和运动规律。
下面是对流体的运动知识点的总结。
一、流体的基本性质流体是指能够流动的物质,包括气体和液体。
流体的特点是没有固定的形状,能够适应所处容器的形状。
流体的基本性质包括质量密度、体积密度、压强和浮力等。
1. 质量密度:流体的质量与其体积的比值,常用符号ρ表示,单位是千克/立方米。
2. 体积密度:流体的质量密度的倒数,常用符号ρ'表示,单位是立方米/千克。
3. 压强:流体受到的压力,是垂直于单位面积的力,常用符号P表示,单位是帕斯卡(Pa)。
4. 浮力:流体对物体上浸的部分所施加的向上的力,大小等于被排开的流体重量。
二、流体的运动规律1. 连续性方程:在稳恒流动的条件下,流经一个截面的流体质量速率恒定,即质量守恒定律。
2. 波依恩定律:对于一个稳恒流动的理想流体,沿任意一条流线,流体速度、压力和高度之间满足波依恩定律。
3. 压强和速度的关系:对于一个稳恒流动的理想流体,速度增大,压强减小;速度减小,压强增大。
4. 伯努利定律:对于一个稳恒流动的理想流体,沿一条流线,流体的总机械能保持不变。
5. 流体的黏性:流体黏性是指流体内部的分子间的相互作用力,黏性对流体的流动有一定的阻碍作用。
三、流体的实际应用流体力学在现实生活中有广泛的应用,例如管道输送、飞机和汽车空气动力学、水力发电等。
下面是一些流体在实际应用中的重要现象和原理。
1. 血流动力学:通过研究血液在血管中的流动规律,可以了解心脏和血管的疾病。
2. 鸟类飞行原理:通过研究空气动力学,可以分析鸟类飞行的原理,并应用于飞机设计。
3. 水力发电:利用水流的动能产生电能的过程,通过水轮机转动发电机,将水的动能转化为电能。
4. 管道输送:通过流体在管道中的流动,可以实现将液体或气体从一处运输到另一处,例如输油管道、天然气管道等。
高一物理流体知识点

高一物理流体知识点流体是物理学中的重要概念之一,研究流体的性质和规律对于我们理解自然界中的现象具有重要意义。
在高一物理学习中,我们需要了解和掌握一些关键的流体知识点。
本文将就高一物理流体知识点进行介绍和讲解。
一、什么是流体?流体是一种没有固定形状的物质,包括气体和液体。
相比之下,固体具有固定的形状和体积,而流体具有流动性和变形性。
二、流体的性质1. 流体的流动性:流体的特点之一是能够流动,即流体分子在受力下能够自由滑动和流动。
液体的流动是分子之间相互滑动的结果,气体的流动则是气体分子碰撞和扩散的结果。
2. 流体的压强:流体受到的单位面积上的力称为压强。
压强大小与流体的密度和深度有关,即压强 = 密度 ×重力加速度 ×深度。
3. 流体的密度:流体的密度是指单位体积的流体质量。
液体的密度通常比气体的密度大,但在同一温度下,不同液体的密度也会有所不同。
三、流体的静力学1. 静压力:当流体处于静止状态时,流体对容器壁面的作用力称为静压力。
静压力的大小与流体所在高度和密度有关。
2. 压强定律:在静止的流体中,静压力在各点上是相等的,即压强在各点上是相等的,这就是压强定律。
3. 原理密度:原理密度是指物体浸没在流体中所受到的浮力与物体体积之比。
如果物体的密度小于流体的密度,则物体会浮在流体表面上,反之则会沉在流体中。
四、流体的动力学1. 流体的流速:流体的流速是指单位时间内流体通过某一横截面的体积。
流速与流经的横截面面积、流量和时间有关,即流速= 流量 / 面积。
2. 流量定律:在一个封闭管道中,流体的流量保持不变,即流量定律。
根据流量定律,当管道的横截面变小时,流速变大;反之,当管道的横截面变大时,流速变小。
3. 质量守恒定律:质量守恒定律也适用于流体,即质量的流入等于质量的流出。
