流体中的应力
流体阻力、壁剪切应力、空气流速、横截面积
流体阻力、壁剪切应力、空气流速、横截面积在流体力学中，流体阻力是指流体通过物体时所产生的阻碍力，它可以分为两种类型：粘性阻力和压力阻力。
粘性阻力是由于流体粘性导致的阻碍力。
当流体通过物体时，与物体表面接触的流体层会受到物体表面的剪切力，从而产生相对于物体运动方向相反的阻力。
粘性阻力的大小与流体的粘度成正比，与流体与物体的相对运动速度成正比。
压力阻力是由于流体运动过程中的压力变化导致的阻碍力。
当流体通过物体时，流体顶部的压力较低，底部的压力较高，这个压力差会产生向上的阻力。
压力阻力的大小与流体的密度、流速以及物体形状等因素有关。
壁剪切应力是指流体分子在与物体表面接触时受到的剪切力。
当流体通过物体表面时，流体分子会因受到表面粗糙度和流体黏性的影响而发生速度不同的剪切运动，产生剪切应力。
壁剪切应力的大小取决于流体的黏性、流速以及物体表面的粗糙度。
空气流速是指空气在单位时间内通过的空间距离。
它与空气流体的运动速度有关，通常用米/秒来表示。
空气流速的大小会影响到流体阻力和壁剪切应力的大小，较大的空气流速通常会导致较大的阻力和剪切应力。
横截面积是指流体通过的管道或器件截面的面积。
在流体运动过程中，流体通过的横截面积越大，流速越小，阻力越小；相反，横截面积越小，流速越大，阻力越大。
横截面积是流体阻力计算中的重要
参数之一。
粘性流体力学讲解
z
-px
、v、px、p y、pz、f
牛顿第二定律：
x -py
z
M
z
y
py
p y y
y
ma F
x
y
px
p x x
x
-pz
Dv Dt
x
y
z
f
x
y
z
p x
y
z
(p x
p x x
x)
y
z
p y
x
z
(p
y
p y y
y)
x
z
Dv Dt
fy
1
p y
2v
Dw Dt
fz
1
p z
2w
Discussion:
Dv f 1 p 2 v v
Dt
3
1. 物理意义：单位质量流体惯性力、质量力、压力合力和 粘性力平衡。粘性力包括剪应力与附加法向应力。
0
du
dy
yh
dp h dx
y
h
o -h
umax x
dp 0 dx
压力梯度使速度剖面为抛物型——层流运动的特征。
7.3.2往复振荡平板引起的层流流动
平板运动引起粘性效应的扩散。 流场速度分布：
y o u=Ucos t
u U eky cosky t ——粘性扰动波。 y 2
dp 0 dx
速度分布： （Couette流动）
流体的屈服应力
流体的屈服应力1 流体的屈服应力是什么？流体是指无法保持固态形态，而能够流动的物质，包括液体和气体。
与固体相比，流体的特点是没有固定的形状和体积，可以流动和变形。
在力学中，流体的屈服应力是一种描述流体性质的重要物理量，在不同应用领域具有广泛的应用价值。
2 流体的弹性特性流体的屈服应力与固体的弹性模量类似，都是描述物质的弹性特性的重要参数。
当一个外力作用于流体时，它会呈现出一定的变形和变化，这种变形和变化可以用屈服应力来描述。
如果外力小于流体的屈服应力，流体会发生弹性变形，而如果外力大于屈服应力，流体会发生可塑变形，甚至产生流动。
3 流体屈服应力的测量方法测量一种流体的屈服应力需要使用一种专门的仪器，称为屈服应力计。
该仪器的工作原理是将流体置于一个具有不同几何形状的圆柱体中，然后施加外力，通过测量流体受力和变形的关系来计算屈服应力。
不同类型的流体需要使用不同的材料来制造圆柱体，比如钢、陶瓷和塑料等。
4 流体屈服应力的应用领域流体屈服应力的应用范围十分广泛。
在制造业中，屈服应力被用于产品的生产与质量控制；在化学工程领域，屈服应力被用于处理粘度异常的物质；在地质学研究中，屈服应力被用于描述岩石变形过程。
