《大学物理流体力学》PPT课件.ppt

大学大学物理物理流体力学流体力学经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用第一章第一章 流体力学流体力学“哈勃哈勃”抓拍到的气体湍流风暴抓拍到的气体湍流风暴 类似海洋中的怒潮，该图片实际显示的是炽热的氢气和其它少量如氧或硫类似海洋中的怒潮，该图片实际显示的是炽热的氢气和其它少量如氧或硫元素组成的泡沫海洋。图片由美国国家宇航局的元素组成的泡沫海洋。图片由美国国家宇航局的“哈勃哈勃”太空望远镜拍摄，表现太空望远镜拍摄，表现的恒星形成温床的恒星形成温床天鹅星云的一小块区域，该星云位于人马座方向，距地球约天鹅星云的一小块区域，该星云位于人马座方向，距地球约55005500光年。光年。1大学大学物理物理流体力学流体力学经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用流体流体:具有流动性的物体。液体和气体都是流体。由连续分布具有流动性的物体。液体和气体都是流体。由连续分布具有流动性的物体。液体和气体都是流体。由连续分布具有流动性的物体。液体和气体都是流体。由连续分布的流体质量元组成的。的流体质量元组成的。的流体质量元组成的。的流体质量元组成的。流体力学是力学的一个分支，它主要研究流体本身的流体力学是力学的一个分支，它主要研究流体本身的流体力学是力学的一个分支，它主要研究流体本身的流体力学是力学的一个分支，它主要研究流体本身的静止静止静止静止状态和状态和状态和状态和运动运动运动运动状态，以及流体和固体界壁间有相对运动时的相互状态，以及流体和固体界壁间有相对运动时的相互状态，以及流体和固体界壁间有相对运动时的相互状态，以及流体和固体界壁间有相对运动时的相互作用和流动的规律。作用和流动的规律。作用和流动的规律。作用和流动的规律。流体力学中研究得最多的流体是流体力学中研究得最多的流体是水水和和空气空气。它的主要基础。它的主要基础是是牛顿运动定律牛顿运动定律和和质量守恒定律质量守恒定律，常常还要用到热力学知识，常常还要用到热力学知识，有时还用到物理学、化学的基础知识。有时还用到物理学、化学的基础知识。第一节第一节 理想流体的流动理想流体的流动2大学大学物理物理流体力学流体力学经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用流体力学流体力学流体质量元流体质量元流体质量元流体质量元2.2.微观上看为无穷大，不必深入研微观上看为无穷大，不必深入研微观上看为无穷大，不必深入研微观上看为无穷大，不必深入研究流体分子的无规则热运动；究流体分子的无规则热运动；究流体分子的无规则热运动；究流体分子的无规则热运动；1.1.宏观上看为无穷小的一点，有确宏观上看为无穷小的一点，有确宏观上看为无穷小的一点，有确宏观上看为无穷小的一点，有确定的位置定的位置定的位置定的位置 、速度、速度、速度、速度 、密度、密度、密度、密度 和和和和压强压强压强压强 等；等；等；等；流体动力学流体动力学（用（用p、v、h、等物理量描述）等物理量描述）流体静力学流体静力学（用（用p、F浮浮、等物理量描述）等物理量描述）3大学大学物理物理流体力学流体力学经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用一一 理想流体的定常流动理想流体的定常流动理想流体理想流体:绝对不可压缩、完全没有黏滞性的流体绝对不可压缩、完全没有黏滞性的流体1 1、定常流动定常流动流体流经的空间称为流体流经的空间称为流体空间流体空间或或流场流场。定常流动定常流动：流体流经空间各点的速度不：流体流经空间各点的速度不 随时间变化。随时间变化。流体质量元在不同地点的速度可以各不相同。流体质量元在不同地点的速度可以各不相同。流体在空间各点的速度分布不变。流体在空间各点的速度分布不变。“定常流动定常流动”并不仅限于并不仅限于“理想流体理想流体”。流体受压缩程度极小，其密度变化可忽略时，可看作不可压缩流体。流体受压缩程度极小，其密度变化可忽略时，可看作不可压缩流体。流体在流动时，若能量损耗可忽略不计，可看作非黏滞流体。