根据质量守恒定律,当流体通过管道的时候,流速的变化会导致流体密度的变化。
五、流体的应用1. 浮力和浮力定律:浮力是指物体在液体或气体中受到的向上的浮力。
第一章流体及其物理性质

理想气体状态的温度、压力、体积之间满足理想气体状态方 程:
pVmRgT
理想气体状态方程:
PV=mRgT
或
P=ρRgT
→气体密度:
P RgT
注意Rg的含 义:气体常数
kg K
绝热变换:忽略气体在高速压缩过程中与环境的换热,则 气体的压缩或膨胀过程被称为绝热压缩(膨胀)。在绝热压缩 过程中压力与气体体积和密度的关系满足如下关系:
P1V1k P2V2k 或
v
v1 (
p1 ) 1k p
1(
p
1
)k
p 1
式中:绝热指数k――定压比热CP和定容比热CV的比值k=Cp/CV
比热C:不发生状态变化的条件下,单位质量物质温度升高 1℃所需的热量。〔J/(g·℃)〕 定压比热CP:压力不变时的比热 定容比热CV:体积不变时的比热
流体的易变形性是流体的决定性宏观力学特性,表现在:
▲ 在受到剪切力持续作用时,固体的变形一般是微小的(如金属)或有 限的(如塑料),但流体却能产生很大的甚至无限大的变形(力的作用 时间无限长)。 ▲ 当剪切力停止作用后,固体变形能恢复或部分恢复,流体不作任何恢 复。 ▲ 固体内的切应力由剪切变形量(位移)决定,而流体内的切应力与变 形量无关,由变形速度(切变率)决定。
6.粘性 (1)定义:粘性(粘滞性)----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。
时间:t 0 时,维持上平板恒速(匀速)运动需要一个恒力F :
F u —— 试验结果 Ay
A : 平板面积,m2
流体的主要物理力学性质

流体在运动过程中所受的力与加速度之间的 关系,是流体动力学的基本方程。
连续性方程
描述流体的质量守恒原理,即流体的质量流 量在流场中保持不变。
动量方程
描述流体的动量守恒原理,即流体的动量流 量在流场中保持不变。
能量方程
描述流体的能量守恒原理,即流体的能量在 流场中保持不变。
流体动力学的应用
06
流体动力学简介
基本概念
流体
流体是具有流动性的连续介质, 由大量分子组成,能够在外力作
用下发生流动。
流体动力学
流体动力学是研究流体运动规律 和行为的一门科学,主要研究流 体的速度、压力、密度等物理量
之间的关系。
流场
流场是指流体运动所占据的空间 区域,流场中的每一点都有一定
的速度和压力。
流体动力学方程
THANKS
感谢观看
流动状态的判定
雷诺数
用于判定流体流动状态的无量纲数, 由流体的流速、管径和流体动力粘度 决定。当雷诺数小于临界值时,流体 呈层流流动;当雷诺数大于临界值时, 流体呈湍流流动。
流动状态判定准则
根据实验和理论分析,得出判定流动 状态的准则,如普朗特数、尼古拉斯 数等。这些准则可以帮助我们判断不 同条件下流体的流动状态。
毛细管法
利用毛细管中的流体流动, 通过测量流体在毛细管中 的流动时间和压力差来计 算流体的粘度。
影响粘度的因素
分子间相互作用
流体的分子间相互作用会影响流体的粘度,分子 间相互作用越强,粘度越大。
温度
温度对流体的粘度有显著影响,一般来说,温度 升高会使流体的粘度降低。
压力
压力对流体的粘度影响较小,但在高压下,压力 对粘度的影响会更加明显。
流体的物理性质

1-2 流体的主要物理性质及表征这些性质的物理量(作者:佚名本信息发布于2008年07月28日,共有1071人浏览) [字体:大中小]一、作为连续介质看待的流体流体是液体和气体的统称。
液体和气体都有很复杂的内部结构。