此外，很多生物学和生理学研究中，也需要测量流体的屈服应力，以便更好地理解生物体的力学行为。
5 总结流体的屈服应力是一种描述流体抗力和变形能力的重要物理量，具有广泛的应用价值。
测量流体的屈服应力需要使用专门的仪器和相应的实验方法，以便更好地理解和应用它。
随着技术的不断发展和应用领域的不断扩大，流体的屈服应力将在多个领域产生更为广泛和深刻的应用价值。
流体力学中的雷诺应力和剪切应力
流体力学中的雷诺应力和剪切应力雷诺应力和剪切应力是流体力学中两个重要的概念。
雷诺应力是指由于流体的不稳定性而引起的湍流现象中的应力状况。
剪切应力则是流体流动中由于粘性引起的应力。
1. 雷诺应力在流体力学中，雷诺应力是由法国物理学家雷诺提出的。
雷诺应力是描述流体流动中湍流现象的力学量。
湍流是流体在流动过程中表现出的不规则的、涡旋状的流动状态。
湍流现象会导致流体中存在着各种尺度的涡旋结构，这些涡旋结构会相互作用，从而导致流体中的应力分布不均匀。
雷诺应力是指湍流现象中，流体中各个点处受到的不同方向、不同大小的应力。
湍流现象会导致流体中的运动速度和方向在时间和空间上的变化，从而使得流体中各个点处的应力状况也具有不确定性和不规则性。
2. 剪切应力剪切应力是流体流动中由于粘性引起的应力。
流体的粘性是指流体内部分子间的相互作用力。
当流体流动时，流体分子之间相互滑动，会产生剪切应力。
剪切应力是指在流体流动过程中，由于流体分子滑动引起的内部应力。
剪切应力的大小与流体的黏度以及流动速度有关。
流体黏度越大，剪切应力就越大；流动速度越大，剪切应力也越大。
剪切应力的方向则与流体的流动方向相垂直。
3. 雷诺应力和剪切应力的区别雷诺应力和剪切应力都是描述流体流动过程中的应力状况，但两者有着不同的产生机理和表现形式。
雷诺应力是由于流体的湍流现象引起的应力。
湍流现象使得流体中各个点处的运动速度和方向都发生变化，从而导致流体中的应力分布不均匀。
雷诺应力描述了湍流现象中流体各个点处的应力情况。
剪切应力则是由于流体的粘性引起的应力。
当流体流动时，流体分子之间相互滑动，产生内部应力。
剪切应力描述了由于流体分子之间的滑动引起的应力状况。
总结：雷诺应力和剪切应力都是描述流体力学中的应力情况的重要概念。
雷诺应力是湍流现象中流体各点处的应力，而剪切应力是流体流动中由于粘性引起的应力。
理解和研究雷诺应力和剪切应力对于揭示流体流动中的物理现象和力学行为具有重要意义。
流体运动中的剪切应力与应变
流体运动中的剪切应力与应变1. 前言剪切应力与应变是研究流体运动中非常重要的概念。
在流体运动中，剪切应力与应变之间的关系影响着流体的性质和行为。
本文将介绍剪切应力和应变的概念及其在流体力学中的应用。
2. 剪切应力剪切应力是指在运动的流体中由于内部分子间的相互作用而引起的力，它是流体流动时的主要力量来源之一。
剪切应力可以通过应用牛顿第二定律和流体力学的基本原理来进行计算。
2.1 剪切应力的定义剪切应力是由于流体内部分子间的摩擦而引起的力。
在流体静止时，剪切应力为零；而在流体运动时，由于流体的不可压缩性和粘性，流体内部分子之间会产生相对滑动，从而产生剪切应力。
2.2 剪切应力的计算剪切应力可以通过牛顿第二定律来计算。
考虑一个位于流体中的平行板，平行板之间的距离为d，平行板之间的流体层相对速度为v，那么平行板上的剪切应力可以表示为：剪切应力= μ * (dv / dx)其中，μ是流体的黏度，dv/dx是速度梯度，表示单位长度内速度的变化率。
这个公式称为牛顿黏度定律，也是剪切应力与应变之间的基本关系。
3. 剪切应变剪切应变是指流体在受到剪切应力作用时所产生的变形。
剪切应变通常由单位长度或单位面积的变化表示。
3.1 剪切应变的定义剪切应变是指由剪切应力作用引起的流体内部形变量。
剪切应变可以通过剪切角度或者位错理论来进行描述和计算。
