簡介：第二章第二章流體靜力學流體靜力學21作用于流體的外力有哪兩種答作用于流體的外力有質(zhì)量力與表面力22流體塊表面上的壓強有哪兩項特性答流體塊表面上的壓強有以下兩項特性1法向應力的方向沿討論流體塊表面上某點的內(nèi)法線方向，即壓強沿垂直方向從外部指向表面。2靜止流體中任一點處的壓強大小與它所作用的表面方位無關(guān)。23什麼是絕對壓強相對壓強及真空度答以絕對真空狀態(tài)為基準計算的壓強值叫絕對壓強。相對壓強用于絕對壓強大于大氣壓的場合，即一點處的相對壓強指這點處的絕對壓強高于大氣壓的部分真空度用于絕對壓強低于大氣壓的場合，即出現(xiàn)了真空的狀態(tài)。一點處的真空度指這點絕對壓強小于大氣壓的那一部分24容器A被部分抽成真空，容器下端接一玻璃管與水槽相通，玻管中水上升H2M，水的，求容器中心處的絕對壓強和真空度，當時當?shù)卮髿鈮?9800NMPVP。298000APNM解由，有APHP2784009800298000MNHPPA2196007840098000MNPPPAV25以U型管測量A處水壓強，H1015M，H203M，水銀的＝133280N，當時當?shù)?M大氣壓強，求A處絕對壓強。298000APNMP解由水水銀，有水水銀P1HAPH2APP1H225654630133280150980098000MNH解由連通器原理APHHP322水銀APHHP122水從而A處絕對壓強PAPPAA307726031水銀水真空度PAPPPAAV6722829如圖，敞開容器內(nèi)注有三種互不相混的液體，Γ108Γ2，Γ208Γ3，求側(cè)壁處三根測壓管內(nèi)液面至容器底部的高度H1、H2、H3。解由連通器原理，列等壓面方程，從而H36M113222H，從而H242Γ1Γ2560M2122222H從而H12（2Γ12Γ2）Γ3488M32131222H210在什么特殊情況下，水下平面的壓力中心與平面形心重合答水下平面水平放置。211一直徑為125M的圓板傾斜地置于水面之下，其最高、最低點到水面距離分別為06M和15M，求作用于圓板一側(cè)水壓力大小和壓力中心位置。

簡介：延長縣中學導學案（教學案）延長縣中學導學案（教學案）年級年級高一高一班級班級姓名姓名小組名稱小組名稱科目物理物理課題課型課型授課人授課人設(shè)計人設(shè)計人物理組物理組審查人審查人蘭宏斌蘭宏斌審核人審核人衛(wèi)尚昆衛(wèi)尚昆師評師評組評組評學習學習目標目標1知道滑動摩擦力的產(chǎn)生條件，認識滑動摩擦的規(guī)律知道動摩擦因數(shù)與相互接觸的物體的材料和接觸面的粗糙程度有關(guān)，會判斷滑動摩擦力的方向2能運用滑動摩擦力公式來計算滑動摩擦力3培養(yǎng)學生利用物理語言分析、思考、描述摩擦力概念和規(guī)律的能力4利用實驗和生活實例激發(fā)學生學習興趣學習學習重點重點滑動摩擦力大小的計算以及方向的判斷學習學習難點難點滑動摩擦力大小的計算以及方向的判斷學法學法指導指導實驗探究、討論交流、多媒體輔助教學教學教學用具用具多媒體教學課件、長方體木塊每組3塊、彈簧秤、毛巾；玻璃板、毛刷兩個學生一組身邊的物體例如水杯、黑板擦、鋼筆、橡皮、講桌等物體學習過程學習筆記學習筆記（教學設(shè)計）（教學設(shè)計）【自主學習（預習案）自主學習（預習案）】閱讀教材內(nèi)容，完成下列問題閱讀教材內(nèi)容，完成下列問題（一）引入新課（一）引入新課同學們，在桌子上給文具盒一個初速度，文具盒最終會停下來，這說明什么問題二、滾動摩擦一個物體在另一個物體表面滾動時產(chǎn)生的摩擦。提問車輪、滾動軸承為什么都做成圓的【合作學習（探究案探究案）】小組合作完成下列問題小組合作完成下列問題如果把左手食指受到的力叫作用力，那么右手掌心受到的力叫什么合適叫反作用力好嗎生答【當堂檢測當堂檢測】1、分析物體A所受摩擦力方向。（V表示物體A的運動方向）VFAAVΘFAVAＶVＦ2關(guān)于相互接觸的兩物體之間的彈力和摩擦力下列說法正確的是A有摩擦力一定有彈力B靜摩擦力的大小與彈力成正比C有彈力一定有摩擦力D摩擦力有時是動力有時是阻力3關(guān)于滑動摩擦力，下列說法正確的是A壓力越大，滑動摩擦力越大B壓力不變，動摩擦因數(shù)不變，接觸面積越大，滑動摩擦力越大C壓力不變，動摩擦因數(shù)不變，速度越大，滑動摩擦力越大D動摩擦因數(shù)不變，壓力越大，滑動摩擦力越大【當堂小結(jié)當堂小結(jié)】

簡介：3333摩擦力摩擦力【學習目標學習目標】1知道靜摩擦力的產(chǎn)生條件，會判斷靜摩擦力的方向2知道靜摩擦力的變化范圍及其最大值3知道最大靜摩擦力的概念4知道滑動摩擦力的產(chǎn)生條件，認識滑動摩擦的規(guī)律知道動摩擦因數(shù)與相互接觸的物體的材料和接觸面的粗糙程度有關(guān)，會判斷滑動摩擦力的方向5能運用滑動摩擦力公式來計算滑動摩擦力【重點、難點分析重點、難點分析】1靜摩擦力方向的判斷2靜摩擦力產(chǎn)生的條件和靜摩擦力大小的簡單計算3正確理解最大靜摩擦力的概念。4、滑動摩擦力大小的計算以及方向的判斷【自主學習自主學習】一、摩擦力初步認識一、摩擦力初步認識1、沒有推動物體和推動物體后感覺有點費勁是什么原因2、摩擦力3、相對運動趨勢的含義4、（小組可以討論完成）滑動摩擦力大小于哪些因素有關(guān)滑動摩擦力大小計算公式（要能說出公式中各物理量的含義）【合作探究合作探究】1、如圖所示，用了5N的力拉地面上物體，但沒有推動，試分析物體受到地面的靜摩擦力的大小和方向2、如圖所示，一質(zhì)量為M的物塊放在傾角為Α的斜面上，物塊處于靜止狀態(tài)，請判斷物體受到摩擦力的方向。3、靜摩擦力能不能發(fā)生在運動的物體之間靜摩擦力一定是阻力嗎請根據(jù)生活實例去分析如走路時腳和地面間的摩擦力、騎自行車時前后輪和地面間的摩擦力。4、如圖所示，用力F把鐵塊壓在豎直墻上不動，那么，當F增大時，關(guān)于鐵塊對墻的壓力N，鐵塊受4題圖FA

簡介：延長縣中學導學案（教學案）延長縣中學導學案（教學案）年級年級高一高一班級班級姓名姓名小組名稱小組名稱科目物理物理課題課型課型授課人授課人設(shè)計人設(shè)計人物理組物理組審查人審查人蘭宏斌蘭宏斌審核人審核人衛(wèi)尚昆衛(wèi)尚昆師評師評組評組評學習學習目標目標1認識靜摩擦的規(guī)律，知道靜摩擦力的變化范圍及其最大值2知道最大靜摩擦力略大于滑動摩擦力3會根據(jù)物體的平衡條件簡單地計算靜摩擦力的大小學習學習重點重點1靜摩擦力的有無的判斷以及靜摩擦力方向的判斷2靜摩擦力產(chǎn)生的條件及規(guī)律，正確理解最大靜摩擦力的概念。學習學習難點難點1靜摩擦力有無的判斷和靜摩擦力方向的判斷2靜摩擦力大小的簡單計算學法學法指導指導實驗探究、討論交流、多媒體輔助教學教學教學用具用具多媒體教學課件、長方體木塊每組3塊、彈簧秤、毛巾；玻璃板、毛刷兩個學生一組身邊的物體例如水杯、黑板擦、鋼筆、橡皮、講桌等物體學習過程學習筆記學習筆記（教學設(shè)計）（教學設(shè)計）【自主學習（預習案）自主學習（預習案）】閱讀教材內(nèi)容，完成下列問題閱讀教材內(nèi)容，完成下列問題（一）引入新課（一）引入新課同學們，上節(jié)課我們學習滑動摩擦力，下面請同學們回答什么是摩擦力摩擦力的大小與什么因素有關(guān)如何計算生答（二）進行新（二）進行新課說明最大靜摩擦力的大小與接觸面的性質(zhì)和正壓力最大靜摩擦力的大小與接觸面的性質(zhì)和正壓力有關(guān)，在實際中最大靜摩擦力略大于滑動摩擦力有關(guān)，在實際中最大靜摩擦力略大于滑動摩擦力。【合作學習（探究案探究案）】小組合作完成下列問題小組合作完成下列問題（2）靜摩擦力的作用（學生舉例）拿在手中的東西不會滑落把線織成布，用布縫衣服，也是靠紗線之間的靜摩擦力的作用?！井斕脵z測當堂檢測】22用水平力F把一鐵塊緊壓在豎直墻壁上靜止不動，F(xiàn)增大時A墻對鐵塊的支持力增大B墻對鐵塊的摩擦力增大C墻對鐵塊的摩擦力不變D墻與鐵塊間的摩擦力減小14如圖甲所示，物體沿斜面由靜止滑下，在水平面上滑行一段距離后停止，物體與斜面和水平面間的動摩擦因數(shù)相同，斜面與水平面平滑連接。圖乙中A和分別表示VFS物體速度大小加速度大小摩擦力大小和路程。圖乙中正確的是21質(zhì)量M2KG的物體在兩水平外力作用下而處于靜止，如圖所示，2N，8N?，F(xiàn)將撤去，則1F2F2FA物體所受合力為8NB物體所受合力為0C物體所受摩擦力為6N，方向向右D物體所受摩擦力為2N，方向向左【當堂小結(jié)當堂小結(jié)】F2F1F