它们都由大量分子组成,这些分子不断地作不规则的热运动。
每个分子又包含一个或两个以上的原子。
分子与分子之间以及分子内部的原子与原子之间可以保留相应的空隙。
所以,流体的内部结构是不连续的,中间存在着许多空隙。
流体力学不研究个别分子的运动,也不过问个别原子的运动。
流体力学只研究大量分子的集体运动。
我们将整个流体分成许许多多的分子集团,称每个分子集团为质点,研究这些质点的平衡和运动规律以及它们相互之间或者与周围物体之间的作用力。
这样的质点在流体内部一个紧靠着另一个,它们之间不再有任何的空隙。
所以称这样的分子集团为质点,是因为流体力学所研究的运动是大范围的运动,与流体之间有力相互作用着的固体也是较大的物体。
因此,每个质点可以足够精确地被认为是一个点而不必考虑它的大小,它们不同于几何上的大小。
它们不同于几何上的点,它们具有质量。
从流体的运动范围和周围物体的大小来看这些分子团——质点,它们显得非常小。
但是另一方面,从分子之间的平均间隔来看,它们却是很大的。
每一分子团中的各个分子虽然不断地作不规则的热运动,但是它们不会越出这个分子团——质点的范围。
因此,将流体看成质点组之后,我们便不必去考虑分子的热运动和分子间复杂的相互作用力,只将质点作为一个最小单位来研究它的运动。
也就是说,流体力学所研究的不是具有不连续的内部结构的实际流体,而是上面所说的由质点组成而具有连续结构的实际流体的模型,将流体作为连续介质看待。
当然,采用这样的模型来代替真实的流体是有条件的,即只在与分子运动没有直接关系的情况下才是被容许的。
对于那些与分子运动直接相关联的物理现象,如传热、扩散等,单纯用质点的运动还不能完全说明问题。
二、流体的流动性流体同固体间的根本差别在于流体具有流动性,而固体没有流动性。
流体力学1

水 0.294 106 m 2 /s
1000C
空气 1.49 105 Pa s
空气 2.18 105 Pa s
空气 0.98 105 m 2 /s
空气 2.31 105 m 2 /s
空气的动力粘性系数比水小2个数量级,但空气的 运动粘性系数比水大。 空气的粘性系数随温度升高而增大,而水的粘性系 数随温度升高而减小。
微观(分子自由程的尺度)上看,流体质点是一个足够大的
分子团,包含了足够多的流体分子,以致于对这些分子行为 的统计平均值将是稳定的,作为表征流体物理特性和运动要 素的物理量定义在流体质点上。
2.7 1016 个分子
1mm3空气 ( 1个大气压,00C)
• 连续介质假设
连 续 介 质 假 设 将 流 体 区 域 看 成 由 流 体 质 点 连 续 组 成 , 占
力)予以抵抗,并在撤除外力后恢复原形,流体的这种性质称 为压缩性。
p V
p+Δp V-ΔV
•
d V / V d/ dV 将相对压缩值 与压强增量 d p之比值 称 dp dp V 1 dp 为压缩系数,其倒数 K 称为体积 K 随温度和压强而变,随温度变化不显著。液体的 K
值很大,除非压强变化很剧烈、很迅速,一般可不考虑压缩 性,作不可压缩流体假设,即认为液体的 K 值为无穷大,密 度为常数。但若考虑水下爆炸、水击问题时,则必须考虑压 缩性。
§1—3 作用在流体上的力
流体不能承受集中力,只能承受分布力。分布力按表现形式 又分为:质量力、表面力。
,指向表 面力受体外侧,所受表面力为 ΔP ,则应力
P p n lim A0 A
n
流体运动的描述及流体的性质课件

CHAPTER 02
流体的性质
流体的物理性质
密度
流体的质量与所占体积 的比值,表示流体的密
集程度。
粘度
流体内部摩擦力的大小 ,影响流体流动时的内
摩擦力。
压缩性
流体受压力作用时体积 发生改变的性质。