流体在流动时，若能量损耗可忽略不计，可看作非黏滞流体。4大学大学物理物理流体力学流体力学经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用2、流线、流线：分布在流场中的许多假想曲线，曲线上每一点的切：分布在流场中的许多假想曲线，曲线上每一点的切线方线方 向和流体质量元流经该点时的速度方向一致。向和流体质量元流经该点时的速度方向一致。流场中流线是连续分布的；流场中流线是连续分布的；空间每一点只有一个确定的流速方向，空间每一点只有一个确定的流速方向，所以流线不可相交。所以流线不可相交。流线密处，表示流速大，反之则稀。流线密处，表示流速大，反之则稀。3、流管、流管：由一组流线围成的管状区域称为流：由一组流线围成的管状区域称为流管。管。流管内流体的质量是守恒的。流管内流体的质量是守恒的。通常所取的通常所取的“流管流管”都是都是“细流管细流管”。当细流管截面积当细流管截面积 ，就称为流线。，就称为流线。流流速速大大一一 理想流体的定常流动理想流体的定常流动5大学大学物理物理流体力学流体力学经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用 两截面处的流速分别为两截面处的流速分别为 和和 ，取一细流管，任取两个截面取一细流管，任取两个截面 和和 ，4 4、连续性原理性原理 描述了描述了不可压缩的流体不可压缩的流体任一流管中流体元在任一流管中流体元在不同截面处的不同截面处的流速流速 与与截面积截面积 的关系。的关系。经过时间经过时间 ，流入细流管的流体质量，流入细流管的流体质量同理，流出的质量同理，流出的质量流体质量守恒流体质量守恒，即，即或或或或（常量）（常量）（常量）（常量）上式称为上式称为连续性原理连续性原理或或连续性方程连续性方程，S1S2v1v2t一一 理想流体的定常流动理想流体的定常流动6大学大学物理物理流体力学流体力学经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用定义定义 称为称为体积流量体积流量。是对细流管而言的。物理上的是对细流管而言的。物理上的“细细”，指的是截面上各处速度一样，不论多大，均可看，指的是截面上各处速度一样，不论多大，均可看成成“细流管细流管”。不可压缩流体，通过流管各截面的流量都相等。截面不可压缩流体，通过流管各截面的流量都相等。截面积积 S 小处则速度大，截面积小处则速度大，截面积 S 大处则速度小大处则速度小例例求求解解一根粗细不均的长水管，其粗细处的截面积之比为一根粗细不均的长水管，其粗细处的截面积之比为4 1，已已知水管粗处水的流速为知水管粗处水的流速为2ms-1。水管狭细处水的流速水管狭细处水的流速v1v2S1S2由连续性原理知由连续性原理知得得一一 理想流体的定常流动理想流体的定常流动7大学大学物理物理流体力学流体力学经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用 伯努利方程给出了作伯努利方程给出了作定常流动定常流动的的理想流体理想流体中任意两点或中任意两点或截面上截面上 、及地势高度及地势高度 之间的关系。之间的关系。二二 伯努利方程及其应用伯努利方程及其应用1 1、伯努利方程的推导伯努利方程的推导如图，取一细流管，经过短暂时间如图，取一细流管，经过短暂时间 t，截，截面面 S1 从位置从位置 a 移到移到 b，截面，截面 S2 从位置从位置c 移到移到d，流过两截面的体积分别为流过两截面的体积分别为由连续性原理得由连续性原理得在在b到到一段中运动状态未变，流体经过一段中运动状态未变，流体经过t 时间动能变化量：时间动能变化量：S1aS2cbdttv1v29大学大学物理物理流体力学流体力学经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用流体经过流体经过流体经过流体经过t t 时间势能变化量：时间势能变化量：时间势能变化量：时间势能变化量：t t 时间内外力对该段流体做功：时间内外力对该段流体做功：时间内外力对该段流体做功：时间内外力对该段流体做功：由功能原理由功能原理：或或即即上式即为上式即为伯努利方程伯努利方程的数学表达式。