簡介：微納米力學及納米壓痕表征技術(shù)摘要微納米力學為微納米尺度力學即特征尺度為微納米之間的微細結(jié)構(gòu)所涉及的力學問題1。納米壓痕方法是通過計算機控制載荷連續(xù)變化，并在線監(jiān)測壓深量2，適用于微米或納米級的薄膜力學性能測試，本實驗采用OLIVER–PHARR方法研究了AL2O3薄膜，附著在ZNS基底，得到了AL2O3薄膜的力學性能。關(guān)鍵詞微納米力學納米壓痕楊氏模量硬度0引言近年來隨著工業(yè)的現(xiàn)代化、規(guī)模化、產(chǎn)業(yè)化以及高新技術(shù)和國防技術(shù)的發(fā)展對各種材料表面性能的要求越來越高。20世紀80年代現(xiàn)代表面技術(shù)被國際科技界譽為最具發(fā)展前途的十大技術(shù)之一。薄膜、涂層和表面處理材料的極薄表層的物理、化學、力學性能和材料內(nèi)部的性能常有很大差異這些差異在摩擦磨損、物理、化學、機械行為中起著主導作用如計算機磁盤、光盤等要求表層不但有優(yōu)良的電、磁、光性能而且要求有良好的潤滑性、摩擦小、耐磨損、抗化學腐蝕、組織穩(wěn)定和優(yōu)良的力學性能。因此世界各國都非常重視材料的納米級表層的物理、化學、機械性能及其檢測方法的研究。3同時隨著材料設(shè)計的微量化、微電子行業(yè)集成電路結(jié)構(gòu)的復雜化傳統(tǒng)材料力學性能測試方法已難以滿足微米級及更小尺度樣品的測試精度不能夠準確評估薄膜材料的強度指標和壽命另外在材料微結(jié)構(gòu)研究領(lǐng)域中材料研究尺度逐漸縮小材料的變形機制表現(xiàn)出與傳統(tǒng)塊狀材料相反的規(guī)律以上趨勢要求測試儀器具有高的位置分辨率、位移分辨率和載荷分辨率納米壓痕方法能夠滿足上述測試需求。4現(xiàn)在，薄膜的厚度己經(jīng)做到了微米級甚至于納米級對于這樣的薄膜用傳統(tǒng)的材料力學性能測試方法己經(jīng)無法解決。納米壓痕試驗方法是一種在傳統(tǒng)的布氏和維氏硬度試驗基礎(chǔ)上發(fā)展起來的新的力學性能試驗方法。它通過連續(xù)控制和記錄樣品上壓頭加載和卸載時的載荷和位移數(shù)據(jù)并對這些數(shù)據(jù)進行分析而得出材料的許多力學性能指標壓痕深度可以非常淺，壓痕深度在納米范圍也可以得到材料的力學性能，這樣該方法就成為薄膜、涂層和表面處理材料力學性能測試的首選工具如薄膜、涂層和表面處理材料表面力學性能測試等。1納米力學簡介14納米材料的特殊性質(zhì)特殊的光學性質(zhì)是指所有的金屬在超微顆粒狀態(tài)都呈現(xiàn)為黑色。尺寸越小，顏色愈黑，銀白色的鉑（白金）變成鉑黑，因為金屬超微顆粒對光的反射率很低，通?？傻陀贚％，大約幾微米的厚度就能完全消光。利用這個特性可以作為高效率的光熱、光電等轉(zhuǎn)換材料，可以高效率地將太陽能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮堋㈦娔?。此外又有可能應用于紅外敏感元件、紅外隱身技術(shù)等。特殊的熱學性質(zhì)是指固態(tài)物質(zhì)在其形態(tài)為大尺寸時，其熔點是固定的，超細微化后卻發(fā)現(xiàn)其熔點將顯著降低，當顆粒小于10NM量級時尤為顯著。特殊的磁學性質(zhì)是指小尺寸的超微顆粒磁性與大塊材料顯著的不同，大塊的純鐵矯頑力約為80AM，而當顆粒尺寸減小到20NM以下時，其矯頑力可增加1千倍，若進一步減小其尺寸，大約小于6NM時，其矯頑力反而降低到零，呈現(xiàn)出超順磁性。利用磁性超微顆粒具有高矯頑力的特性，可制作高貯存密度的磁記錄磁粉，應用于磁帶、磁卡以及磁性鑰匙等。特殊的力學性質(zhì)是指因為納米材料具有大的界面，界面的原子排列是相當混亂的，原子在外力變形的條件下很容易遷移，因此表現(xiàn)出甚佳的韌性與一定的延展性。15表面效應對納米材料的影響納米粒子的表面原子所處的晶體場環(huán)境及結(jié)合能與內(nèi)部原子有所不同，存在許多懸空鍵，具有不飽和性質(zhì)，因而極易與其他原子相結(jié)合而趨于穩(wěn)定，具有很高的化學活性。當顆粒細化時，粒子逐漸減小時，總表面積急劇增大，比表面積相應的也急劇加大。由于表面原子數(shù)增多，原子配位不足及高的表面能，使這些表面原子具有高的活性，極不穩(wěn)定，很容易與其他原子結(jié)合而表現(xiàn)出很高的化學活性納米粒子的表面原子所處的位場環(huán)境及結(jié)合能與內(nèi)部原子有所不同，如存在許多懸空鍵，配位嚴重不足，具有不飽和性質(zhì)，因而極易與其它原子結(jié)合而趨于穩(wěn)定，所以具有很高的化學活性。2納米壓痕實驗原理及方法21納米壓痕實驗原理為了便于理論分析通常用一個軸對稱壓頭作為納米壓痕試驗的理論模型圖2一3為試驗過程中壓痕剖面變化的示意圖。當壓頭壓入試樣后壓頭附近的材料首先產(chǎn)生彈性變形隨著載荷的增加試樣開始產(chǎn)生塑性變形樣品中出現(xiàn)一個與壓頭形狀匹配的壓痕壓痕的接觸深度為H。接觸圓半徑為A。當壓頭卸載時僅僅彈性變形得到恢復。圖2一4給出了一

簡介：3232彈力彈力【學習目標學習目標】1知道彈力產(chǎn)生的條件2知道壓力、支持力、繩的拉力都是彈力，能在力的示意圖中畫出它們的方向3知道彈簧的彈力跟彈簧的形變量成正比，即胡克定律會用胡克定律解決有關(guān)問題【重點、難點分析重點、難點分析】【學習重點學習重點】1彈力有無的判斷和彈力方向的判斷2彈力大小的計算【學習難點學習難點】彈力有無的判斷及彈力方向的判斷【自主學習自主學習】一、彈性形變和彈力一、彈性形變和彈力1、什么叫做彈性形變什么叫做非彈性形變2、什么叫彈力彈力產(chǎn)生的條件是什么二、幾種彈力二、幾種彈力1、常見彈力有幾種舉例說明，分析它們是怎樣產(chǎn)生的以及它們的方向三胡克定律三胡克定律（涉及彈簧類問題很多，胡克定律是解決問題的關(guān)鍵）3、一根長6CM的橡皮條上端固定，下端掛05N物體時長度為8CM，要再拉長1CM則再掛多重物體勁度系數(shù)是多少4、如圖所示，是探究某根彈簧的伸長量X與所受拉力F之間的關(guān)系圖，下列說法中正確的是A彈簧的勁度系數(shù)是2N／MB彈簧的勁度系數(shù)是MN1023C當彈簧受F2＝800N的拉力作用時，彈簧伸長為X2＝40CMD當彈簧伸長為X1＝20CM時，彈簧產(chǎn)生的拉力是F1＝200N【課堂小結(jié)課堂小結(jié)】【當堂檢測當堂檢測】

簡介：彈力彈力教師寄語少壯不努力，老大徒傷悲學習目標1、情感態(tài)度價值觀目標觀察彈簧測力計的構(gòu)造，明確彈簧測力計的讀數(shù)和什么有關(guān)。2、能力目標會正確使用彈簧測力計3、知識目標（1）初步知道什么是彈力（2）了解彈簧測力計的結(jié)構(gòu)和原理學習重點彈力的概念、彈簧測力計的原理及使用方法。學習難點彈簧測力計的結(jié)構(gòu)原理。教學方法自主探究，小組合作自主探究，小組合作交流交流教學過程一知識回顧一知識回顧1力是_______________的作用，物體間力的作用是_______的2力可以___________________還可_______________。3在彈簧下掛一個物體，物體對彈簧有拉力，施力物體和受力物體各是什么4影響力的作用效果的因素是_______________________力的三要素是______、______、______二預習導航二預習導航1）彈性________________________________叫做彈性。2）彈力物體發(fā)生而產(chǎn)生的力叫?，F(xiàn)實生活中的向下的拉力是N。如果使用時物體掛在拉環(huán)上，用手拉稱鉤，即將彈簧測力計倒過來使用，則讀數(shù)和所測量的力相比將。（填“偏大”、“偏小”、“相等”）。7一條彈簧，受到15牛頓的拉力時長8厘米，受到5牛頓的拉力時長6厘米，受到10牛頓的拉力時，彈簧長_______厘米，沒有受到拉力時，彈簧長_________厘米。8甲、乙兩位同學各用200牛頓的力沿相反的方向拉測力計，測力計的示數(shù)為（）Ａ、400牛頓；B、200牛頓；C、100牛頓；D、0牛頓。9如圖所示，不存在彈力的是（）A手對彈簧的拉力B人對跳板的壓力C手對弓的拉力D磁鐵對小鐵球的吸引力教學反思

簡介：第三章第三章相互作用相互作用第二節(jié)第二節(jié)彈力彈力班級班級姓名姓名學號學號______________【學習目標學習目標】1、掌握彈力有無的判斷方法2、掌握胡克定律的內(nèi)容，并能夠求解相關(guān)問題3、理解彈力產(chǎn)生的條件，并會正確判斷彈力方向4、了解形變的概念，知道彈力屬于接觸力【學案導學學案導學】一、彈力一、彈力1、接觸力按性質(zhì)可分為_和。他們在本質(zhì)上是由引起的。2、形變物體在力的作用下_發(fā)生改變，叫做形變。形變的分類彈性形變非彈性形變彈性限度如果形變過大，超過一定的限度，撤去作用力后物體就_______________，這個限度叫做__________。3、彈力發(fā)生__________形變的物體由于要對與它接觸的物體產(chǎn)生的力。1產(chǎn)生條件2彈力的方向壓力和支持力的方向都_______________________________________。繩的拉力方向是_____________________________________________。桿的彈力方向比較復雜可以沿著桿伸長的方向可以沿著桿壓縮的方向還可與桿成一角度例1、瓷盤內(nèi)有一只蘋果，今把盤子放在一張水平桌面上且處于靜止狀態(tài)，那么，蘋果受到的支持力是因為_________發(fā)生形變而產(chǎn)生的；桌面受到的壓力是因為_________發(fā)生形變而產(chǎn)生的。1、關(guān)于彈性形變，下列理解正確的是（）A、物體形狀改變叫彈性形變B、一跟鐵絲用力彎折后的形變就是彈性形變C、物體在外力停止作用后，能恢復原來形狀的形變叫彈性形變D、物體在外力的作用后發(fā)生的形變叫彈性形變2、下列說法正確的是（）A、看不出有形變的物體間一定沒有彈力B、只要物體間有接觸就一定有彈力產(chǎn)生C、形變大的物體產(chǎn)生的彈力一定比形變小的物體產(chǎn)生的彈力大D、無論是繩的彈力還是對繩的彈力，力的方向總是沿繩的方向3、將一本書放在水平桌面上靜止，則下面說法正確的是（）A、書對桌面的壓力就是書受到的重力，施力物體是地球B、書對桌面的壓力是彈力，在數(shù)值上等于書受到的重力大小C、書對桌面的壓力是彈力，是由于書受到桌面的壓力產(chǎn)生形變而產(chǎn)生的D、書能靜止，是由于書的重力大于桌面對書的支持力【課后拓展訓練課后拓展訓練】A組1、物體靜止放在水平桌面上，則正確的說法是（）Ａ、桌面對物體的支持力的大小等于物體的重力，這兩個力是一對相互平衡的力Ｂ、物體所受的重力和桌面對它的支持力是一對作用力和反作用力Ｃ、物體對桌面的壓力就是物體的重力，這兩個力是同一性質(zhì)的力Ｄ、物體對桌面的壓力和桌面對物體的支持力是一對相互平衡的力

