第1篇第1讲 流体的性质及基本概念PPT课件
流体力学流体性质.ppt
连续介质假设
连续介质假设认为：真实流体可近似地看 作是由紧凑连续分布的‘流体质点’ 所构成 的连续介质。
流体质点: 是大量流体分子的集合，而且
要求流体质点微观上是充分地大，以保证
流体质点中包含足够多的分子，对它们进行统计 平均能取得稳定的宏观量值，不会因少量分子出
入流体质点而影响该宏观量值。在宏观上要充 分地小,以致可以把流体质点近似地看成在几何
可以用数学分析、场论等数学工具来研究
流体质点
流体质点具有时时确定并且随时间连续变化 的宏观物理特性参数值。
p p(x, y, z, t)
(x,
y,
z,
t)
(r,
t)
T T(x, y, z, t)
v v(x, y, z, t)
可以用数学分析、场论等数学工具来研究
流体质点尺度
流体宏观物理性质
1. 易流动性 (已讲过) 2. 惯性（质量、密度） 3. 可压缩性 4. 粘性 5. 热传导 6. 扩散性 7. 表面张力特性
等等
流体的宏观性质是微观性质的统计平均。
惯性
惯性：物体保持原有运动状态的性质。 质量是用来度量物体惯性大小的物理量。 密度：单位体积内的质量。
密度 lim m dm 数学上，0 0 d
1
( T )p
1 v
v ( T )pLeabharlann 1(
p
)T
1 v
(
v p
)T
（物性系数由实验测量确定）
d dp dT
dv dp dT
v
流体的压缩性
《流体力学》课件
流体力学是在人类同自然界作斗争和在生产实践中逐步发展起来的。
古时中国有大禹治水疏通江河的传说；秦朝李冰父子带领劳动人民修建的都江堰，至今还在发挥着作用；大约与此同时，古罗马人建成了大规模的供水管道系统等等。
流体力学的萌芽：距今约2200年前，希腊学者阿基米德写的“论浮体”一文，他对静止时的液体力学性质作了第一次科学总结。
建立了包括物理浮力定律和浮体稳定性在内的液体平衡理论，奠定了流体静力学的基础。
此后千余年间，流体力学没有重大发展。
15世纪，意大利达·芬奇的著作才谈到水波、管流、水力机械、鸟的飞翔原理等问题；17世纪，帕斯卡阐明了静止流体中压力的概念。
但流体力学尤其是流体动力学作为一门严密的科学，却是随着经典力学建立了速度、加速度，力、流场等概念，以及质量、动量、能量三个守恒定律的奠定之后才逐步形成的。
流体力学的主要发展：17世纪，力学奠基人牛顿（英）在名著《自然哲学的数学原理》（1687年）中讨论了在流体中运动的物体所受到的阻力，得到阻力与流体密度、物体迎流截面积以及运动速度的平方成正比的关系。
他针对粘性流体运动时的内摩擦力也提出了牛顿粘性定律。
使流体力学开始成为力学中的一个独立分支。
但是，牛顿还没有建立起流体动力学的理论基础，他提出的许多力学模型和结论同实际情形还有较大的差别。
之后，皮托（法）发明了测量流速的皮托管；达朗贝尔（法）对运动中船只的阻力进行了许多实验工作，证实了阻力同物体运动速度之间的平方关系；瑞士的欧拉采用了连续介质的概念，把静力学中压力的概念推广到运动流体中，建立了欧拉方程，正确地用微分方程组描述了无粘流体的运动；伯努利（瑞士）从经典力学的能量守恒出发，研究供水管道中水的流动，精心地安排了实验并加以分析，得到了流体定常运动下的流速、压力、管道高程之间的关系——伯努利方程。
欧拉方程和伯努利方程的建立，是流体动力学作为一个分支学科建立的标志，从此开始了用微分方程和实验测量进行流体运动定量研究的阶段。
(新)第一章 流体力学(讲解教学课件)
mgz 1 mu 2 m p
2
J
1kg流体的总机械能为： zg u 2 p
2
J/kg
1N流体的总机械能为： z u 2 p J/N
2g g
（新）第一章 流体力学（讲解教学课件）
压头：每牛顿的流体所具有的能量 静压头；
2、外加能量：1kg流体从输送机械所获得的机械能 。
符号：We；
单位：J/kg ；
和其深度有关。 （2）在静止的、连续的同一液体内，处于同一水平面
上各点的压力均相等。
（新）第一章 流体力学（讲解教学课件）
• （2） 当液体上方的压力有变化时，液体内 部各点的压力也发生同样大小的变化。
（新）第一章 流体力学（讲解教学课件）
三、静力学基本方程的应用 （1）测量流体的压力或压差
① U管压差计 对指示液的要求：指示液要与被测流体 不互溶，不起化学作用；其密度应大于 被测流体的密度。
