流体力学基础3-作用在流体上的作用力.ppt

1第一章第一章 流体力学基础流体力学基础作用在流体上的力作用在流体上的力西安建筑科技大学粉体工程研究所西安建筑科技大学粉体工程研究所李李 辉辉 1.2.6 作用在流体上的力作用在流体上的力质量力质量力表面力表面力流体中的应力张量场流体中的应力张量场静止流体中的应力状态静止流体中的应力状态应力张量与应变率张量之间的关系应力张量与应变率张量之间的关系3体体积积微元的微元的质质量量为为 ，作用在其上的，作用在其上的质质量力量力为为 EXIT质量力质量力 VV 流体的密度流体的密度为为 M点上单位质量流体所受到的质量力点上单位质量流体所受到的质量力 作用在体积微元作用在体积微元dV上的质量力上的质量力 作用在体积作用在体积V上的质量力上的质量力 4表面力表面力作用在作用在单单位平面面位平面面积积元上的短程力。元上的短程力。EXIT表面力表面力 作用在表面作用在表面S上的表面力上的表面力短程力短程力通过接触面通过接触面作用作用压力压力粘性切应力粘性切应力与表面面积和与表面面积和方位有关方位有关M点上的应力（以点上的应力（以 为法向的单位面积外为法向的单位面积外侧流体对内侧流体作用的表面力侧流体对内侧流体作用的表面力）5EXIT说明：说明：不不仅仅是是表表面面点点M M（x,x,y,y,z z）和和时时间间 的的函函数数，还还与与作作用用面面的的方方向向有有关关。作作用用面面的的方方向向不不同同，也也就就不不同。同。的的方方向向与与法法向向 并并不不一一致致，而而是是沿沿法法向向有有法法向向分量分量 沿切向有切向分量沿切向有切向分量 。6EXIT流体中的应力张量场流体中的应力张量场 ABC的法向的法向单单位矢量位矢量h 一阶无穷小，一阶无穷小，为二阶无穷小，为二阶无穷小，为三阶无穷小为三阶无穷小 7EXIT与与V 成正比，三成正比，三阶阶无无穷穷小量小量 MABC的受力：的受力：质量力质量力 MBC的表面力：的表面力：表面力表面力与与四四面面体体的的表表面面积积成成正正比比，二二阶阶无无穷穷小量小量忽略忽略三三阶阶无无穷穷小量小量 MCA的表面力：的表面力：MAB的表面力：的表面力：ABC的表面力：的表面力：8EXITMABC的受力：的受力：9EXITMABC的受力：的受力：应力作用面应力作用面法线方向法线方向应力的投影应力的投影方向方向二阶张量的对称性二阶张量的对称性10一点的表面一点的表面应力应力用过该点三个坐标用过该点三个坐标面上三组表面力分面上三组表面力分量唯一确定量唯一确定应力状态应力状态与作用力的大小、方向、作用面方位有关与作用力的大小、方向、作用面方位有关应力矩阵应力矩阵上的应力分量为上的应力分量为上的应力分量为上的应力分量为上的应力分量为上的应力分量为11静止流体的应力状态静止流体的应力状态结论：静止流体中任意点的流体静压力的大小与其作用面的方结论：静止流体中任意点的流体静压力的大小与其作用面的方位无关，即同一点上各个方向的流体静压力都相等。位无关，即同一点上各个方向的流体静压力都相等。静止流体中一点的应力状态只用一个标量静压强静止流体中一点的应力状态只用一个标量静压强p p表示表示.只有法向应力只有法向应力静止流体中的应力状态静止流体中的应力状态无切应力无切应力12应力张量与应变率张量之间的关系应力张量与应变率张量之间的关系切向应切向应力与力与应变应变率之率之间间的关系的关系13法向应力法向应力与与应变应变率之率之间间的关系的关系法向应力法向应力静压力静压力粘性应力粘性应力压缩应力压缩应力体积形变体积形变法线方向的拉法线方向的拉伸或压缩应力伸或压缩应力线性形变线性形变对于静止流体和对于静止流体和不考虑粘性的理想流体不考虑粘性的理想流体 或或 14EXIT小结小结质量力质量力表面力表面力流体中的应力张量场流体中的应力张量场静止流体中的应力状态静止流体中的应力状态应力张量与应变率张量之间的关系应力张量与应变率张量之间的关系