簡介：51控制體和系統(tǒng)52雷諾輸運定理53連續(xù)性方程54動量方程55角動量方程56能量方程工程實例,第5章流體動力學I,第5章流體動力學I,教學提示本章利用雷諾輸運公式將質(zhì)點力學中的質(zhì)量守恒定律、動量定理（牛頓第二定律）、能量守恒和轉(zhuǎn)化定律轉(zhuǎn)化為描述作為連續(xù)介質(zhì)的流體運動的動力學規(guī)律，從而得到積分形式的流體動力學基本方程。本章的重點是流體動力學的基本方程及其物理意義。教學要求掌握控制體和系統(tǒng)的基本概念，掌握流體動力學基本方程的物理意義、適用條件及其應用。,51控制體和系統(tǒng),在41節(jié)中我們已經(jīng)知道，描述流體運動有兩種方法，即拉格朗日法和歐拉法。兩種方法的主要區(qū)別是研究對象不同，因此將得到同一物理方程的不同數(shù)學形式。由拉格朗日法得到的基本方程直接對應質(zhì)點力學中的基本方程，而歐拉形式的基本方程由拉格朗日形式的基本方程轉(zhuǎn)化得到（見52節(jié)）。為了描述和得到兩種形式的基本方程，本節(jié)首先來引出兩個概念控制體和系統(tǒng)。所謂控制體CONTROLVOLUME就是空間的一個特定的區(qū)域。控制體的表面稱為控制面CONTROLSURFACE。流體不斷穿過控制面流動。所謂系統(tǒng)SYSTEM就是空間上某一團特定的流體。,,控制體是歐拉法描述流場的研究對象，系統(tǒng)是拉格朗日法描述流場的研究對象?？刂企w是空間，系統(tǒng)是具有不變質(zhì)量的流體?？刂企w和系統(tǒng)之間的關(guān)系如圖51所示。在本章以下的章節(jié)里，控制體的概念將更為重要?？刂企w可以具有固定不變的形狀，比如如圖52A所示的噴嘴；也可以改變形狀，比如如圖52B所示的氣球?？梢允遣粍拥?，比如將如圖52A所示固定在基礎(chǔ)上的噴嘴；也可以是移動的，比如如圖52B所示處于上升過程的氣球。在本書的后續(xù)章節(jié)里，如果不特殊說明，控制體總認為是固定不動且不改變形狀。,,,,,52雷諾輸運定理,為了將質(zhì)點力學中的基本方程轉(zhuǎn)化為以控制體作為研究對象的基本方程，需要尋求一個轉(zhuǎn)換工具，這個轉(zhuǎn)換工具就是雷諾輸運定理。雷諾輸運定理THEREYNOLDSTRANSPORTTHEOREM的內(nèi)容是系統(tǒng)的某一物理量的時間變化率等于控制體內(nèi)該物理量的時間變化率與單位時間內(nèi)穿過該控制面的該物理量的凈通量之和，其數(shù)學表達式如下,,,,下面我們來推導雷諾輸運方程。考慮圖53所示的流體系統(tǒng)通過控制體的情況。流體系統(tǒng)在T時刻位于圖A中封閉虛線所圍成的區(qū)域。故系統(tǒng)在T時刻所占據(jù)的空間正好與所選擇的控制體如圖A中封閉實線所示重合。所以在T時刻系統(tǒng)中的流體正好是控制體中的流體。在T時刻后，流體系統(tǒng)離開了原來的位置，在時刻，系統(tǒng)成為圖B中封閉虛線所圍成的區(qū)域，控制體的位置則與T時刻的位置相同，沒有改變。,,,,,,,,,53連續(xù)性方程,根據(jù)物質(zhì)不滅定律，對于流體系統(tǒng)來說，其內(nèi)部的流體介質(zhì)的質(zhì)量是不變的，即物質(zhì)守恒。但是對于控制體來說，不斷有流體流進流出，其內(nèi)部的流體介質(zhì)的質(zhì)量是可能變化的。那么如何將系統(tǒng)物質(zhì)守恒的數(shù)學表達式轉(zhuǎn)換為控制體上的數(shù)學表達式雷諾輸運方程為我們提供了一條捷徑。531連續(xù)性方程的推導若用MSYS表示流體系統(tǒng)中的流體的質(zhì)量，則根據(jù)物質(zhì)守恒，,,,532連續(xù)性方程的特殊形式,,,,,,,例題531如圖57所示，不可壓縮的水在直徑為R的圓直管道中以穩(wěn)定層流狀態(tài)流動。在過流斷面11上速度呈均勻分布，速度為U；在過流斷面22上速度以軸線為旋轉(zhuǎn)軸呈拋物面形分布，管道壁面上速度為零，軸線上速度最大，為UMAX。試確定U和UMAX的關(guān)系；過流斷面22上的平均速度和UMAX的關(guān)系。,,,,,,例題532如圖58所示，自一水龍頭向一浴缸充水，水龍頭的流量穩(wěn)定在057L/S，浴缸的容積近似為長方形。試計算浴缸中水的深度的時間變化率。解對浴缸中的水來說，本問題為非穩(wěn)定流動。取浴缸中的水所占據(jù)的空間為控制體，則控制體是變化的。根據(jù)物質(zhì)守恒，單位時間內(nèi)從水龍頭流出的水的質(zhì)量，應該等于浴缸中水的質(zhì)量的增量。設(shè)即浴缸中水的高度為H，水的密度為，水龍頭的流量為Q，水龍頭的截面積為A，則,,,,,533運動但不變形控制體,,,例題533一旋轉(zhuǎn)式草坪灑水器如圖59所示，具有兩個噴嘴，水以1000ML/S的穩(wěn)定速度流入旋轉(zhuǎn)噴頭，如果兩支噴嘴的出口截面積均為30MM2，是確定在下列三種情況下水離開噴嘴的相對速度。1旋轉(zhuǎn)噴頭靜止；2旋轉(zhuǎn)噴頭以600RPM轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)；3旋轉(zhuǎn)噴頭的轉(zhuǎn)速由0加速到600RPM。,,,54動量方程,動量方程適用于解決解決流體與固體之間的相互作用力的問題，是動量守恒定律在流體力學中的具體應用。541慣性系中的動量方程根據(jù)動量定理牛頓第二定律系統(tǒng)中流體的動量對時間的變化率等于作用在該系統(tǒng)上合外力的矢量和，即,,,,在工程應用中，積分形式的動量方程通常應用于一維流動的場合。對于一維流動，如圖510所示，我們可以對式519進一步簡化。為此引進動量修正系數(shù)。動量修正系數(shù)MOMENTUMCORRECTIONFACTOR是用真實流速計算的動量和用平均流速計算的流量的比值，即,,,,,542非慣性系中的動量方程,,,,,,,方向向右。通過例題541，我們可以總結(jié)利用動量方程求解流體力學問題的步驟如下1、確定控制體。2、對控制體中和控制面上流體的受力進行分析。3、建立所標系。4、判斷是否為非慣性系，建立動量方程。5、解方程。6、對于反力，求解后需注意如果所求反力為負值，說明原假設(shè)反力方向相反。另外需注意所求的力是否是反作用力。,55角動量方程,551慣性系中的角動量方程角動量方程描述的是作用在流體質(zhì)點上的合外力矩與流體質(zhì)點的角動量之間的關(guān)系，如圖512所示。根據(jù)角動量定理，兩者應該相等，即,,,,,552非慣性系中的動量方程,與54節(jié)類似，非慣性系中的角動量方程在形式上與慣性系中的角動量方程是一樣的，只不過在合外力矩中應包含慣性力矩，等號右邊的速度應取相對速度，即例題551試根據(jù)角動量方程推導水泵的基本方程式。水泵的葉輪如圖513所示。,,,,解首先做以下假設(shè)（1）葉輪中的流動為穩(wěn)定流動；（2）忽略水的粘性；（3）認為水不可壓縮；（4）忽略重力。取圖513中虛線圍成的封閉空間為控制體，各符號的含義如圖513所示。建立固定于地球上的直角坐標系為參照系，則此直角坐標系為慣性系。根據(jù)角動量方程，可得式531中，H為單位重量的水自葉輪中所獲得的功率，稱其為水泵的揚程，單位為米，它表示水泵的葉輪能夠?qū)?N的水揚起的高度。式531稱其為水泵的歐拉方程，水泵的歐拉方程是水泵等葉輪機械的基本方程，在葉輪機械理論中具有重要地位。,,,56能量方程,561能量方程的推導,,,,,562伯努利方程,對于540式，如果進一步增加三個限制條件，則可以進一步將其簡化為代數(shù)方程。這三個限制條件是1不可壓縮流體，2一維流動，3沿流線。下面推導出這個代數(shù)方程。在流場中沿流動方向取一根流管作為控制體。顯然在流管的管壁上沒有流體的流入和流出，,,,,伯努利方程的物理意義和幾何意義可歸納如表51所示。需要注意，伯努利方程的適用條件是1質(zhì)量立只有重力；2絕熱流動；3穩(wěn)定流動；4理想流體；5系統(tǒng)與外界無軸功的交換；6不可壓縮流體；7一維流動；8沿流線（微元流管的極限）。,,,563總流的能量方程,在實際應用中，許多場合我們關(guān)心的是總流上某些過流斷面上參數(shù)的大小，比如平均流速、壓強等的大小。這時我們將問題簡化為一維流動總流問題。對于總流問題，理想流體假設(shè)通常不能適用。下面從式539出發(fā)推導總流的能來能量方程。為了推導出總流的能來能量方程，我們首先引進兩個概念。1、緩變流動稱流線間夾角很小的流動為緩變流動GRADUALLYVARIEDFLOW，反之稱為急變流動RAPIDLYVARIEDFLOW。引進緩變流動的原因是因為在緩變流動的過流斷面上遵守類似靜力學基本方程的規(guī)律，即可以證明在緩變流動的過流斷面上,,,,,,,,,,,,556式即為實際流體總流的能量方程THEENERGYEQUATIONFORTOTALFLOWSOFREALFLUIDS，其各項的物理意義和幾何意義與表51相同，唯一的區(qū)別是各項的速度和壓強值是總流過流斷面上的平均值，Z坐標取過流斷面的軸心線坐標。使用實際流體總流的能量方程需要具備以下限制條件1質(zhì)量立只有重力；2絕熱流動；3穩(wěn)定流動；4不可壓縮流體；5過流斷面應取在緩變流上。556式在工程上有廣泛的應用，一些應用實例參閱下節(jié)和流動測量一章。,,能量方程中各水頭的大小，可形象地用途是的形式來表示，如圖515所示。在圖中沿流線各位置測壓管水頭的連線稱為靜水頭線，表示沿流動方向靜壓強的變化；沿流線各位置測總水頭的連線稱為總水頭線，表示沿流動方向總能量的變化，很顯然理想流體的總水頭線是一條水平線。,,,,,,,,,,,習題五,,,,,,

