流体力学讲义——上海交通大学

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1、第二章流体力学基础2.1基本概念2.2流体静力学的基本方程2.3流体运动的连续性方程和能量方程2.4流体的伯努利方程2.5层流和紊流2.6管内流动的沿程损失和局部损失2.7压水反应堆蒸汽发生器一次侧的压降12-1基本概念气体液体流体比固体更易变形与压缩流体只能承受压力，几乎不能承受拉力2.1.2连续介质假设连续介质假设流体力学研究流体的宏观特性，忽略流体的分子构成，把它看作一种连续性的介质，认为其中没有任何间隙。由连续介质假设出发，流体运动中的压力、流动速度等都可视为连续变量。2.1.1流体的一般

2、特性1mm3水中有3.34×1020个分子，平均经过10-11s，分子就会从一个平衡位置转向另一平衡位置，而在一般工程问题中描述流体运动的空间尺度精确到0.01mm就满足精度要求。22.1.3流体的压缩性和膨胀性1、体积压缩系数温度不变的情况下，单位压力增加所引起的体积变化率单位Pa-1弹性系数或弹性模数单位Pa液体的压缩性系数很小（弹性系数很大）。因此，液体的压缩性一般可以忽略不计。2、体积膨胀系数t单位温升所引起的流体体积变化率单位K-132.1.4流体的粘性★流体与固体壁面相接触，会粘附于

3、固壁表面。●流体粘性的表现：★相邻两层流体作相对运动时也会产生摩擦阻力。流体内摩擦力的大小与速度U成正比，与接触面积A成正比，与两板间距离h成反比：动力粘性系数简称粘性系数或粘度，N·s/m2或Pa·s●动力粘性系数和运动粘性系数4液体的粘性主要取决于分子引力，温度升高，分子距离增大，引力减小，因而粘性系数下降。而气体粘性主要取决于分子运动时的动量交换，温度升高，分子运动加剧。动量交换更快，因而粘性系数增大。●理想流体实际流体都具有粘性，称为粘性流体或实际流体。为了简化，假想一种没有粘性的流体——

4、理想流体。先按理想流体处理，然后再考虑粘性影响加以修正，以解决工程实际问题。运动粘性系数：——与流体密度之比值单位：m2/s。有时也用cm2/s，称为斯。▲液体的粘性系数随温度升高而降低;▲气体的粘性系数随温度升高而增大。动力粘性系数的大小与流体的种类、温度以及压力有关。但压力的影响很小，一般只考虑温度的影响。52.1.4作用在流体上的力▲质量力●质量力作用于流体的每个质点上，大小与质量成正比。●对于均质流体，与流体的体积成正比，也称为体积力。常见的质量力重力：单位质量力等于重力加速度g，

5、方向垂直向下；惯性力等。▲表面力作用在所取分离体的表面上的表面力，其大小与作用面面积成比例。切向力单位面积的法向力—压应力或压力，p；单位面积的切向力—切应力或摩擦应力，。表面力法向力N/m262-2流体静力学的基本方程流体静力学研究流体在静止状态下的力学规律。●流体不能承受拉力；●静止时不存在切向应力，静止流体中的应力垂直于作用面，这种法向应力称为压力（或压强）●静止流体中的任意一给定点上，静压力不论来自何方向，其值均相等。2.2.1静止流体中的应力特征72.2.2流体的平衡微分方程作用在微团

6、上的所有的力应该平衡，因此诸力在各轴上投影的代数和应该等于零。静止流体的平衡微分方程式又称欧拉平衡方程式方向上的单位质量力xyz压力差方程代入压力微分方程82.2.3流体静力学基本方程假设：质量力仅为重力；流体均质不可压缩（=常数）1.流体静力学基本方程单位质量流体的压力势能。与一段液柱高度相当，又称之为压力高度或压力水头。流体静力学基本方程单位质量流体的位势能；是相对于基准面的高度，又称位置高度或位置水头位势能与压力势能之和称为总势能；位置水头与压力水头之和称为静水头92.流体静力学基本方程物

7、理意义：当均质不可压缩流体在重力场中处于静止时，在流体中的任意点上，单位重量流体的总势能是常数。也可叙述为：任意点的静水头均相等。流体静力学基本方程用于液面上一点与液体内淹深为h的任意一点静止液体中，任意一点的压力等于液面压力加上高度为h的液柱所产生的压力。液面上的压力变化，液体内其余点的压力也会随之变化同样的数值。--压力传递的帕斯卡原理。3.帕斯卡原理10流体是由无限多个质点所组成的连续介质，流体流动由充满整个流动空间的无限多个流体质点的运动所构成。流场：充满运动着的流体空间称为流场。2-3流

8、体运动的连续性方程和能量方程2.3.1欧拉法欧拉法——通过研究空间固定点上运动流体各运动参数随时间的变化规律，以及相邻空间点之间这些参数的变化规律来研究整个流场中流体的运动。——把整个流场作为无限多个空间点的总和来考虑。速度、密度、压力等参数都是空间点坐标与时间的函数：流体运动分类：以时间为标准：定常流动非定常流动。以空间为标准：一元流动、二元流动、三元流动112.3.2迹线、流线迹线——流体质点在空间运动的轨迹线。流线——各点的速度矢量与之相切的有向曲线。●定常流动中，流线