的数学表达式。S1S2tP1P2h1h2二二 伯努利方程及其应用伯努利方程及其应用10大学大学物理物理流体力学流体力学经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用2 2、伯努利方程的意义、伯努利方程的意义（1 1 1 1）伯努利方程的实质是能量守恒在流体力学中的）伯努利方程的实质是能量守恒在流体力学中的）伯努利方程的实质是能量守恒在流体力学中的）伯努利方程的实质是能量守恒在流体力学中的应用应用应用应用（2 2）各量为国际单位。适用于理想流体的定常流动。）各量为国际单位。适用于理想流体的定常流动。）各量为国际单位。适用于理想流体的定常流动。）各量为国际单位。适用于理想流体的定常流动。（3 3）P P、h h、v v 均为可测量，他们是对同一流管而言的。均为可测量，他们是对同一流管而言的。均为可测量，他们是对同一流管而言的。均为可测量，他们是对同一流管而言的。（4 4）它它它它是是是是流流流流体体体体力力力力学学学学中中中中的的的的基基基基本本本本关关关关系系系系式式式式，反反反反映映映映各各各各截截截截面面面面处处处处，P P、h h、v v之间的关系。之间的关系。之间的关系。之间的关系。二二 伯努利方程及其应用伯努利方程及其应用11大学大学物理物理流体力学流体力学经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用(1)(1)工程上常用的伯努利方程工程上常用的伯努利方程:h h 位置水头位置水头推论：推论：同一水平流管中，任一截面处，压强相等则流同一水平流管中，任一截面处，压强相等则流速必相等；流速大处则压强小；流速小处则压强大速必相等；流速大处则压强小；流速小处则压强大.(2)(2)水平流管中的伯努利方程水平流管中的伯努利方程压力水头压力水头 速度水头速度水头3 3、讨论、讨论（3 3）静止流体）静止流体二二 伯努利方程及其应用伯努利方程及其应用1912年秋天，当时世界上最大的远洋轮船年秋天，当时世界上最大的远洋轮船“奥林匹克奥林匹克”号出事。号出事。等火车要站在黄线以外。等火车要站在黄线以外。12大学大学物理物理流体力学流体力学经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用如图所示，且如图所示，且SBSA，以，以 A、B 两点为参两点为参考点，考点，由由由由选取选取hB处为参考点，其处为参考点，其 hB=0,hA=h1.小孔流速小孔流速由伯努利方程：由伯努利方程：可知，可知，因因PA=P 0 P B=P 0 所以所以 即流体从小孔流出的速度与流体质量元由液面处即流体从小孔流出的速度与流体质量元由液面处自由下落到小孔处的流速大小相等。自由下落到小孔处的流速大小相等。SASB-托里拆利公式托里拆利公式二二 伯努利方程及其应用伯努利方程及其应用13大学大学物理物理流体力学流体力学经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用左图是利用左图是利用虹吸管虹吸管从水库引水的示意图。从水库引水的示意图。虹吸管粗细均匀，选取虹吸管粗细均匀，选取 A、C 作为参考点。作为参考点。2.虹吸管虹吸管水库表面远大于虹吸管截面，由连续性原理水库表面远大于虹吸管截面，由连续性原理可知可知 ，所以此例，所以此例实质为小孔流速问题实质为小孔流速问题如果如果hAhC0 ，管内流速没有意义。如果管口比水，管内流速没有意义。如果管口比水库面高，在没有外界帮助下这种定常流动是不可能实库面高，在没有外界帮助下这种定常流动是不可能实现的。现的。ACBhAhBhc二二 伯努利方程及其应用伯努利方程及其应用14大学大学物理物理流体力学流体力学经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用较适合于测定气体的流速。较适合于测定气体的流速。由伯努利方程由伯努利方程从从U形管中左右两边液面高度差可知形管中左右两边液面高度差可知为为 U 形管中液体密度，形管中液体密度，为流体密度。