3.2 剪切应变的计算剪切应变可以通过剪切角度来计算。
当流体受到剪切应力作用时，流体内部的层之间会发生相对位移，产生一个角度变化，即剪切角度。
剪切角度可以表示为：剪切角度= tanθ = Δx / h其中，θ表示剪切角度，Δx表示平行板之间的位移，h表示平行板之间的距离。
剪切角度是剪切应变的一种重要表示方式。
4. 剪切应力与剪切应变的关系剪切应力与剪切应变之间存在一种线性关系，称为牛顿流体模型。
牛顿流体模型假设流体服从线性的应力-应变关系，在一定的温度和压力下，剪切应力与剪切应变呈线性关系。
流体主要计算公式
流体主要计算公式流体是液体和气体的统称，具有流动性和变形性。
流体力学是研究流体静力学和动力学的学科，其中主要涉及到流体的力学性质、运动规律和力学方程等内容。
在流体力学的研究中，有一些重要的计算公式被广泛应用。
下面将介绍一些常见的流体力学计算公式。
1.流体静力学公式：(1)压力计算公式：P=F/A-P表示压力-F表示作用力-A表示受力面积(2)液体静力学公式：P=hρg-P表示液体压力-h表示液体高度-ρ表示液体密度-g表示重力加速度2.流体动力学公式：(1)流体流速公式：v=Q/A-v表示流速-Q表示流体流量-A表示流体截面积(2)流体流量公式：Q=Av-Q表示流体流量-A表示流体截面积-v表示流速(3)连续方程：A1v1=A2v2-A1和A2表示流体截面积-v1和v2表示流速(4) 流体动能公式：E = (1/2)mv^2-E表示流体动能-m表示流体质量-v表示流速(5)流体的浮力公式：Fb=ρVg-Fb表示浮力-ρ表示液体密度-V表示浸泡液体的体积-g表示重力加速度3.流体阻力公式：(1)层流阻力公式：F=μAv/L-F表示阻力-μ表示粘度系数-A表示流体截面积-v表示流速-L表示流动长度(2)湍流阻力公式：F=0.5ρACdV^2-F表示阻力-ρ表示流体密度-A表示物体的受力面积-Cd表示阻力系数-V表示物体相对于流体的速度4.比力计算公式：(1)应力计算公式：τ=F/A-τ表示应力-F表示力-A表示受力面积(2)压力梯度计算公式：ΔP/Δx=ρg-ΔP/Δx表示压力梯度-ρ表示流体密度-g表示重力加速度(3) 万斯压力计算公式：P = P0 + ρgh-P表示压力-P0表示参考压力-ρ表示流体密度-g表示重力加速度-h表示液体的高度以上是一些流体力学中常见的计算公式，涉及到压力、流速、阻力、浮力以及比力等方面的运算。
这些公式在解决流体力学问题时非常有用，可以帮助我们理解和分析流体的运动和力学性质。
流体静力学
p
z
p
C
p
—压强水头(the pressure head)
z—测压管水头(piezometric head)
测压管(the piezometer tube) 是一端 和大气相通，另一端和液体中某一 点相接的管子。 p z C
表示同一容器的静止液体中，所有 各点的测压管水头均相等。 This shows that for incompressible fluid at rest the summation of the elevation z at any point in a fluid plus the pressure head at that point is equal to the sum of these two quantities at any other point. The significance of this statement is that, in a fluid at rest with an increase in elevation, there is a decrease in pressure head and vice versa.