簡介：81流體在圓管中的層流流動82間隙中的層流流動83入口段與充分發(fā)展段的管內(nèi)流動84流體在圓管中的湍流流動85管流水頭損失86沿程損失系數(shù)和局部損失系數(shù)87孔口和管嘴恒定自由出流工程實例,第8章不可壓縮流體的內(nèi)部流動,第8章不可壓縮流體的內(nèi)部流動,教學提示本章討論管內(nèi)粘性不可壓縮流體流動的規(guī)律。本章層流部分是少數(shù)能夠求出NS方程解析解的特例，這些結(jié)論是研究和分析管內(nèi)層流運動和流體潤滑等縫隙流動的基礎(chǔ)。本章還涉及湍流的基本理論和水頭損失計算等內(nèi)容。教學要求理解水頭損失、層流和湍流的概念，理解湍流的分析方法，掌握水頭損失的計算。,81流體在圓管中的層流流動,層流運動是流體質(zhì)點的一種簡單的運動形式，作層流運動的流體內(nèi)部摩擦切應力嚴格遵從牛頓內(nèi)摩擦定律。所以，層流運動中速度分布、流量、損失等參數(shù)都可以從理論上用嚴密的數(shù)學方法推得，結(jié)果為準確的數(shù)學表達式。而層流運動的研究又為湍流規(guī)律的探討提供了方向。圖81為水平放置的等徑圓管，某種不可壓縮流體在管內(nèi)作恒定的層流流動。取直角坐標系如圖81所示，X軸與管軸重合。,,,,,,,,,,,,,,,82間隙中的層流流動,工程中，凡有相對運動的兩個零件或部件間，必然存在一定的間隙（或稱縫隙），如工作臺與導軌間的平面間隙、齒輪泵齒頂與泵殼間的平面間縫、活塞與缸筒間的環(huán)形間隙、軸與軸承間的環(huán)形間隙，圓柱與支承面間的端面間隙等等。不管是哪類間隙流動均有個共同的特征是流體的流動狀態(tài)為層流。在研究間隙流動時，為了簡化問題，通常作如下假設(shè)（1）流體為不可壓縮粘性流體；（2）流體質(zhì)點的運動慣性力和質(zhì)量力均忽略不計；（3）流體的粘度通常視為常數(shù)，若間隙中壓強和溫度的變化較大，此時流體粘度的變化不可忽略；（4）因間隙高度很小，可以近似看作一維流動，即質(zhì)點沿壁面作平行流動，沿高度方向速度分量為零。,821平行平板間隙流動,,,,,,,,,,,,,,,,822傾斜平板間隙流動,,,,,,823圓柱環(huán)形間隙流動,圓柱環(huán)形間隙流動根據(jù)兩圓柱面是否將其分為同心圓柱環(huán)形間隙流動和偏心圓柱環(huán)形間隙流動。下面分別加以簡單分析。1．同心圓柱環(huán)形間隙流動圖所示為一同心圓柱環(huán)形間隙，其間隙高度與直徑相比為一微小量，液體在間隙中沿軸向流動。這種情況可以簡單地按板寬為的平行平板間隙流動來處理，即將圓柱環(huán)形間隙展成為平行平板間隙。按式815可得通行圓柱環(huán)形間隙流動的流量公式為,,,,,83入口段與充分發(fā)展段的管內(nèi)流動,81節(jié)的分析是建立在流動充分發(fā)展的管內(nèi)層流流動的基礎(chǔ)上的。此時，管內(nèi)任一處有效截面上的流體的速度剖面都相等，且服從拋物面分布，速度僅隨徑向坐標，而不隨軸向坐標變化。這樣的速度分布并不是流體一進入圓管就能實現(xiàn)的，而要經(jīng)過一段所謂的入口段（或起始階段）以后，管內(nèi)流動才進入充分發(fā)展階段。如圖89A所示，假定不可壓縮粘性流體從一個大容器中經(jīng)圓弧形入口進入圓管，在入口處的橫截面上，流速接近一致。進入圓管后，緊貼壁面的粘性流體受到壁面的阻滯，速度為零，而軸線處的主流還是以與入口流速基本接近的速度流動，這樣就形成一個流速從零變到主流流速的速度增長層。,,,84流體在圓管中的湍流流動,從雷諾實驗中可以知，當，即流動為湍流時，圓管內(nèi)流體質(zhì)點的運動便呈現(xiàn)無序和雜亂無章。流體質(zhì)點的速度不斷地隨時間在變化。如果我們用激光流速儀或熱線流速儀在管內(nèi)某點測試速度的大小，則可測出速度隨時間的脈動變化曲線，如圖810所示。湍流中不但速度發(fā)生脈動，壓強等參數(shù)都在脈動。,,841基本概念,1流動參數(shù)的均值和脈動值我們從雷諾實驗中看到，湍流是一種三維的隨機的紊亂流動。圖811示出了用熱線測速儀測得的管內(nèi)某點軸向瞬時速度的變化曲線，可見湍流是非穩(wěn)定流動，湍流的參數(shù)時隨時間變化的，這種現(xiàn)象稱為脈動PULSATION。由于湍流中的脈動，使得湍流的研究和層流的研究有著根本的不同，層流中采用的嚴密的數(shù)學推導無法在湍流中使用。湍流的研究只能借助一些半經(jīng)驗的理論和實驗，即在一定的假設(shè)前提下進行實驗，分析實驗結(jié)果，并參照層流運動，得出半經(jīng)驗的規(guī)律。,,,,在工程實際中，所需要求解的流動參數(shù)，如速度、壓強、能量等均指流動的時均值，一般用測速儀、壓強計等儀器儀表所測得的也只能是時均值。采用時均化的方法之后，將前面流體運動學和動力學中建立起來的穩(wěn)定流動的基本概念和基本公式，如能量方程、動量方程等，用時均參數(shù)代入，即可應用于湍流運動，這樣便使研究湍流問題大為簡化。應該指出，時均化的模型只是人為的一種研究模型，當研究湍流的物理本質(zhì)的時候，將不再適用，否則將出現(xiàn)很大的誤差。例如，在研究湍流的能量損失時，就不能應用用時均化參數(shù)表示的牛頓內(nèi)摩擦定律，必須考慮流體質(zhì)點的紊亂運動、混雜影響。注意，以下除非特殊說明，為了簡化起見，一般仍用不帶上橫杠的符號表示時均參數(shù)。,,,,,,,,,842湍流流動的速度分布和切應力分布,,,,,,,,,,,,,,85管流水頭損失,851水頭損失的基本概念當不可壓縮粘性流體作內(nèi)部流動時，由于粘性的影響，緊貼固體壁面的流體質(zhì)點將粘附在固體壁面上，它們與固體壁面的相對速度為零，而軸線附近的流體則仍以較大的流速流動。假定固體壁面靜止不動，則存在一個流速由零到的變化區(qū)域，這樣，在相對運動著的流層之間由于粘性的存在就出現(xiàn)切向阻力。要克服阻力而維持粘性流體的流動，就要消耗機械能，所消耗的能量即為556式中的。為了方便，將556式重寫如下,,,852沿程水頭損失,,,2圓管湍流的沿程水頭損失與層流不同，由于湍流的機理到目前為止遠未研究清楚，所以湍流的沿程水頭損失還無法從流體力學的基本方程式推導出來，但是借助量綱分析和實驗，可以獲得圓管湍流的沿程水頭損失計算式。,,,853局部水頭損失,,86沿程損失系數(shù)和局部損失系數(shù),861沿程損失系數(shù)由前面沿程水頭損失計算式862和867可以看出，沿程水頭損失計算的關(guān)鍵在于如何確定沿程阻力系數(shù)。在節(jié)中已通過數(shù)學解析方法求得圓管內(nèi)層流的沿程阻力系數(shù)為。而對于湍流，由于其運動的復雜性，沿程損失系數(shù)的確定無法像層流那樣嚴格的從理論上加以推導，而只能借助實驗的方法以求得經(jīng)驗或半經(jīng)驗的公式。,,,,,,,,2穆迪圖MOODYCHART為了解決尼古拉茲圖使用的不便，1940年美國工程師穆迪對工業(yè)用管作了大量實驗，繪制出了與RE及的關(guān)系圖，稱之為穆迪圖，如圖818所示。該圖簡便、準確，并經(jīng)過許多實際驗算，與實際情況相吻合，因而目前工程上應用最為廣泛。穆迪圖按照流動特性同樣可分為層流區(qū)、臨界區(qū)、湍流光滑區(qū)、過渡區(qū)和湍流粗糙管區(qū)五個區(qū)域，下面討論各區(qū)沿程損失系數(shù)的特性。（1）層流區(qū)（2）臨界區(qū)（3）湍流光滑區(qū)（4）過渡區(qū)（5）湍流粗糙管區(qū),,,862局部損失系數(shù),根據(jù)之前水頭損失分類知道，當流體流經(jīng)各種局部障礙，比如轉(zhuǎn)彎、斷面突變及各種閥門等，由于流體的相互碰撞和形成旋渦等因素造成局部能量損失，可用公式869表示。局部損失的計算關(guān)鍵在于確定局部損失系數(shù)，但由于這類流體的運動比較復雜，影響因素較多，除個別情形可作一定的理論分析之外，大多依靠實驗方法求得局部損失系數(shù)。局部水頭損失大致可分為兩類，一類是由于過流斷面變化（包括斷面收縮和擴大）引起得局部損失；另一類是流動方向的變化（如彎頭）引起的局部損失。下面以過流斷面的突然變化為例介紹局部損失系數(shù)的求解方法。,,過流斷面突然變化有兩種即突然擴大或突然縮?。ㄈ鐖D819和圖820所示）。對于突然擴大管流，如圖819所示，流體從較小斷面11流人較大斷面22時，內(nèi)于流體具有慣性，它不可能按照管道的形狀突然擴大，而是逐漸地擴大，因此，在管壁拐角與主流束之間形成旋渦，旋渦靠主流束帶動旋轉(zhuǎn)，旋渦同時將獲得的能量消耗在旋轉(zhuǎn)運動中。另外，管道截面突然擴大，流速的重新分布也引起了附加能量損失。下面推導下其局部損失系數(shù)。,,,,,,,87孔口和管嘴恒定自由出流,871薄壁小孔口恒定自由出流本節(jié)將利用前面討論的能量方程和損失計算的基本理論，推導液體流經(jīng)容器壁面上孔口的流動計算公式。圖821為一個盛裝液體的容器，在側(cè)壁上開有一個直徑為D的小孔，容器所裝液體至孔口中心的深度為。薄壁孔口是指當容器壁厚與所開孔口直徑之比小于二分之一，即Δ/D1/2的情況。這時，由于壁較薄，其厚度對流動不產(chǎn)生顯著影響，經(jīng)過孔口的出流形成射流狀態(tài)。這種孔口稱之為銳緣孔口。,,,,,,,,,,,872圓柱外伸管嘴恒定自由出流,圓柱外伸管嘴是在上述的薄壁小孔口上安裝一個長度為的圓柱形短管（如圖825所示）。相對于薄壁孔口出流而言，它也被稱為后壁孔口出流。采用管嘴的主要目的在于增大流量。管嘴中液體的流動情況與孔口出流有著明顯的差別。當液體自容器進入管嘴時，由于慣性作用，首先液體發(fā)生收縮，然后在管嘴內(nèi)擴大到充滿管嘴流出（如圖825所示）。由此可見液體在管嘴出口處沒有收縮現(xiàn)象，出口收縮因數(shù)。而在管嘴內(nèi)有一個收縮斷面CC，液流在隨后擴大時將出現(xiàn)漩渦區(qū)，常稱這種收縮為內(nèi)部收縮。由上述分析可看出液體在管嘴內(nèi)流動時，阻力將由孔口阻力、擴大和沿程阻力三部分組成，損失主要發(fā)生在收縮以后的部分。,,下面，以上述分析為基礎(chǔ)，研究和確定圓柱外伸管嘴出流的流速和流量計算公式。在圖825中，設(shè)水箱自由表面為大氣壓，自由表面到管嘴中心線的高度，即作用水頭為，管嘴直徑為，管嘴長度為。以管嘴中心線為基準，對圖示11和22斷面列能量方程,,,,,,,,為分析、比較和選用方便，在表84列出了所討論的薄壁孔口和各種管嘴的出流參數(shù)，選用時須注意，流速因數(shù)大的其出流速度必然大，但流量因數(shù)的大小并不能直接反映出流流量的大小，,,,,,,,,,習題八,,,,,,