为流体密度。3.比多管比多管 由上两式得由上两式得常用如图示形式的比多管测液体的流速常用如图示形式的比多管测液体的流速hhABAB二二 伯努利方程及其应用伯努利方程及其应用15大学大学物理物理流体力学流体力学经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用（测量管道中液体体积流量）（测量管道中液体体积流量）如左图所示。当理想流体在管道如左图所示。当理想流体在管道中作定常流动时，由伯努利方程中作定常流动时，由伯努利方程4.4.范丘里流量计范丘里流量计 由连续性原理由连续性原理又又 管道中的流速管道中的流速h hS SA AS SB B二二 伯努利方程及其应用伯努利方程及其应用17大学大学物理物理流体力学流体力学经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用二二 伯努利方程及其应用伯努利方程及其应用18大学大学物理物理流体力学流体力学经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用【例题【例题1-2】如图，注射器活塞的面积为如图，注射器活塞的面积为S1，针头出，针头出口处截面积为口处截面积为S2(S1S2)，活塞的行程为，活塞的行程为L，施于活，施于活塞上的力为塞上的力为F设注射器水平放置，活塞匀速向前推设注射器水平放置，活塞匀速向前推进，求从注射器中喷出的水流速度和喷射的时间进，求从注射器中喷出的水流速度和喷射的时间.Fp1S1p2S2L例例1-2 1-2 注射器示意图注射器示意图三三 举例举例19大学大学物理物理流体力学流体力学经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用解：设针管为细流管，解：设针管为细流管，在在S1、S2两截面处应用两截面处应用伯努利方程伯努利方程三三 举例举例20大学大学物理物理流体力学流体力学经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用结论：结论：由此可见，推力由此可见，推力F越大，液体从针口喷越大，液体从针口喷射出的速度也越大，而喷射时间就越短射出的速度也越大，而喷射时间就越短设喷射时间为设喷射时间为t，则，则由于由于S1S2,故故三三 举例举例21大学大学物理物理流体力学流体力学经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用选择题选择题如图为某虹吸管示意图，如图为某虹吸管示意图，虹吸管的管径均匀，虹吸管的管径均匀，A为水面上一点，为水面上一点，B、C为管内两点，为管内两点，A、B、C三点等高三点等高,管内水正在流动，三点管内水正在流动，三点压强关系为压强关系为:()B三三 举例举例22大学大学物理物理流体力学流体力学经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用第二节第二节 黏滞流体的运动规律黏滞流体的运动规律 所有流体在流动时具有所有流体在流动时具有所有流体在流动时具有所有流体在流动时具有黏滞性黏滞性，因此会有能量的损，因此会有能量的损，因此会有能量的损，因此会有能量的损耗。当能量损耗必须计时，将其作黏滞流体处理。耗。当能量损耗必须计时，将其作黏滞流体处理。耗。当能量损耗必须计时，将其作黏滞流体处理。耗。当能量损耗必须计时，将其作黏滞流体处理。层流：层流：当流体流速较小时，保当流体流速较小时，保当流体流速较小时，保当流体流速较小时，保持分层流动，各流层之间只作持分层流动，各流层之间只作持分层流动，各流层之间只作持分层流动，各流层之间只作相对滑动，彼此不相混合。流相对滑动，彼此不相混合。流相对滑动，彼此不相混合。流相对滑动，彼此不相混合。流体的这种运动称为体的这种运动称为体的这种运动称为体的这种运动称为层流层流。