第二章 流体静力学
(Chapter 2 Fluid Statics) • 流体静力学研究流体处于静止或相对静止状态下的平 衡规律及其应用。 • 静止的含义：流体的静止状态是一个相对的概念，指 流体质点之间不存在相对运动，或流体质点相对于参 考系没有相对运动，处于相对平衡状态。 • 静止流体的应力特征：当流体处于相对静止，质点之 间无相对运动的条件下，粘性将无从表现，流体内部 不存在切应力，而只存在正应力（亦即法向应力）。 事实上，由于流体不能承受拉应力，故流体质点间或 流体接触面之间的作用是通过压应力的形式来体现的。 因此，根据力学平衡条件研究静压强的空间分布规律， 确定各种承压面上静压强产生的总压力，是流体静力 学的主要任务。
流体力学1.3 流体的粘性、牛顿切应力公式、理想流体
课堂习题
0.1m 0.2m
流体力学第一章
F
已知条件： 0.2N s / m2 ,V 5m / s, A 0.8m2
求需要多大的力？
[μ]=牛顿·秒/米2=N·s/m2
[ ] m2 / s
1.3.3 理想流体
粘性系数等于零的流体称作理想流体。
流体力学第一章
例题
流体力学第一章
如图所示，一块木板底面积 A 0.05m2 ,重量 G 3.5N 沿倾角 300 的斜面以等速度 V 0.2m / s 下滑，
流体力学第一章
流体力学第一章
1.3 流体的粘性、牛顿切 应力公式、理想流体
1.3.1流体的粘性、牛顿切应力公式
流体力学第一章
流体具有粘性。粘性是当流体微团发生相对运动时，产生的 一种抵抗变形、阻碍运动的性质。
流体力学第一章
由试验发现，流动具有下列特点：
u
U b
y,
F A
U b
式中μ为比例系数，通常称作粘性系数或动力粘性系数，或 绝对粘性系数，它是一个与流体物性有关的系数。
p yx
F A
yx
Pyx
U b
du dy
流体力学第一章
进一步实验证明，可以把这个结果推广到流体作任意层流直线 运动中去。
pyx
udu dyu
u y
牛顿切应力公式
流体力学第一章
应当特别指出，牛顿公式只能应用于或推广应用于流体作层 状运动的情况，即所谓层流情况。
1.3.2 粘性系数
斜面上涂有厚度 1.5mm 的润滑油。 试求润滑油的粘度 。
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流体中的应力
在物理学中，流体是一种不固定形状的物质，其分子之间没有固定
的排列方式。
与固体不同，流体具有较低的粘性，具有流动的特性。
当在流体内施加力时，流体会产生应力。
本文将探讨流体中的应力及
其相关概念。
一、流体的分类
流体可以分为两类：液体和气体。
液体具有固定的体积和可变的形状，而气体具有可变的体积和可变的形状。
在液体和气体中，分子之
间的相互作用力较小，因此流体具有较低的粘性和较高的流动性。
二、剪切应力
剪切应力是流体中的一种常见应力形式。
当在流体上施加剪切力时，流体会发生形变。
对于流体的剪切形变，剪切应力是由流体所受的相
互作用力引起的。
剪切应力与流体发生的形变程度成正比，与流体的
黏度成反比。
三、压力
除了剪切应力之外，压力也是流体中的另一种重要应力形式。
压力
是由流体对物体施加的垂直力引起的。
在流体中，压力会均匀地作用
于物体的每个表面，并且大小与物体所受力的垂直分量成正比。
四、应力分布
流体中的应力分布是指在流体中各点处的应力大小和方向的变化情况。
根据流体的性质和所受外力的类型，应力分布可以是均匀的或非
均匀的。
在均匀的应力分布中，流体受力相等且方向相同；而在非均
匀的应力分布中，流体受力大小和方向会因位置的不同而变化。
五、浮力
除了剪切应力和压力之外，浮力也是流体中的一种特殊应力。
浸入
流体中的物体会受到浮力的影响。
根据阿基米德原理，浮力的大小等
于被排出流体的重量，方向与向上的背离力相反。
浮力是由于流体对
物体的上表面施加的压力大于对下表面施加的压力而产生的。
六、流体静力学
流体静力学是研究静止流体力学性质的学科。
在流体静力学中，应
力的平衡是一个重要的概念。
根据帕斯卡定律，一种在容器中静止的
流体会均匀地传递压力，并且在所有方向上都保持相同的压强。
七、流体动力学
与流体静力学不同，流体动力学研究的是流体在运动中的性质。
在
流体动力学中，流体的应力变得更加复杂。
由于流体在运动过程中经
历的加速度和速度变化，流体动力学涉及更多的方程和变量。
结论
流体中的应力是物理学中一个重要而复杂的领域。
剪切应力、压力、应力分布、浮力等概念在理解流体的行为和性质方面起着重要作用。
通过深入研究流体力学，人们能够更好地理解和应用流体的特性，为解决工程和科学上的相关问题提供重要的基础。