• 如：4×103Pa（真空度）、200KPa （表压）。
（新）第一章 流体力学（讲解教学课件）
【例题1-1】 在兰州操作的苯乙烯精馏塔塔顶的真空度 为620mmHg。在天津操作时，若要求塔内维持相同 的绝对压力，真空表的读数应为多少？兰州地区的 大气压力为640mmHg,天津地区的大气压力为 760mmHg。
p1-p2=(指-)Rg
若被测流体是气体上式可简化为
p1-p2=指Rg
（新）第一章 流体力学（讲解教学课件）
• 通常采用的指示液有：着色水、油、四氯化碳、 水银等。
• U形管压差计在使用时，两端口与被测液体的 测压点相连接。
• U形管压差计所测压差，只与读数R、指示液 和被测液体的密度有关，而与U形管的粗细、 长短、形状无关，在此基础上又产生了斜管压 差计、双液柱微差计、倒U形管压差计等。
流体力学课件 ppt
流体阻力计算
利用流体动力学方程，可以计算 流体在管道中流动时的阻力，为 管道设计提供依据。
管道优化设计
通过分析流体动力学方程，可以 对管道设计进行优化，提高流体 输送效率，减少能量损失。
流体动力学方程在流体机械中的应用
泵和压缩机性能分析
流体动力学方程用于分析泵和压缩机的性能 ，预测其流量、扬程、功率等参数，为机械 设计和优化提供依据。
适用于不可压缩的流体。
方程意义
描述了流体压强与密度、重力加速度和深度之间的 关系。
Part
03
流体动力学基础
流体运动的基本概念
01
02
03
流体
流体是气体和液体的总称 ，具有流动性和不可压缩 性。
流场
流场是指流体在其中运动 的区域，可以用空间坐标 和时间描述。
流线
流线是表示流体运动方向 的曲线，在同一时间内， 流线上各点的速度矢量相 等。
能量损失的形式
流体流动的能量损失可以分为沿程损失和局部损失两种形式。沿程损失是指流体在流动过程中克服摩擦阻力而损 失的能量，局部损失是指流体在通过管道或槽道的局部障碍物时损失的能量。
Part
05
流体动力学方程的应用
流体动力学方程在管道流动中的应用
稳态流动和非稳态
流动
流体动力学方程在管道流动中可 用于描述稳态流动和非稳态流动 ，包括流速、压力、密度等参数 的变化规律。
变化的流动。
流体动力学基本方程
1 2
质量守恒方程
表示流体质量随时间变化的规律，即质量守恒原 理。
动量守恒方程
表示流体动量随时间变化的规律，即牛顿第二定 律。
3
能量守恒方程
表示流体能量随时间变化的规律，即热力学第一 定律。
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介绍流体力学在交通工程中的应用，如流体阻力、流体动力等，分析 流体动力学原理在其中的作用。
THANKS
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01
流体在静止状态下所受的压力。
流体静压强的特性
02
流体静压强的大小与作用面的位置和方向有关，在同一高度上
，不同方向的流体静压强相等。
流体静压强的单位
03
帕斯卡（Pa），1Pa=1N/m^2。
流体平衡的原理
流体平衡的概念
流体在静止或相对静止状态下，其内部各部分之间没有相对运动 的趋势。
流体平衡的原理
纳维-斯托克斯方程
描述了粘性流体在运动中的应力状态和应变率之间的关系，是流体动力学的基 本方程。
流体动力学的本质
流体动力学主要研究流体在力场作用下的运动规律，包括流体静止和运动的规 律，以及流体和固体相互作用的规律。
雷诺数与流体流动的相似性
雷诺数
表征流体流动特性的无量纲数，由流体的速度、粘度和管道 直径决定。
流体的平衡状态是由流体的重力和外力共同作用的结果，当流体的 重力与外力相平衡时，流体保持静止或相对静止状态。
流体平衡的条件
流体内部各部分之间的压力差等于零，或者流体的重力与外力相平 衡。
流体静力学基本方程
流体静力学基本方程的概念
描述流体静力学基本规律的数学表达式。
流体静力学基本方程的形式
p=p0+ρgh，其中p为流体压强，p0为参考压 强，ρ为流体密度，g为重力加速度，h为高度 。
环境工程
利用流体流动规律，进行环境工程的设计和 优化，如污水处理、空气净化等。
05
流体力学中的重要概念与 理论
伯努利方程与能量守恒
伯努利方程
流体的速度增加，压强减小；流体的 速度减小，压强增加，这是伯努利方 程的基本表述。