热传导性
流体传递热量的能力, 与流体的导热系数有关
。
流体的化学性质
01
02
03
04
稳定性
流体在化学反应中保持稳定的 能力。
性和热传导等效应。
CHAPTER 05
流体运动的实例分析
管道流动
总结词
管道流动是流体运动的一种常见形式, 主要发生在封闭的管道中。
VS
详细描述
在管道中,流体受到管壁的限制,沿着管 轴方向流动。这种流动形式在工业生产和 日常生活中广泛存在,如自来水、石油和 天然气等。管道流动的特点是流速分布较 为均匀,流体受到的阻力较小。
03
空间环境模拟
流体动力学还用于模拟空间环境,如微重力环境、真空环境等,为空间
实验提供必要的条件。
能源领域
风能利用
流体动力学在风能利用方 面发挥了重要作用,如风 力发电机的设计、风洞实 验等。
核能与火力发电
流体动力学在核能发电和 火力发电的蒸汽动力循环 中也有应用,涉及热力学 和流体动力学的原理。
。
在流体运动中,质点动力学基础 是描述流体运动的基本理论框架 ,能够为流体运动的描述提供重
要的理论支持。
质点动力学基础的优点是具有普 适性,适用于各种类型的流体运 动,但需要结合具体的流体运动
规律进行应用。
CHAPTER 04
流体动力学方程
牛顿第二定律
流体的运动知识点总结

流体的运动知识点总结1. 流体的性质流体是一种具有流动性的物质,它可以是液体或气体。
流体的主要性质包括压力、密度、粘性和表面张力等。
压力是流体分子作用在容器壁或其他物体上的力,通常用压强来表示。
在流体中,压力是均匀分布的,且大小和方向都与位置有关。
密度是指单位体积内流体的质量,通常用ρ来表示。
密度越大,流体分子之间的作用力越大,流体的流动速度越小。
粘性是流体内部分子之间的摩擦力,粘性越大,流体的粘性越高,流动速度越小。
表面张力是液体表面上分子所受的合力,使得液体表面呈现出薄膜状。
表面张力越大,液体表面越光滑,对浮力的影响也越大。
2. 流体的流动特性流体的流动包括定常流动和非定常流动两种,其中定常流动是指在某一位置和随时间不变的流动状态,非定常流动则是指流体在位置和时间上都是变化的流动状态。
在流体的流动中,流速、流量、雷诺数等是可以用来描述流体流动特性的重要参数。
流速是流体的单位时间内通过某一截面的速度,通常用v来表示。
流量是单位时间内通过某一截面的流体数量,通常用Q来表示。
雷诺数是描述流体流动状态的无量纲参数,一般表示为Re。
当雷诺数小于一定值时,流动属于层流;当雷诺数大于一定值时,流动属于湍流;而介于两者之间时,流动会发生转捩。
3. 流体的流动方程流体的流动可以通过流体力学方程组来描述,包括质量守恒方程、动量守恒方程和能量守恒方程。
质量守恒方程是根据质量守恒定律推导出来的,描述了流体在空间和时间上的质量变化情况。
动量守恒方程是由牛顿第二定律和动量守恒定律推导出来的,描述了流体在流动过程中受到的外力和流体内部压力、粘性力、引力等力的作用。
能量守恒方程是描述流体在流动过程中能量变化的方程,包括内能、动能和压力能等能量的变化。
4. 流体的流动类型流体的流动可以分为层流和湍流两种类型。
层流是指流体在管道内的流动状态呈现为顺序排列的层流结构,流速是均匀的,流动状态稳定。
湍流是指流体在管道内的流动状态混乱、不规则,流速会发生大范围的波动,流场结构复杂。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性,平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益,请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间:9:00-18:30)。