湍流湍流：当黏滞流体流速较大时，容易产生径向流动：当黏滞流体流速较大时，容易产生径向流动：当黏滞流体流速较大时，容易产生径向流动：当黏滞流体流速较大时，容易产生径向流动（垂直于管轴方向的速度分量），各流层相互掺合，（垂直于管轴方向的速度分量），各流层相互掺合，（垂直于管轴方向的速度分量），各流层相互掺合，（垂直于管轴方向的速度分量），各流层相互掺合，整个流体作无规则运动，称为整个流体作无规则运动，称为整个流体作无规则运动，称为整个流体作无规则运动，称为湍流湍流。27大学大学物理物理流体力学流体力学经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用在流动的黏滞流体中，如果相邻的流体质量元速度不同，在流动的黏滞流体中，如果相邻的流体质量元速度不同，在流动的黏滞流体中，如果相邻的流体质量元速度不同，在流动的黏滞流体中，如果相邻的流体质量元速度不同，它们之间存在着阻碍它们相对运动的力，称为它们之间存在着阻碍它们相对运动的力，称为它们之间存在着阻碍它们相对运动的力，称为它们之间存在着阻碍它们相对运动的力，称为黏滞黏滞黏滞黏滞阻阻阻阻力力力力。16871687年，牛顿发现作层流的黏滞年，牛顿发现作层流的黏滞年，牛顿发现作层流的黏滞年，牛顿发现作层流的黏滞流体中，流层间的黏滞阻力流体中，流层间的黏滞阻力流体中，流层间的黏滞阻力流体中，流层间的黏滞阻力这种黏滞流体称为这种黏滞流体称为这种黏滞流体称为这种黏滞流体称为牛顿流体牛顿流体牛顿流体牛顿流体。其中比例系数其中比例系数其中比例系数其中比例系数 称为称为称为称为黏滞系数黏滞系数黏滞系数黏滞系数，在，在，在，在ISIS制中单位为制中单位为制中单位为制中单位为P Pa a s s ；与流体的属性、温度有关。与流体的属性、温度有关。与流体的属性、温度有关。与流体的属性、温度有关。一般液体的一般液体的一般液体的一般液体的 随随随随 的升高而减小，气体的的升高而减小，气体的的升高而减小，气体的的升高而减小，气体的 随随随随 的的的的升高而增大。升高而增大。升高而增大。升高而增大。xyv+dvvssffdy一一 牛顿黏滞定律牛顿黏滞定律 的物理意义的物理意义28大学大学物理物理流体力学流体力学经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用流体作湍流时，阻力大流量小，流体作湍流时，阻力大流量小，流体是作层流还是作湍流与一个无量纲的流体是作层流还是作湍流与一个无量纲的流体是作层流还是作湍流与一个无量纲的流体是作层流还是作湍流与一个无量纲的数数数数 的大小有关，的大小有关，的大小有关，的大小有关，其其 称为称为称为称为雷诺数。雷诺数。雷诺数。雷诺数。在管道中流动的流体，只要雷诺数相同，它们的流动状态就比较类似。在管道中流动的流体，只要雷诺数相同，它们的流动状态就比较类似。在管道中流动的流体，只要雷诺数相同，它们的流动状态就比较类似。在管道中流动的流体，只要雷诺数相同，它们的流动状态就比较类似。流体的流动状态由雷诺数决定。流体由流体的流动状态由雷诺数决定。流体由层流向湍流过渡的雷诺数，叫做临界雷诺数。层流向湍流过渡的雷诺数，叫做临界雷诺数。对于圆形管道对于圆形管道一一 牛顿黏滞定律牛顿黏滞定律 29大学大学物理物理流体力学流体力学经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用人体大动脉的直径为人体大动脉的直径为 2.010-2m，血液的密度为，血液的密度为103kgm-3、黏滞系数为黏滞系数为3.510-3Pas，其平均流速为其平均流速为4510-2ms-1（大动脉（大动脉的临界雷诺数的临界雷诺数 Re 为为110850）血液的雷诺数。血液的雷诺数。例例求求解解由由得人体大动脉血管内的血流为湍流。人体大动脉血管内的血流为湍流。正常情况下，除心瓣膜附近正常情况下，除心瓣膜附近外，循环系统的其他部位不会有湍流。层流是平静的，没有音外，循环系统的其他部位不会有湍流。层流是平静的，没有音响的。湍流有涡旋和震动，出现噪音。因此，在循环中听到异响的。湍流有涡旋和震动，出现噪音。因此，在循环中听到异常的噪音就应注意是什么原因引起的。常的噪音就应注意是什么原因引起的。