簡介：41描述流場的拉格朗日法和歐拉法42速度場和加速度場43關(guān)于流場的一些基本概念44層流和湍流45流體微團的運動分析46流體的有勢流動和旋渦流動工程實例,第4章流體運動學,第4章流體運動學,教學提示流體運力學與剛體運力學的差異較大，主要原因是流體的運動是存在大變形的流動，因此其描述方法采用跟蹤流體質(zhì)點比較困難，在工程流體力學中主要采用以流場中空間位置為研究對象的歐拉法。本章的重點是眾多的基本概念。教學要求掌握描述流場的基本方法和基本概念以及流體微團的運動分解。,41描述流場的拉格朗日法和歐拉法,在自然界和生產(chǎn)實踐中存在著各種各樣的流體流動問題。比如江河中的水流，空氣繞過建筑物、飛機的機翼的流動，各種工業(yè)管道中流體的流動等等。一般而言，我們將布滿流體質(zhì)點的整個流動空間統(tǒng)稱為流場FLIUDFIELD。如果描述流場中的速度，則稱此流場為速度場，如果描述流場中的加速度，則稱此流場為加速度場，以此類推。由于流體是由充滿流場的無限多個流體質(zhì)點構(gòu)成的連續(xù)體，所以研究流體的運動就是研究這無限多個流體質(zhì)點的運動。有兩種不同的描述流場運動的方法。,411拉格朗日法,這種方法是由法國科學家拉格朗日LAGRANGE提出的，因此稱為拉格朗日法LAGRANGIANMETHOD。這種方法與固體力學中質(zhì)點動力學的研究方法類似，跟隨流場中的每一個流體質(zhì)點來研究其運動，然后將所有質(zhì)點的運動綜合起來就得到了整個流場的運動描述。拉格朗日法所描述的流場中，任一流動參數(shù)B是時間T的函數(shù)，即,,,412歐拉法,在工程實際應用中，我們通常只是關(guān)心流場中某個確定位置的流動參數(shù)的變化，比如自來水或煤氣管道上某處的流量、壓強，內(nèi)燃機氣缸中某個位置的溫度等等。雖然跟蹤某個流體質(zhì)點很難，但是研究某個確定的位置上的流動參數(shù)的變化則要容易得多，歐拉法就是基于這個思想提出的，即通過研究流場中各個不同位置上在同一位置上不同的時刻被不同的流體質(zhì)點占據(jù)流動參數(shù)的變化來得到整個流場的運動規(guī)律。這一方法是由瑞士科學家歐拉提出的，所以稱其為歐拉法EULERIANMETHOD。歐拉法在流體力學中被廣泛采用。,413隨體導數(shù),在歐拉法中，坐標X,Y,Z不是獨立的，它們都是時間T的函數(shù)，因此流場中任一流動參數(shù)B是X,Y,Z,T的復合函數(shù)，這是由于實質(zhì)上流動參數(shù)是各個確定點上的流體質(zhì)點的流動參數(shù)，而流體質(zhì)點的位置坐標是時間T的函數(shù)。根據(jù)復合函數(shù)的求導法則，在流場中對于任一流動參數(shù)BX,Y,Z,T，有,,,42速度場和加速度場,描述流動的流體的流體參數(shù)不僅是時間的函數(shù)，而且是空間坐標的函數(shù)，因此我們可以借助場論的知識、利用場的概念來描述流動FIELDREPRESENTATIONOFTHEFLOW。如果描述流場中的速度，則稱此流場為速度場VELOCITYFIELD，如果描述流場中的加速度，則稱此流場為加速度場ACCELERATIONFIELD。速度和加速度是描述流動的兩個重要參數(shù)，因此下面我們來討論速度場和加速度場的描述。,421速度場,,,,422加速度場,加速度場的分布可以對速度場求導得到。,,,43關(guān)于流場的一些基本概念,431一維、二維和三維流動在描述流動的歐拉法中，任一流動參數(shù)B是時間和三個空間坐標X,Y,Z，T四個變量的函數(shù)，即，但是在有些情況下，流動參數(shù)可能只與四個變量中的部分參數(shù)有關(guān)，這樣就可以根據(jù)流動參數(shù)與哪些變量有關(guān)將流動進行分類。,,,432穩(wěn)定流動和非穩(wěn)定流動,如果任一流動參數(shù)B只是空間坐標X,Y,Z的函數(shù)而與時間T無關(guān)，或者說流動參數(shù)不隨時間變化，即，則稱此種流動為穩(wěn)定流動STEADYFLOW或定常流動。否則流動參數(shù)隨時間變化的流動，即，稱為非穩(wěn)定流動UNSTEADYFLOW或非定常流動。非穩(wěn)定流動可以是一維流動、二維流動，也可以是三維流動。如果用數(shù)學語言來表達，則穩(wěn)定流動就是滿足下式的流動，即,,在生活中和工程上，常常遇到穩(wěn)定流動，比如依靠水泵排水的系統(tǒng)，當水泵的工況穩(wěn)定后，管道中的流動就是穩(wěn)定流動；而在啟動水泵加速或停機減速的過程中，管道中的流動就是非穩(wěn)定流動。再比如水箱出流，如圖42所示，如果不斷向水箱中補水保持水箱中的自由表面高度不變，則出流為穩(wěn)定流動；如果不向水箱中補水，而將水箱中的水放空，則出流為非穩(wěn)定流動。,433均勻流動和非均勻流動,如果在給定的時刻，流場中各處速度的大小和方向均相同，則稱此種流動為均勻流動UNIFORMFLOW。如果流場中不同點處速度的大小或方向有一個不同，則為非均勻流動NONUNIFORMFLOW。圖43所示為一直管道中的流動，由于管徑不變，所以管道中的流動為均勻流動。,434流場的幾何描述,盡管流體的流動是十分復雜的，但是我們?nèi)匀豢梢远x一些概念來對流場進行形象化的幾何描述。本小節(jié)來介紹流線、跡線、色線等概念。流線通常用于對流場進行理論分析，而跡線和色線通常用于對流場進行實驗分析。1流線所謂流線STREAMLINE就是某一時刻流場中的這樣一條曲線，曲線上任一點的切線方向和該點上的速度方向相同。如圖44所示。,,,,流線是歐拉法描述流場的幾何手段。流線具有以下性質(zhì)除了在駐點STAGNATIONPOINT和奇點SINGULARITY處，流線只能是光滑的直線或曲線，不能是折線。關(guān)于駐點和奇點在以后的章節(jié)中介紹。流線的這條性質(zhì)是比較容易理解的。因為除了在駐點和奇點之外，在同一點處只能存在一個速度，所以流線就必須是光滑的。除了在駐點和奇點處，兩條流線不能相交。因為如果兩條流線相交，則在交點處就存在兩個速度，這是不可能的。,,2色線所謂色線STREAKLINE就是一段時間里通過流場中某一點的所有流體質(zhì)點所組成的一條線，由于在實驗時通常在該點滴入色液，所以這條線是一條帶顏色的線，故稱為色線，也叫流脈線。煙囪冒出的白煙就是一種典型的色線。當流動為穩(wěn)定流動時，色線也是流線。3跡線所謂跡線PATHLINE就是流場中一個流體質(zhì)點在一段時間里的運動軌跡。不難理解，跡線的方程應為,,,,4流管、流束和總流STREAMTUBE,STREAMFILAMENTANDTOTALFLOW如圖45所示，某一時刻在流場中做一條封閉的曲線，通過這條曲線上各點的流線組成的管狀表面稱為流管STREAMTUBE。流管中的流體稱為流束STREAMFILAMENT。當封閉的曲線為微元曲線時，流管趨于其極限即流線。當封閉的曲線位于管道內(nèi)壁上時，流管即為管道的內(nèi)表面，這時的流束就是管道中流體的總和，稱其為總流TOTALFLOW。5過流斷面、流量和平均流速CROSSSECTIONOFFLOW,FLOWRATEANDAVERAGEVELOCITY過流斷面CROSSSECTIONOFFLOW是流場中與流線垂直的橫斷面，也稱有效斷面。,,,,,,,,,,,44層流和湍流,在自然界中的實際流體都是有粘性的流體，由于粘性的存在，流體的流動過程中就會產(chǎn)生阻力。為了計算這種阻力，前人已經(jīng)作了大量的研究，其中英國工程師雷諾REYNOLDS在1880年進行了著名的雷諾實驗，將流動分為層流和紊流兩種形態(tài)，解決了工程中的流動阻力計算問題。441雷諾實驗雷諾所設(shè)計的實驗裝置如圖48所示。水箱中的水可以由圖中右端的一個閥門控制，沿著水平放置的透明玻璃管流動，水箱中的水位由于有水流按照圖中的箭頭方向流動，從而保證水位高度不變，即保證水平玻璃管中的流動為穩(wěn)定流動。,,,,實驗開始時，緩慢開啟玻璃管出口的閥門，使管內(nèi)的流量較小，然后再開啟顏色水瓶下的閥門，讓色液緩慢流入水平玻璃管。此時可以看到管內(nèi)軸線上有一條清晰的筆直的色線，如圖49上圖所示。這表明玻璃管中的流動是沿著軸線分層流動，沒有徑向流動，層間沒有流體摻混，這種流動稱為層流LAMINARFLOW。將玻璃管出口的閥門逐漸開大，可以發(fā)現(xiàn)色線逐漸開始抖動，由直線變成曲線，如圖圖49中間圖所示。這表明管內(nèi)的層流受到擾動，逐漸出現(xiàn)徑向流動。但是盡管此時色線變成曲線，但是仍處于軸線附近，稱此狀態(tài)為過渡狀態(tài)TRANSITIONALFLOW。,,,,,442雷諾數(shù),雷諾不僅設(shè)計了上述實驗，將流動分為層流和紊流兩類，而且通過大量實驗得到了可以用來判斷流動是層流還是紊流的雷諾數(shù)。,,,45流體微團的運動分析,,,,451平動和線變形,,452角變形運動,,,,453旋轉(zhuǎn)運動,,,,46流體的有勢流動和旋渦流動,461無旋運動,,,,,,,,,462旋渦運動,,,,,,,,,,習題四,,,,