1.1 流体的主要物理性质一.连续介质假设处于流体状态的物质,无论是液体还是气体,都是由大量不断运动着的分子所组成。
从微观角度来看,流体是离散的。
但流体力学是研究物体的宏观运动的,它是大量分子的平均统计特性。
1753年,欧拉采取了一个基本假设认为:流体质点(或流体微团)连续地毫无间隙地充满着流体所在的整个空间,这就是连续介质假设。
在大多数情况下,利用该基本假设得到的计算结果和实验结果符合得很好。
必须指出,连续介质模型也有一定的是适用范围。
以气体作用于物体表面上的力为例。
在标准情况下,的空气包含有个分子,分子间平均自由程,与所研究的在气体中的物体特征尺度L相比及其微小。
按气体分子运动观点,由于作热运动的大量气体分子不断撞击物体表面的结果,产生了作用于物体表面上的力。
它是大量气体分子共同作用的统计平均结果,而不是个别分子的具体运动决定,因而不必详细地研究个别分子的运动,而将气体看成连续介质以宏观的物理量来表征大量分子的共性。
但当气体体分子平均自由程与物体特征尺寸可以比拟时,这时就不能再应用连续介质的概念而必须考虑气体分子的结构了。
用连续介质假设简化时,只要研究描述流体宏观状态的物理量,如密度、速度、压强等。
二.流体的易流动性流体不能承受拉力,流体在静止时也不能承受切向剪应力。
即使是很小的切向力。
只要持续施加,都能使流体发生任意大的变形。
流体的这种宏观性质称易流动性,也正因此流体没有固定的形状。
三.流体的压缩性与膨胀性可压缩性—流体在外力作用下,其体积或密度可以改变的性质。
流体的压缩性常用压缩系数表示它表示在一定温度下,增大一个压力时,流体体积的相对缩小量,即或其中——单位质量流体的体积,即比容;——单位体积的质量,即密度。
压缩系数的倒数即流体的体积弹性模量E,它是单位体积的相对变化所需要的压力增量。
工程中常用体积弹性模量来衡量压缩性的大小。
E值越大流体就越不易被压缩。
E的单位与压强相同为Pa。
热膨胀性——流体在温度改变时,其体积或密度可以改变的性质。
流体的膨胀性常用热膨胀系数表示,它表示咋一定压力下升高一个单位温度时,流体体积的相对膨胀量,即或气体与液体不同,具有明显的压缩性和热膨胀性。
如考虑等温条件下的气体压缩过程,在温度不过低,压强不过高时,由理想气体状态方程可得:由上式可知,当压强增加,气体密度增大,体积缩小。
气体比液体压缩性大得多,但若压力差较小,运动速度较小,且温度不大,则实际上气体的体积变化也不大,仍可认为是不可压流体。
四.流体的输运性质流体由非平衡态转向平衡态时物理量的传递性质,称为流体的输运性质。
如流体各层的动量传递,使速度均匀;各处的能量传递,使温度均匀;各部分的质量传递,使密度均匀。
流体的输运性质,从微观上看,其发生是通过分子的热运动及分子的相互碰撞,在分子的无规则运动中,通过输运、碰撞、交换,各自物理量而形成新的平衡态。
1.动量输运——粘滞现象粘性—流体所具有的抵抗变形的性质。
流体是不能承受切向力的,在很小的切向力作用下,流体会连续不断地变形。
但不同的流体在相同的切应力作用下,其变形的速度是不同的。
①牛顿内摩擦定律17世纪牛顿在其名著《自然哲学的数学原理》中研究了流体的粘性。
设有两块相距很近的平板,板间充满流体,下板固定,上板以匀速U运动,与平板接触的流体附着于平板表面,带动两板间流体作相对运动。
板间流体速度分布规律为此时,慢层流体在较快层流动带动下运动。
快层对慢层产生一个拉力,使慢层加速;反之,慢层对快层产生一个阻力,是快层减速。
这一对力是在流体内部产生的,称之为内摩擦力。
