第三章 节 -流体.ppt

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第三章 理想流体模型;一、流体的基本特征  1.物质的三态 ??? 物质存在的主要形式有:固体、液体和气体。 流体和固体的区别: ??? 从力学分析的意义上看,在于它们对外力抵抗的能力不同。     ?????????????????????????????????????  ??????      ? 固体:既能承受压力,也能承受拉力与抵抗拉伸变形。 流体:能承受压力,一般不能承受拉力与抵抗拉伸变形。;液体和气体的区别: ??? (1)气体易于压缩;而液体难于压缩; ??? (2)液体有一定的体积,存在一个自由液面;气体能充满任意形状的容器,无一定的体积,不存在自由液面。 ? 液体和气体的共同点: ??? 两者均具有易流动性,即在任何微小切应力作用下都会发生变形或流动,故二者统称为流体。 ;?? 微观: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,但在标准状况下,1cm3液体中含有3.3×1022个左右的分子,相邻分子间的距离约为3.1×10-8cm。1cm3气体中含有2.7×1019个左右的分子,相邻分子间的距离约为3.2×10-7cm。??;(2)流体连续介质模型 连续介质:质点连续地充满所占空间的流体或固体。??? 连续介质模型:把流体视为没有间隙地充满它所占据的整个空间的一种连续介质,且其所有的物理量都是空间坐标和时间的连续函数,即u =u(t,x,y,z)。;1、静止流体的压强; 在闭合面任一点上, 内、外流体的作用力都与该点处的面元相垂直。可见,在静止流体中各部分之间的作用力必定为正压力。 ; 图中, 和 都通过点 A, 的法线为 , 的 法线为 。两面所受压力大 小和方向各不相同, 但压强 是相同的, 都是点A的压强。; ; ;流线:为了描述流体的运动,可在流体中作一系列曲线,使曲线上任一点的切线方向都与该点处流体质元的速度方向一致.这种曲线称为流线.;流管:在流场中取任一封闭曲线,通过该封闭曲线的每一点做流线,这些流线束组成的管状空间。;描述了定常流动的流体在任一细流管中不同截面处的流速 v 与截面积 S 的关系。;对于不可压缩流体, 为常量,故有;单位时间内从流管一端流入的流体等于从另一端流出的流体:;; 从自来水管的水龙头中流出来的水.在水流不散开的情况下,越向下流.水流越粗还是越细?请解释这一现象.;例 已知一个水龙头流出的水柱,高度相距为h的两处横截面积分别为S1和S2,求水龙头的体积流量。;伯努利方程是理想流体作定常流动时的基本方程,是流体动力学的基本规律之一。 推导:利用功能原理 A外+A内非=(Ek+Ep)-(Ek0+Ep0) 研究对象:理想流体作定常流动时,以流管中的流体与地球构成的体系 ;受力分析: 两端压力 管两侧压力——垂直位移 黏滞阻力(对理想流体无) 重力 内压力:成对出现,位移相等 内黏滞阻力:无;任取a1a2 b1b2,经极短时间 (1) (2);(1)=(2)功能原理 a1,a2任意,所以同一流管中任一截面 (1)适用条件:a、理想流体作定常流动 b、同一流线或细流管内(均匀流动) (2)压强P:不再遵从静止流体的规律 (3)与连续性原理联合使用; 伯努利方程表明在同一管道中任何一点处,流体每单位体积的动能和势能以及该处压强之和是个常量。;如果理想流体沿水平流管作定常流动, 则;生活中的伯努利方程:;直升飞机的飞行;普通客机的飞行 由于机翼一般是不对称的,上表面比较凸,而下表面比较平,流过机翼上表面的气流流速较快,而流过机翼下表面的气流流速较慢。根据流体力学的基本原理,流动慢的大气压强较大,而流动快的大气压强较小,这样机翼下表面的压强就比上表面的压强高。 结论:大气施加于机翼下 表面的压力(方向向上) 比施加于机翼上表面的压力 (方向向下)大,二者的压力差 便形成了飞机的升力。 ;思考题:;旋转的球带动空气形成环流,一侧气流加速,另一侧减速,形成压差力,使球拐弯,称为马格努斯效应。;马格努斯效应Pitot Tube ; 解 在点A 气流速率为零, 在流线OA上运用伯努 利方程, 得到;如果压强计中液体的密度为? ?, 则 ;;;托里拆利定律;;A;水管里的水在压强 P = 4.0×105Pa 作用下流入室内,水管的内直径为 2.0 cm ,引入 5.0 m 高处二层楼浴室的水管,内直

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