简单来说，人体血流动力学的改变，说明身体内部由于疾简单来说，人体血流动力学的改变，说明身体内部由于疾病的产生和存在，因此出现了问题病的产生和存在，因此出现了问题 二二 湍流湍流 雷诺数雷诺数30大学大学物理物理流体力学流体力学经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用三三 黏滞流体的伯努利方程黏滞流体的伯努利方程 牛顿流体除了外压力和重力做功外，还有牛顿流体除了外压力和重力做功外，还有牛顿流体除了外压力和重力做功外，还有牛顿流体除了外压力和重力做功外，还有黏滞力做功黏滞力做功黏滞力做功黏滞力做功。假设单位体积流体流过细流管黏滞力做功为假设单位体积流体流过细流管黏滞力做功为假设单位体积流体流过细流管黏滞力做功为假设单位体积流体流过细流管黏滞力做功为 ，则伯，则伯，则伯，则伯努利方程为努利方程为努利方程为努利方程为得得得得牛顿流体在牛顿流体在牛顿流体在牛顿流体在粗细均匀的水平管道粗细均匀的水平管道粗细均匀的水平管道粗细均匀的水平管道中作定常流动：中作定常流动：中作定常流动：中作定常流动：因为因为因为因为必须使管道左右两端保持足够的压强差才能维持牛顿流体的定必须使管道左右两端保持足够的压强差才能维持牛顿流体的定必须使管道左右两端保持足够的压强差才能维持牛顿流体的定必须使管道左右两端保持足够的压强差才能维持牛顿流体的定常流动常流动常流动常流动牛顿流体在牛顿流体在牛顿流体在牛顿流体在横截面积相同的敞口渠道横截面积相同的敞口渠道横截面积相同的敞口渠道横截面积相同的敞口渠道中作定常流动：中作定常流动：中作定常流动：中作定常流动：得得得得因为因为因为因为必须使渠道有足够的高度差才能维持牛顿流体的定常流动必须使渠道有足够的高度差才能维持牛顿流体的定常流动必须使渠道有足够的高度差才能维持牛顿流体的定常流动必须使渠道有足够的高度差才能维持牛顿流体的定常流动31大学大学物理物理流体力学流体力学经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用1 1、公式推导、公式推导推导思路：由于每层的流速不同，所以要先求出速推导思路：由于每层的流速不同，所以要先求出速度随半径的变化规律，再由式度随半径的变化规律，再由式 求流量。求流量。1 1）求求v 取体积元如图，受力分析：取体积元如图，受力分析：四四 泊肃叶公式泊肃叶公式32大学大学物理物理流体力学流体力学经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用流体作稳定层流，所受合外力为零流体作稳定层流，所受合外力为零四四 泊肃叶公式泊肃叶公式33大学大学物理物理流体力学流体力学经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用2）求）求 Q 取面积元如图，则取面积元如图，则 若令若令 ，则，则 ，Z称流阻，称流阻，该式称达西定理该式称达西定理。四四 泊肃叶公式泊肃叶公式34大学大学物理物理流体力学流体力学经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用Q 与与 成反比；成反比；Q 与与 （单位长度上的压强差）成正比；（单位长度上的压强差）成正比；Q 与与R 4 4成正比，成正比，R对对Q 的影响非常大；的影响非常大；3 3）讨论讨论四四 泊肃叶公式泊肃叶公式35大学大学物理物理流体力学流体力学经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用牛顿流体中作低速运动的小球所受阻力的大小：牛顿流体中作低速运动的小球所受阻力的大小：牛顿流体中作低速运动的小球所受阻力的大小：牛顿流体中作低速运动的小球所受阻力的大小：式中式中式中式中 为牛顿流体的黏滞系数，为牛顿流体的黏滞系数，为牛顿流体的黏滞系数，为牛顿流体的黏滞系数，为小球为小球为小球为小球半径，半径，半径，半径，为小球相对于流体的速度。为小球相对于流体的速度。为小球相对于流体的速度。为小球相对于流体的速度。