为了确定内摩擦力,牛顿在1686年由试验提出流体内摩擦定律。
经实验验证和后来的分子运动理论表面,外力F的大小与流体性质有关,与流速梯度和接触面积A成正比,而与接触面上的压力无关。
设为单位面积上的内摩擦力即粘滞切应力,则当速度不是直线规律时,任一点的速度梯度为,则上式为牛顿内摩擦定律,式中,为动力粘滞系数,为速度梯度。
粘性内摩擦力产生的原因,从分子微观运动来看,是由分子间的相互吸引力和分子不规则运动的动量交换量方面原因造成的。
对于液体,分子间距小,低速运动时,不规则运动弱,粘性的产生主要取决于分子间的引力。
而气体分子间距较大,吸引力很小,不规则运动强烈,粘性力产生的原因主要取决于不规则运动的动量交换。
②粘性(滞)系数或粘度牛顿内摩擦性质中的比例系数表征了流体抵抗变形的能力,即流体粘性的大小,称为流体的动力粘度,或简称粘度。
它是流体粘性大小的度量,其大小与流体的物理性质及温度有关。
气体温度升高时,热运动加剧,动量交换加快,粘性增大。
液体与之相反,温度升高时,分子间隙增大,吸引力减小,分子在平衡位置附近的振动时间减小,粘度也减小。
工程中还常用粘度系数与流体密度的比值表示粘度,称为运动粘度系数必须指出,牛顿内摩擦定律不是适用于所有流体。
据此,凡符合牛顿内摩擦定律的流体称为牛顿流体,否则称为非牛顿流体。
2. 热能输运——热传导现象(1)流体中的传热现象以三种方式进行:热传导——由分子热运动产生热能输运热辐射——电磁波辐射热对流——随流体宏观运动产生的热迁移(2)定常一维热传导的傅立叶定律:每单位面积的热流量其中k——热传导系数,负号是指热量的流向与温度梯度反向。
当温度在空间呈三维不均匀、且借支单热传导性为各向同性时,则有:其中——哈密尔顿算子,为温度对空间坐标的梯度,在直角坐标系中质量输运——扩散现象流体密度分布不均匀时,质量从高密度迁移至低密度的现象。
在单组分中的自扩散及两种组分的混合介质中的互扩散。
此外还有对流传质。
流体的输运性质的形成机理是相似的,且均为均匀不可逆过程。
这些现象主要在层流流动中考虑。
由于湍流输运远较分子输运强烈,分子输运在湍流中常予以忽略。
1.2 描述流体运动的方法一.拉格朗日法着眼于流体质点,描述每个流体质点自始至终的运动。
将物理量视为随体坐标与时间的函数。
通常以某时刻时各质点的空间坐标(a, b, c)来标记它们。
不同的质点有不同的(a, b, c)。
任意质点的空间位置随时间t变化:式中,独立变数(a, b, c, t)称为拉格朗日变数,又可写成当a, b, c固定时,上式代表确定的某质点的运动规律;当t固定时,上式代表t时刻各质点的位置分布。
因此上式可描述所有质点的运动。
按定义,对任一流体质点,其速度和加速度可表示为同理,若f为流体质点的某一物理量,拉格朗日表示为变化率为二.欧拉法着眼于空间点,认为流体的物理量随空间点及时间变化。
独立变量(x, y, z, t)称为欧拉变数。
若以f表示流体的一个物理量,则欧拉表示为如速度若设想流体质点(a, b, c)恰好在t时刻运动到空间点(x, y, z)上,则欧拉变数与拉格朗日变数可依次互相变换。
三.随体导数随体导数——流体质点携带的物理量(F)随时间的变化率。
拉格朗日法中:随体导数即欧拉法中:随体导数其中:——当地导数,局部导数,因流场的不定常性引起的。
——迁移导数,位变导数,因流场的不均匀性引起的。
若F为矢量,则若F为标量,则1.3 迹线,流线一.迹线流体质点在空间运动的轨迹。
与Lagrange法一致。
迹线方程或t=0时t为自变量,x, y, z是流体质点的空间坐标,都是t的函数.初始条件t=0时,,,。