簡介：主講華中農(nóng)業(yè)大學工學院肖新棉,工程流體力學ENGINEERINGFLUIDMECHANICS,工程流體力學課件ENGINEERINGFLUIDMECHANICS制作者肖新棉工學院,適用專業(yè)機械制造、農(nóng)業(yè)機械化和機電專業(yè)授課對象本科生選用教材流體力學泵與風機（第五版）蔡增基主編中國建筑工業(yè)出版社200911,電子信箱XIAOXINMIANMAILHZAUEDUCN,工程流體力學課程的學習安排,從課程名稱來講工程流體力學，即流體力學在實際工程中的運用，其內(nèi)容包括兩部分流體力學基礎(chǔ)、流體機械（泵與風機）。,本課程共32學時，講課26學時，實驗6學時，3次實驗；,先修課高等數(shù)學物理理論力學材料力學；工程流體力學（專業(yè)基礎(chǔ)課）后續(xù)課專業(yè)課程（液壓傳動）。,1內(nèi)容簡介,2學時安排,3課程的相關(guān)聯(lián)系,,4參考書,1工程流體力學袁恩熙主編石油工業(yè)出版社；,2工程流體力學山東工學院,東北電力學院合編，水利電力出版社；,3工程流體力學徐文鵑編哈爾濱工程大學出版社；,4工程流體力學潘文全編清華大學出版社；,5工程流體力學詹德心編湖北科學技術(shù)出版社；,,6）流體力學張也影主編，高等教育出版社；,7）水力學于布主編，華南理工大學出版社；,8）流體力學、水力學題解莫乃榕編，華中科技大學出版社；9）陳卓如工程流體力學第二版高等教育出版社20041,5學習網(wǎng)站1HTTP//WWWFLUIDNETCN2HTTP//WWWCHINAWATERNETCN3HTTP//WWWWATERTECHNETCN4HTTP//WWWSIMWECOM5HTTP//WWWANSYSCOMCN/CAE/CFDPHP,,工程流體力學課程的學習要求,通過本課程的學習,1掌握流體力學的基本理論，基本原理；,2能運用流體力學的基本理論解決工程實際中的問題；,3掌握流體力學的基本計算技巧，熟練運用“三大方程”進行實際工程的計算和設(shè)計；,4了解水泵風機的類型、性能及結(jié)構(gòu)特點；,5掌握水泵風機各種性能參數(shù)流量、揚程、功率的計算；,6能根據(jù)工程的設(shè)計要求進行水泵風機選型、安裝和調(diào)節(jié)。,,本課程有一定的習題，希望同學按要求完成,1作業(yè)根據(jù)要求抄題、畫圖、寫出計算公式，具體計算步驟和結(jié)果；,2作業(yè)須按時交，課程結(jié)束時沒完成作業(yè)者，不能參加考試；,3作業(yè)的成績占總評成績的20；,本課程有實驗，希望同學按要求完成,1按照規(guī)定的時間、地點進行上好實驗課；,2課前須預習實驗指導書，實驗后按規(guī)定的時間交實驗報告；,3實驗報告和作業(yè)一起算平時成績，占總評的20；,,工程流體力學課件ENGINEERINGFLUIDMECHANICS制作者肖新棉工學院,第六章離心泵與風機的理論基礎(chǔ),第七章離心泵與風機的性能,第一章緒論,第二章流體靜力學,第三章一元流體動力學基礎(chǔ),第四章流動阻力和能量損失,第五章孔口管嘴管路流動,,一、物質(zhì)的三態(tài),在地球上，物質(zhì)存在的主要形式有固體、液體和氣體。,流體和固體的區(qū)別從力學分析的意義上看，在于它們對外力抵抗的能力不同。,應用流體力學的概念及發(fā)展歷史,,,1氣體易于壓縮，而液體難于壓縮；2液體有一定的體積，氣體能充滿任意形狀的容器，無一定的形狀。,液體和氣體的共同點兩者均具有易流動性，故二者統(tǒng)稱為流體。,,液體和氣體的區(qū)別,實驗流體力學,現(xiàn)代流體力學,二、流體力學的發(fā)展歷史,古典水動力學（流體力學）,,實際工程1,實際工程2,流體力學運用,卡洛斯的精彩香蕉球,機翼自由渦,第一階段（16世紀以前）流體力學形成的萌芽階段第二階段（16世紀文藝復興以后18世紀中葉）流體力學成為一門獨立學科的基礎(chǔ)階段第三階段（18世紀中葉19世紀末）流體力學沿著兩個方向發(fā)展歐拉、伯努利第四階段（19世紀末以來）流體力學飛躍發(fā)展,,流體力學的發(fā)展歷史,第一階段（16世紀以前）流體力學形成的萌芽階段,公元前2286年－公元前2278年大禹治水疏壅導滯（洪水歸于河）公元前300多年李冰都江堰公元584年－公元610年隋朝南北大運河、船閘應用埃及、巴比倫、羅馬、希臘、印度等地水利、造船、航海產(chǎn)業(yè)發(fā)展系統(tǒng)研究古希臘哲學家阿基米德論浮體（公元前250年）奠定了流體靜力學的基礎(chǔ),,第二階段（16世紀文藝復興以后18世紀中葉）流體力學成為一門獨立學科的基礎(chǔ)階段,1586年斯蒂芬水靜力學原理1650年帕斯卡“帕斯卡原理”1612年伽利略物體沉浮的基本原理1686年牛頓牛頓內(nèi)摩擦定律1738年伯努利理想流體的運動方程即伯努利方程1775年歐拉理想流體的運動方程即歐拉運動微分方程,,第三階段（18世紀中葉19世紀末）流體力學沿著兩個方向發(fā)展歐拉、伯努利（實驗）,工程技術(shù)快速發(fā)展，提出很多經(jīng)驗公式1769年謝才謝才公式（計算流速、流量）1895年曼寧曼寧公式（計算謝才系數(shù)）1732年比托比托管（測流速）1797年文丘里文丘里管（測流量）理論1823年納維，1845年斯托克斯分別提出粘性流體運動方程組（NS方程）,,第四階段（19世紀末以來）流體力學飛躍發(fā)展,理論分析與試驗研究相結(jié)合量綱分析和相似性原理起重要作用1883年雷諾雷諾實驗（判斷流態(tài)）1903年普朗特邊界層概念（繞流運動）19331934年尼古拉茲尼古拉茲實驗（確定阻力系數(shù)）,流體力學與相關(guān)的鄰近學科相互滲透，形成很多新分支和交叉學科,,流體力學的發(fā)展簡史,流體力學在中國大禹治水4000多年前的大禹治水，說明我國古代已有大規(guī)模的治河工程。公元前256210年秦代，在公元前256前210年間便修建了都江堰、鄭國渠、靈渠三大水利工程，說明當時對明槽水流和堰流流動規(guī)律的認識已經(jīng)達到相當水平。龍首渠（公元前156前87）西漢武帝時期，為引洛水灌溉農(nóng)田，在黃土高原上修建了龍首渠，創(chuàng)造性地采用了井渠法，即用豎井溝通長十余里的穿山隧洞，有效地防止了黃土的塌方。,,水利風力機械在古代，以水為動力的簡單機械也有了長足的發(fā)展，例如用水輪提水，或通過簡單的機械傳動去碾米、磨面等。東漢杜詩任南陽太守時（公元37年）曾創(chuàng)造水排（水力鼓風機），利用水力，通過傳動機械，使皮制鼓風囊連續(xù)開合，將空氣送入冶金爐，較西歐約早了一千一百年。,流體力學在中國,,流體力學在中國,真州船閘北宋（9601126）時期，在運河上修建的真州船閘與十四世紀末荷蘭的同類船閘相比，約早三百多年。潘季順明朝的水利家潘季順（15211595）提出了“筑堤防溢，建壩減水，以堤束水，以水攻沙”和“借清刷黃”的治黃原則，并著有兩河管見、兩河經(jīng)略和河防一攬。流量清朝雍正年間，何夢瑤在算迪一書中提出流量等于過水斷面面積乘以斷面平均流速的計算方法。,,流體力學在中國,錢學森錢學森（1911－）浙江省杭州市人，他在火箭、導彈、航天器的總體、動力、制導、氣動力、結(jié)構(gòu)、材料、計算機、質(zhì)量控制和科技管理等領(lǐng)域的豐富知識，為中國火箭導彈和航天事業(yè)的創(chuàng)建與發(fā)展作出了杰出的貢獻。1957年獲中國科學院自然科學一等獎，1979年獲美國加州理工學院杰出校友獎，1985年獲國家科技進步獎特等獎。1989年獲小羅克維爾獎?wù)潞褪澜缂壙茖W與工程名人稱號，1991年被國務(wù)院、中央軍委授予“國家杰出貢獻科學家”榮譽稱號和一級英模獎?wù)隆?,流體力學在中國,周培源（1902－19931902年8月28日出生，江蘇宜興人。理論學家、流體力學家主要從事物理學的基礎(chǔ)理論中難度最大的兩個方面即愛因斯坦廣義相對論引力論和流體力學中的湍流理論的研究與教學并取得出色成果。,吳仲華（WUZHONGHUA）在1952年發(fā)表的在軸流式、徑流式和混流式亞聲速和超聲速葉輪機械中的三元流普遍理論和在1975年發(fā)表的使用非正交曲線坐標的葉輪機械三元流動的基本方程及其解法兩篇論文中所建立的葉輪機械三元流理論，至今仍是國內(nèi)外許多優(yōu)良葉輪機械設(shè)計計算的主要依據(jù)。,,流體力學的西方史,阿基米德（ARCHIMEDES，公元前287－212）歐美諸國歷史上有記載的最早從事流體力學現(xiàn)象研究的是古希臘學者阿基米德在公元前250年發(fā)表學術(shù)論文論浮體，第一個闡明了相對密度的概念，發(fā)現(xiàn)了物體在流體中所受浮力的基本原理──阿基米德原理。,,流體力學的西方史,列奧納德達芬奇（LEONARDODAVINCI,1452－1519）著名物理學家和藝術(shù)家設(shè)計建造了一小型水渠，系統(tǒng)地研究了物體的沉浮、孔口出流、物體的運動阻力以及管道、明渠中水流等問題。,斯蒂文（SSTEVIN,15481620）將用于研究固體平衡的凝結(jié)原理轉(zhuǎn)用到流體上。伽利略（GALILEO,15641642）在流體靜力學中應用了虛位移原理，并首先提出，運動物體的阻力隨著流體介質(zhì)密度的增大和速度的提高而增大。托里析利（ETORRICELLI,16081647）論證了孔口出流的基本規(guī)律。,,流體力學的西方史,帕斯卡（BPASCAL,16231662）提出了密閉流體能傳遞壓強的原理帕斯卡原理。牛頓英國偉大的數(shù)學家、物理學家、天文學家和自然哲學家。1642年12月25日生于英格蘭林肯郡格蘭瑟姆附近的沃爾索普村，1727年3月20日在倫敦病逝。牛頓在科學上最卓越的貢獻是微積分和經(jīng)典力學的創(chuàng)建。牛頓的成就，恩格斯在英國狀況十八世紀中概括得最為完整“牛頓由于發(fā)明了萬有引力定律而創(chuàng)立了科學的天文學，由于進行了光的分解而創(chuàng)立了科學的光學，由于創(chuàng)立了二項式定理和無限理論而創(chuàng)立了科學的數(shù)學，由于認識了力的本性而創(chuàng)立了科學的力學“。,,伯努利（DBERNOULLI，1700－1782）瑞士科學家在1738年出版的名著流體動力學中，建立了流體位勢能、壓強勢能和動能之間的能量轉(zhuǎn)換關(guān)系──伯努利方程。