五五 斯托克斯公式斯托克斯公式测定流体的粘滞系数测定流体的粘滞系数三力平衡时有三力平衡时有三力平衡时有三力平衡时有收尾速度收尾速度收尾速度收尾速度黏滞系数黏滞系数黏滞系数黏滞系数36大学大学物理物理流体力学流体力学经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用第五节第五节 流体力学原理的应用流体力学原理的应用 结论：结论：当当 p p2 2 p p0 0 时，使药液沿竖管进入时，使药液沿竖管进入 S S2 2面处，此处的高速气流将其吹成雾滴面处，此处的高速气流将其吹成雾滴.喷雾器原理如图所示喷雾器原理如图所示,打气筒中打气筒中气流视为理想流体，根据理想流气流视为理想流体，根据理想流体的伯努利方程和连续性原理有体的伯努利方程和连续性原理有 一、喷雾原理一、喷雾原理 37大学大学物理物理流体力学流体力学经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用二、水流抽气机原理二、水流抽气机原理 如图所示如图所示,当当水流流速达到一定值水流流速达到一定值时时,窄口处压强下降窄口处压强下降到一定值到一定值,将被抽的将被抽的容器中的空气吸入容器中的空气吸入,空气由水流带走空气由水流带走.这这样与抽气机连接的容样与抽气机连接的容器中的气压可达器中的气压可达0.10.1个个大气压大气压.O OA AB B38大学大学物理物理流体力学流体力学经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用三、沉降分离与离心分离三、沉降分离与离心分离（生物学中称为沉积速度）（生物学中称为沉积速度）利用在重力作用下沉降使物质分离的方法称为利用在重力作用下沉降使物质分离的方法称为沉降分离沉降分离.由收尾速度公式可知由收尾速度公式可知 1.沉降分离沉降分离(1)时，不能分离；时，不能分离；(2)时，颗粒上浮；时，颗粒上浮；(3)时，颗粒沉降时，颗粒沉降.当当一定时，一定时，只与只与 r 有关，有关，r 越小越小越小，当颗粒很小时，因扩散作用而使沉降很困难越小，当颗粒很小时，因扩散作用而使沉降很困难.39大学大学物理物理流体力学流体力学经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用 通过高速离心使物质沉降分离的方法称为离心通过高速离心使物质沉降分离的方法称为离心分离分离.2.离心分离离心分离当离心机高速旋转时，离心加速度远大于重当离心机高速旋转时，离心加速度远大于重力加速度，故可以克服扩散的影响，使微小力加速度，故可以克服扩散的影响，使微小颗粒沉降颗粒沉降.粒粒子子x三、沉降分离与离心分离三、沉降分离与离心分离40大学大学物理物理流体力学流体力学经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用举例：如超速举例：如超速离心机转速离心机转速转转/分，颗粒至转分，颗粒至转轴中心距离为轴中心距离为则离心加速度与重力加速则离心加速度与重力加速度之比度之比(分离因数分离因数)为为重力的作用可以忽略重力的作用可以忽略 2.离心分离离心分离三、沉降分离与离心分离三、沉降分离与离心分离41大学大学物理物理流体力学流体力学经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用沉降系数沉降系数S S表示单位离心加速度引起的沉降速度表示单位离心加速度引起的沉降速度.是描述颗粒沉降性的物理量是描述颗粒沉降性的物理量.3.沉降系数沉降系数S 在离心沉降中重力加速度可忽略不计，则沉降速度在离心沉降中重力加速度可忽略不计，则沉降速度当当S0时时,颗粒向轴心方向移动颗粒向轴心方向移动,S称上浮系数称上浮系数;S的单位为斯维德伯格的单位为斯维德伯格1 S=10-13 s.三、沉降分离与离心分离三、沉降分离与离心分离42大学大学物理物理流体力学流体力学经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用思考题大学物理思考题大学物理1-1，1-5，1-6练习题大学物理练习题大学物理1-3，1-5，1-11，1-12，1-13，1-15，1-17作业题大学物理学习指导第作业题大学物理学习指导第63页：三、四、页：三、四、六六作业作业43