二.流线某瞬时,流场中一组假想曲线,曲线上各点切线方向与该点流体的运动方向一致。
特点:不相交,不突然转折。
定常流动时,流线与迹线重合,且不随时间变化,用一幅流线图可表示流场全貌。
因为此时任何一个流体质点的迹线,同时也是一条流线,即质点沿不随时间变化的流线运动。
而非定常流动中,通过空间点的流体质点的速度大小、方向随时间而变,此时的流线是指某一给定瞬时的流线,与迹线不重合。
流线方程:✧驻点因为流场中任一点的速度在任一瞬时是唯一确定的,所以流线一般不会彼此相交,也不能转折,是光滑曲线。
而在特殊情况下,流线可以相交,如理想直匀绕流一个静止柱形物体,流线在A点相交,此时A 点的流速必为零,称为驻点。
✧流管,流束,总流流管:在流场中取一非流线又不自相交的闭合曲线,在某瞬时,通过该曲线上各点的流线构成一个管状表面。
流束:流管内的全部流体。
总流;封闭曲线取在管道内壁圆线上时,流束就是全部流体,即为总流。
流管表面由流线组成,故流体不能穿过流管侧面流进流出。
✧流量单位时间内,通过某一控制面的流体的量。
✧过流断面及其水力系数过流断面:与流束上质点的速度方向垂直的断面。
过流断面平均流速过流断面水力要素湿周L:在过流断面上,流体与固体边界接触部分的周长;水力半径R:过流断面的面积与湿周的比值,当量直径de:✧均匀流、非均匀流、渐变流、急变流由流线形状将流动分为均匀流与非均匀流。
非均匀流可分为渐变流与急变流。
渐变流特征:1)管道截面保持不变,或变化缓慢,流线间夹角很小,几乎平行;2)管道为直管或其轴线曲率半径很大,流体具较小惯性力。
1.4 速度分解定理取流体微团分析,某瞬时t,流体微团中心处速度,其邻域中的任一点处速度。
应用泰勒展开式,并略去二阶以上微量,M处速度为分量式矢量式其中相当速度可用矩阵表示或张量形式将矩阵分解为两部分或张量分解其中,是对称张量,只有6个独立变量,描述流体微团的变形运动,称为应变率张量。
是反对称张量,只有3个独立变量,描述流体微团的旋转运动,称为旋转张量。
对方阵中各量令、、对上式,也可写成所以任意点速度即流体微团的运动可分解为平动、转动、和变形三部分之和,即赫姆霍兹速度分解定理。
1.相对伸长率首先设只有应变率张量中的其他均为零。
这样,线段AB经时间后将产生伸长,其相对伸长率为即表示流体微团沿x方向的线应变速度。
对、同理。
经时间后,微团体积变为,其相对体积膨胀变形率为即上式说明:速度散度的物理意义是流体微团相对体积膨胀率,也是流体微团在x、y、z三方向上相对伸长率之和。
对不可压均质流体,.2.角变形率流体微团经时间后产生了剪切变形,的减小量为,其平均角(剪切)变形率为可见表示流体微团绕z轴的角变形率.有相同的意义.3.转动角速度流体微团运动过程中,其对角线经时间转动了角度且,即当时,即为流体微团绕z轴的旋转角速度,、类似.由以上分析可知,流体微团的运动可分解为随流体微团中心的平动、绕流体微团中心的旋转及线应变运动和角变形运动。
1.5 流体及流体运动的分类1. 无粘流体与粘性流体当流体的粘性较小(如水、空气等),运动的相对速度也不大时,所产生的粘性力较其他力(如惯性力)可忽略不计时,即可近似地把流体视为无粘性的。
对某些粘性不起主要作用的问题,可先不计粘性的影响,使问题的分析大为简化,而粘性的影响可通过实验加以修正。
2. 可压缩流体与不可压缩流体对液体或低速运动而温度不高的气体而言,一般情况下课近似认为是不可压缩的(除水中爆炸、水击等特殊情况外),对不可压流体有:或3. 定常流动与非定常流动在任意空间点上,流体质点的流动参数都不随时间变化的流动为定常流动,此时有4. 有旋流动与无旋流动流体微团旋转角速度不为零的流动为有旋流动,又称涡旋运动。