在此歷史階段，諸學者的工作奠定了流體靜力學的基礎(chǔ)，促進了流體動力學的發(fā)展。,流體力學的西方史,,流體力學的西方史,歐拉（LEULER，1707－1783）經(jīng)典流體力學的奠基人，1755年發(fā)表流體運動的一般原理，提出了流體的連續(xù)介質(zhì)模型，建立了連續(xù)性微分方程和理想流體的運動微分方程，給出了不可壓縮理想流體運動的一般解析方法。他提出了研究流體運動的兩種不同方法及速度勢的概念，并論證了速度勢應當滿足的運動條件和方程。,,流體力學的西方史,達朗伯（JLERD‘ALEMBERT,1717－1783）1744年提出了達朗伯疑題（又稱達朗伯佯謬），即在理想流體中運動的物體既沒有升力也沒有阻力。從反面說明了理想流體假定的局限性。,拉格朗日（JLLAGRANGE,1736－1813）提出了新的流體動力學微分方程，使流體動力學的解析方法有了進一步發(fā)展。嚴格地論證了速度勢的存在，并提出了流函數(shù)的概念，為應用復變函數(shù)去解析流體定常的和非定常的平面無旋運動開辟了道路。,,流體力學的西方史,弗勞德（WFROUDE，18101879）對船舶阻力和搖擺的研究頗有貢獻，他提出了船模試驗的相似準則數(shù)弗勞德數(shù)，建立了現(xiàn)代船模試驗技術(shù)的基礎(chǔ)。亥姆霍茲（HVONHELMHOLTZ,18211894）和基爾霍夫（GRKIRCHHOFF,18241887）對旋渦運動和分離流動進行了大量的理論分析和實驗研究，提出了表征旋渦基本性質(zhì)的旋渦定理、帶射流的物體繞流阻力等學術(shù)成就。,,流體力學的西方史,納維（CLMHNAVIER）首先提出了不可壓縮粘性流體的運動微分方程組。斯托克斯（GGSTOKES）嚴格地導出了這些方程，并把流體質(zhì)點的運動分解為平動、轉(zhuǎn)動、均勻膨脹或壓縮及由剪切所引起的變形運動。后來引用時，便統(tǒng)稱該方程為納維斯托克斯方程。,納維（LNAVIER，1785－1836，法國）,斯托克斯（GSTOKES，1819－1903，英國）,,流體力學的西方史,謝才（ADECHéZY法國）在1755年便總結(jié)出明渠均勻流公式謝才公式，一直沿用至今。雷諾（OREYNOLDS，18421912）1883年用實驗證實了粘性流體的兩種流動狀態(tài)──層流和紊流的客觀存在，找到了實驗研究粘性流體流動規(guī)律的相似準則數(shù)──雷諾數(shù)，以及判別層流和紊流的臨界雷諾數(shù)，為流動阻力的研究奠定了基礎(chǔ)。,,流體力學的西方史,瑞利（LJWREYLEIGH，18421919英國）在相似原理的基礎(chǔ)上，提出了實驗研究的量綱分析法中的一種方法瑞利法。庫塔（MWKUTTA，1867－1944）1902年就曾提出過繞流物體上的升力理論，但沒有在通行的刊物上發(fā)表。儒科夫斯基（НЕЖУКОВСКИЙ,1847－1921）從1906年起，發(fā)表了論依附渦流等論文，找到了翼型升力和繞翼型的環(huán)流之間的關(guān)系，建立了二維升力理論的數(shù)學基礎(chǔ)。他還研究過螺旋槳的渦流理論以及低速翼型和螺旋槳槳葉剖面等。他的研究成果，對空氣動力學的理論和實驗研究都有重要貢獻，為近代高效能飛機設(shè)計奠定了基礎(chǔ)。,,流體力學的西方史,普朗特（LPRANDTL，1875－1953）建立了邊界層理論，解釋了阻力產(chǎn)生的機制。以后又針對航空技術(shù)和其他工程技術(shù)中出現(xiàn)的紊流邊界層，提出混合長度理論。19181919年間，論述了大展弦比的有限翼展機翼理論，對現(xiàn)代航空工業(yè)的發(fā)展作出了重要的貢獻。卡門（TVONKáRMáN，18811963）在19111912年連續(xù)發(fā)表的論文中，提出了分析帶旋渦尾流及其所產(chǎn)生的阻力的理論，人們稱這種尾渦的排列為卡門渦街。在1930年的論文中，提出了計算紊流粗糙管阻力系數(shù)的理論公式。嗣后，在紊流邊界層理論、超聲速空氣動力學、火箭及噴氣技術(shù)等方面都有不少貢獻。,,流體力學的西方史,布拉休斯（HBLASIUS）在1913年發(fā)表的論文中，提出了計算紊流光滑管阻力系數(shù)的經(jīng)驗公式。伯金漢（EBUCKINGHAM）在1914年發(fā)表的在物理的相似系統(tǒng)中量綱方程應用的說明論文中，提出了著名的Π定理，進一步完善了量綱分析法。尼古拉茲（JNIKURADZE）在1933年發(fā)表的論文中，公布了他對砂粒粗糙管內(nèi)水流阻力系數(shù)的實測結(jié)果尼古拉茲曲線，據(jù)此他還給紊流光滑管和紊流粗糙管的理論公式選定了應有的系數(shù)。,,流體力學的西方史,科勒布茹克（CFCOLEBROOK）在1939年發(fā)表的論文中，提出了把紊流光滑管區(qū)和紊流粗糙管區(qū)聯(lián)系在一起的過渡區(qū)阻力系數(shù)計算公式。莫迪（LFMOODY）在1944年發(fā)表的論文中，給出了他繪制的實用管道的當量糙粒阻力系數(shù)圖莫迪圖。至此，有壓管流的水力計算已漸趨成熟。,,古老的提水工具水車,,都江堰,,,都江堰由魚嘴（分水工程）、飛沙堰（溢流排沙工程）和寶瓶口（引水工程）三大主體工程組成的無壩引水樞紐,都江堰始建于秦昭王末年（約公元前256－前251），秦蜀守李冰主持興建。工程以灌溉為主，兼有防洪、水運、城市供水等多種效益,,新安江水電站,,二灘水電站,,二灘水電站,二灘水電站位于四川省西南部攀枝花市境內(nèi)的雅礱江下游，距雅礱江與金沙江的交匯口33KM，是雅礱江干流上規(guī)劃建設(shè)的21座梯級電站中的第一座；二灘電站是以發(fā)電為主的大型水力發(fā)電樞紐，水庫總庫容58億M3，調(diào)節(jié)庫容337億M3；電站裝有6臺55萬KW的混流式水輪發(fā)電機組，總裝機容量330萬KW，保證出力100萬KW，多年平均發(fā)電量170萬KWH，是中國20世紀建成投產(chǎn)的最大的水電站；,,樞紐主要建筑物有混凝土雙曲拱壩、左岸引水發(fā)電地下廠房系統(tǒng)、右岸兩條泄洪洞和左岸過木機道等；混凝土雙曲拱壩為拋物線形，最大壩高240米，是中國已建成的最高壩，同類壩中居世界第三位；1987年9月開始施工前期準備，1991年9月14日工程正式開工，1993年11月26日實現(xiàn)大江截流，1998年5月1日開始蓄水，同年8月18日第一臺機組并網(wǎng)發(fā)電。,,,葛洲壩水電站,,葛洲壩水電站,葛洲壩水利樞紐是長江干流上新建的第一座水利樞紐，被譽為長江第一明珠；葛洲壩水利樞紐奠基于70年代初，竣工于80年代，工程總投資4848億元人民幣；大江電廠、二江電廠總裝機21臺，總?cè)萘?715萬KW，年均發(fā)電量153億KWH；截至1999年電廠累計發(fā)電2320億KWH，人均創(chuàng)造勞動產(chǎn)值718萬元；戰(zhàn)勝大于45000M3/S特大洪水43次，1998年8月在長江發(fā)生特大洪水期間三次超常規(guī)攔蓄洪峰，為緩解長江中下游災情、避免荊江分洪做出了突出貢獻。,,三峽水電站,,三、應用流體力學的概述,應用流體力學是一門討論研究液體及氣體平衡和機械運動規(guī)律及其實際工程應用的一門技術(shù)學科。,流體靜力學研究流體處于靜止狀態(tài)下的力學規(guī)律；流體動力學研究作用于流體上的各種力和運動之間的關(guān)系以及流體的運動特性及能量等問題。,機械類流體力學機械、冶金、化工、水力機械水利類流體力學水工、水動、海洋土木類流體力學土建、市政、工民建、道橋、城市防洪,,應用流體力學的概念,流體力學分類,流體力學的內(nèi)容,2在市政工程中的應用如橋涵孔徑設(shè)計、給水排水系統(tǒng)、隧洞通風與排水等。,1在土建工程中的應用如路基排水、地下水滲透等。,3城市防洪工程中的應用如堤、壩的作用力與滲流問題、防洪閘壩的過流能力等。,四、流體力學的應用,,4機械工程的應用如水壓機、液壓打樁機、挖掘機等。,流體力學在工程中的應用,船舶運動,浮標,海洋平臺,潛器,地效翼艇（WIG）,航空航天航海,,流體力學在工程中的應用,能源動力,發(fā)動機四沖程,WINDTURBINE,,飛機發(fā)動機,蒸汽機車,能源動力,,楊浦大橋,能源動力,,氣象云圖,龍卷風,氣象科學,,環(huán)境控制,污水凈化設(shè)備模型,電廠冷卻塔,,生物仿生學,信天翁滑翔,應用廣泛已派生出很多新的分支電磁流體力學、生物流體力學化學流體力學、地球流體力學高溫氣體動力學、非牛頓流體力學爆炸力學、流變學、計算流體力學等,,流體能夠流動的物質(zhì)叫流體在任何微小的剪切力的作用下都能夠發(fā)生連續(xù)變形的物質(zhì)稱為流體。包括－－－氣體、液體。,氣體無一定形狀和體積。,流體的定義及特征,就易變形性而言，液體與氣體屬于同類。,流體的易變形性在受到剪切力持續(xù)作用時，固體的變形一般是微小的如金屬或有限的如塑料，但流體卻能產(chǎn)生很大的甚至無限大只作用時間無限長的變形。,,當剪切力停止作用后，固體變形能恢復或部分恢復，流體則不作任何恢復。,流體的定義及特征,固體內(nèi)的切應力由剪切變形量位移決定，而流體內(nèi)的切應力與變形量無關(guān)，由變形速度切變率決定。,任意改變均質(zhì)流體微元排列次序，不影響它的宏觀物理性質(zhì)；任意改變固體微元的排列無疑將它徹底破壞。,,流體的定義及特征,固體表面之間的摩擦是滑動摩擦，摩擦力與固體表面狀況有關(guān)；流體與固體表面可實現(xiàn)分子量級的接觸，達到表面不滑移。,,第一章緒論,§11作用在流體上的力,§12流體的主要力學性質(zhì),§13流體的力學模型,,,1流體的主要力學性質(zhì)（特別是粘滯性）；2作用于流體上的力（表面力，質(zhì)量力）；3牛頓內(nèi)摩擦定理（公式的物理意義，公式中各項的意義）,本章重點,1流體的基本特征和主要力學性質(zhì)；2作用于流體上的力；3牛頓內(nèi)摩擦定理,本章難點,,§11作用在流體上的力,2按作用方式分,分類,1按物理性質(zhì)的不同分類,,重力、摩擦力、慣性力、彈性力、表面張力等。