流体力学的性质和任务
1、按力的物理性质区分有:粘性力、重力、惯性力、弹性力、表面张力等
2、按力的作用方式区分有:质量力和表面力
1.2.1表面力
表面力:通过直接接触,施加在接触表面上的力。(作用于液体隔离体表面上的力)
式中:p——某点压强,又称为某点的水压力;
A——受压面积或受剪切面积;
P——面积A上的总压力;
——某点切应力
粘滞性:在运动状态下,流体所具有抵抗剪切变形速度的特性。
液体内摩擦力:在剪切变形过程中,液体内部流层间出现的
成对的切力
2、粘滞性微观机理
气体的粘滞性主要来自分子的热运动,温度越高,粘滞性越大
液体的粘滞性主要来自分子力,温度越高,粘滞性越低
3、牛顿平板实验
装置:
过程
实验结论:当U不大时,沿y轴方向液体中各点流速u一般呈线性分布,有
液体质点:指微观上充分大而宏观上充分小的分子团
二、实验方法
1、原型观测
原型:实际工程建筑物
2、模型试验
模型:即按一定比例尺将原型缩小或放大的实物或工程建筑物
三、数值计算法
利用当代电子技术进行快速计算,如有限差分法、有限元法等。
1.1.4流体力学的应用
1、城市建设:ห้องสมุดไป่ตู้
2、交通运输:
3、环境工程:
分类:
1.1.2连续介质模型
1、微观角度:
2、宏观角度:
3、质点:
4、质点模型的意义:
1.1.3研究方法
研究方法:理论分析、实验验证与补充、数值计算
一、理论分析法
1、液体运动
(1)、微观运动的不均匀性、离散性和随机性
(2)、宏观运动的均匀性、连续性和确定性
2、物理模型
连续介质:真实液体所占有的空间,完全由液体质点所充满着,质点之间毫无空隙
此时,水的体积压缩量只有 ,因此,除水击现象外,其余均忽略。
二、气体的压缩性
PV=RT
三、不可压缩流体
§
流体力学课程是建筑工程专业、建筑环境与设备工程专业、公路与城市道路、桥梁、交通工程专业的一门技术基础课,侧重介绍有关基本原理与方法,为专业课做前期基础理论应用训练及业务素质的培养。
1.1.1研究对象
流体力学:研究流体的机械运动规律及其应用的科学,是力学的分之学科。
流体的基本特征时具有流动性:抗拉、抗压、抗剪。
1.2.2质量力
质量力:以隔距离作用,施加在每个质点上的力。(作用在液体每一质点上,其大小与受作用液体质量成正比的力;在均质液体中,又称体积力)
设流体的质量为m,加速度为a,则其受质量力有:
惯性力:
重力:
设流体质量力为F,质量为m,则
——单位质量力
在直角坐标系中,单位向量力 与它的三个分量, 的关系为:
非牛顿流体:与牛顿内摩擦定律不相符的液体
例1—1
1.3.3压缩性
一、液体的压缩性
1、定义:
压缩性:液体宏观体积可随压强增大而减小的特性
压缩系数k:一定的温度下,增加单位压强,体积的变化率。
2、压缩系数 和弹性系数E
式中:
值越大,液体越易压缩;E值越大,液体越不易压缩
水的弹性系数
则有
3、定义
膨胀性:
膨胀系数:
设平板面积为A,则
由此有
牛顿内摩擦定律
式中: ——液体内摩擦切应力
——流速梯度,流速沿y方向的变化率
——动力粘度,又称绝对粘度,动力粘滞系数
单位:帕斯卡 秒 1 =10泊
τ=μ.dγ/dt
在水力计算中
式中: ——液体的运动粘度,又称运动粘滞系数( )
4、理想流体:流动时不呈现粘滞性的液体
牛顿流体: 呈过原点的正比例关系的液体
式中: ——单位矢量
X,Y,Z—— 在三坐标轴方向的分量
,X,Y,Z的单位相同m/s2
重力液体:只受重力作用的液体 X=Y=0,Z=-g
§
从宏观角度研究的流体主要物理性质
1.2.1惯性
1、惯性:物体保持原有运动状态的性质。
均质液体
2、重量和重度
均质液体
1.3.2粘性
1、定义:
易流动性:静止时,液体不能承受切力,抵抗剪切变形的特性