,質(zhì)量力和面積力（表面力）。,設(shè)X、Y、Z為單位質(zhì)量力在X、Y、Z軸向的分力，即,可見質(zhì)量力與加速度相關(guān)聯(lián)。,一、質(zhì)量力（MASSFORCE）,定義作用于流體的每一個質(zhì)點或微團上的力,它的大小與質(zhì)量成正比。,單位質(zhì)量力單位質(zhì)量流體所受到的質(zhì)量力。,,當流體所受的質(zhì)量力僅只有重力時，GMG，此時重力與重力加速度相關(guān)聯(lián)。GG/M。,最常見的質(zhì)量力有重力、慣性力。,單位質(zhì)量力的量綱L/T2,,XGX/M0，,設(shè)重力在各軸相的分力為GX、GY、GZ，則單位質(zhì)量力的軸向分力為,YGY/M0，,ZGZ/MG,P2112,二、表面力SURFACEFORCE又稱面積力；,定義作用于流體表面上的力,與作用的表面積大小成正比。,拉力、壓力、切力,法向力垂直于流體表面PPA切向力與流體表面相切TΤA,表面力包括法向力和切向力；,,A,?A,應力單位面積上的表面力，正應力和切向力,單位N/M2,PA,,壓強,P3114,切應力,1靜止的流體受到哪幾種力的作用,2理想流體受到哪幾種力的作用,3僅有重力作用的靜止流體的單位質(zhì)量力為多少,XY0，ZG,重力與壓應力，無法承受剪切力。,重力與壓應力，因為無粘性，故無剪切力。,,,§12流體的主要力學性質(zhì),一、流體的特征,二、慣性,,三、重力特性,四、粘滯性,五、壓縮性和熱脹性,六、表面張力特性,流體與固體不同的是流體具有流動性。即流體的基本特征就是流動性。,二、慣性,質(zhì)量就是用來表征慣性的物理量。,Ρ流體的密度，KG/M3；M流體的質(zhì)量,KG；V該流體的體積，M3。,密度DENSITY是指單位體積流體的質(zhì)量。單位KG/M3,均質(zhì)流體內(nèi)部各點處的密度均相等,,P3122,P3121,一、流體的特征,三、重力特性,流體受地球引力的特性，稱重力特性，用容重表示。,Γ流體的容重，N/M3；G體積為V的流體所受的重力，N；V重力為G的流體體積，M3。,因為GMG,則ΓΡG；P4125,容重SPECIFICWEIGHT指單位體積流體的重量。單位N/M3,均質(zhì)流體內(nèi)部各點處的容重均相等,,P4124,P4123,比重SPECIFICGRAVITY是指液體密度與標準純水的密度之比,液體的比重,比容SPECIFICVOLUME指單位氣體質(zhì)量所具有的體積。?1/?（M3/KG）,氣體的比容,（增加內(nèi)容）,水的密度和容重Ρ1000KG/M3；Γ9807N/M3；汞的密度和容重ΡHG13595KG/M3；ΓHG133326N/M3；干空氣在溫度為290K，壓強為760MMHG時，ΡA12KG/M3；ΓA1177N/M3；,,四、粘滯性,定義流體對各質(zhì)點相對運動表示抵抗的性質(zhì)。它只有在運動時才表現(xiàn)出來。流體的粘度是由流動流體的內(nèi)聚力和分子的動量交換所引起的。,,流體在管中流動的例子見教材P4,流體流動時產(chǎn)生內(nèi)摩擦力的性質(zhì)程為流體的黏性。流體內(nèi)摩擦的概念最早由牛頓（NEWTON,1687）提出。,粘性即在運動的狀態(tài)下，流體所產(chǎn)生的阻抗剪切變形的力。,由于各流層的速度不同各質(zhì)點間就產(chǎn)生相對運動，從而產(chǎn)生內(nèi)摩擦力以抵抗相對運動。此內(nèi)摩擦力稱粘滯力。,粘滯力T的大小用牛頓內(nèi)摩擦定理液體運動時，相鄰液層間所產(chǎn)生的切應力與剪切變形的速率成正比求得，即,單位面積上的內(nèi)摩擦力稱切應力以Τ表示，即,,P5126,P5127,1）與兩流層間的速度差相對速度DU成正比，和流層間距離DY成反比；2）與流層的接觸面積A的大小成正比；3）與流體的種類有關(guān)；4）與流體的壓力大小無關(guān)。,由此可見內(nèi)摩擦力T的大小,,說明流體的切應力與剪切變形速率或角變形率成正比。注意固體的切應力與角變形的大小成正比。,粘性切應力由相鄰兩層流體之間的速度梯度決定,而不是由速度決定,粘性切應力由流體元的角變形速率決定，而不是由變形量決定,牛頓粘性定律指出,,流體粘性只能影響流動的快慢，卻不能停止流動。,牛頓內(nèi)摩擦定律,,流體粘性成因,流體內(nèi)摩擦是兩層流體間分子內(nèi)聚力和分子動量交換的宏觀表現(xiàn)。,當兩層液體作相對運動時，兩層液體分子的平均距離加大，吸引力隨之增大，這就是分子內(nèi)聚力。,,流體粘性的成因,氣體分子的隨機運動范圍大，流層之間的分子交換頻繁。,兩層之間的分子動量交換表現(xiàn)為力的作用，稱為表觀切應力。氣體內(nèi)摩擦力即以表觀切應力為主。,一般認為液體粘性主要取決于分子間的引力，氣體的黏性主要取決于分子的熱運動。,,1）Μ的物理意義；Μ值的大小表征粘滯性的強弱。（DU/DY1,ΤΜ當流體靜止時，DU/DY0,則Τ0有時也用運動粘滯系數(shù)來Ν描述，即,關(guān)于粘滯系數(shù)Μ又稱動力粘度,動力粘性系數(shù),,CM2/S,水的運動粘度?通?？捎媒?jīng)驗公式計算,2）Μ的單位；國際單位制PASNS/M2；工程單位制（KGFS/M2）Ν的單位M2/S,3溫度對粘度的影響；液體的粘滯性隨溫度升高而減小，氣體的粘滯性隨溫度升高而增大；,,注意當溫度升高時，液體的粘度減小，氣體的粘度增加。見P6表11，表12,不同溫度下水的物理性質(zhì)表,,例11如圖12所示，汽缸內(nèi)壁的直徑D12CM，活塞的直徑D1196CM，活塞的長度L14CM，活塞往復運動的速度為1M/S，潤滑油液的Μ01PAS，試問作用在活塞上的粘滯力為多少,解,根據(jù)公式,,求接觸面積,作用在活塞上的粘滯力為,由已知參數(shù)求流速梯度,,習題,如圖所示，轉(zhuǎn)軸直徑036M，軸承長度1M，軸與軸承之間的縫隙＝02MM，其中充滿動力粘度＝072PAS的油，如果軸的轉(zhuǎn)速200R

簡介：西華大學教案首頁授課教師楊小林職稱副教授開課單位能源與動力工程學院課程名稱流體力學C課程代碼150407069必修□課程性質(zhì)選修√公共基礎(chǔ)課□學科基礎(chǔ)課√專業(yè)課□實踐性環(huán)節(jié)□其它選修□課程學時32課程學分2學時分配理論學時（32）實踐學時（0）優(yōu)選專業(yè)機械電子工程教學班機電151，機電152學年學期20172018學年第1學期授課方式講授考核方式考試√考查□教材名稱工程流體力學（第2版）作者趙琴，楊小林，嚴敬出版社及出版時間重慶大學出版社，2014指定參考書流體力學與流體機械流體力學作者趙琴劉鶴年出版社及出版時間中國水利水電出版社，2016中國建筑工業(yè)出版社，2004教案編寫時間2017年9月注表中□選項請“√”西華大學教案章節(jié)名稱第二次第二章水靜力學第一節(jié)作用與流體的外力第二節(jié)流體靜壓強特性第三節(jié)理想流體的運動微分方程及流體的平衡微分方程教學時數(shù)2授課方式講授教學目的及要求掌握作用在流體上的兩類力；掌握靜壓強的特性；了解理想流體的運動微分方程及流體的平衡微分方程的推導過程及表達式。教學重點與難點重點靜壓強特性；流體的平衡微分方程的表達式及物理意義。難點理想流體的運動微分方程及流體的平衡微分方程的推導。討論練習作業(yè)教學手段板書參考資料具體內(nèi)容1作用在流體上的兩類力表面力和質(zhì)量力2靜壓強的特性；3理想流體的運動微分方程的推導及表達式；4流體的平衡微分方程的推導及表達式。

簡介：主干回顧夯基固源,考點透析題組沖關(guān),課時規(guī)范訓練,第2節(jié)牛頓第二定律兩類動力學問題,正比,反比,相同,靜止,勻速直線運動,宏觀,低速,運動情況,受力情況,加速度,牛頓第二定律,米,千克,牛頓,米/秒,,,√,,√,√,√,

簡介：實驗一實驗一低碳鋼和鑄鐵拉伸時力學性能的測定低碳鋼和鑄鐵拉伸時力學性能的測定一、實驗目的一、實驗目的1觀察分析低碳鋼的拉伸過程，了解其力學性能；繪制拉伸曲線F△L，由此了解試樣在拉伸過程中變形隨載荷的變化規(guī)律以及有關(guān)物理現(xiàn)象；2測定低碳鋼材料在拉伸過程中的幾個力學性能指標、、、；SB3了解萬能材料試驗機的結(jié)構(gòu)原理，能正確獨立操作使用。二、實驗設(shè)備二、實驗設(shè)備1SHT5305拉伸試驗機。2XY記錄儀。3游標卡尺。三、拉伸試樣三、拉伸試樣4、實驗原理和方法實驗原理和方法首先將試件安裝于試驗機的夾頭內(nèi)，之后勻速緩慢加載，試樣依次經(jīng)過彈性、屈服、強化和頸縮四個階段，其中前三個階段是均勻變形的。1彈性階段是指拉伸圖上的OA段，沒有任何殘留變形。在彈性階段，存在一比例極限點A，對應的應力為比例極限，此部分載荷與變形是成比例，。PE2屈服階段對應拉伸圖上的BC段。金屬材料的屈服是宏觀塑性變形開始的一種標志，2實驗數(shù)據(jù)及處理結(jié)果七、思考題七、思考題1低碳鋼和灰鑄鐵在常溫靜載拉伸時的力學性能和破壞形式有何異同答、低碳鋼是塑性材料，在拉伸破壞時會有明顯的屈服、強化和頸縮階段，斷裂后有較大的塑性變形?；诣T鐵是脆性材料，沒有屈服、頸縮階段，斷裂變形很小。2測定材料的力學性能有何實用價值答、材料的力學性能反映了材料在外力作用下表現(xiàn)出的變形、破壞等方面的特性，是構(gòu)件進行強度和剛度設(shè)計的依據(jù)。3你認為產(chǎn)生試驗結(jié)果誤差的因素有哪些應如何避免或減小其影響答、產(chǎn)生試驗結(jié)果誤差的因素加載速率、夾頭的滑動、試樣尺寸測量誤差。減小影響的方法緩慢加載，夾頭夾緊，加預載荷，多測量幾次試樣的尺寸，取平均值。