【正文】 Force/Cohesion）和 分子的動(dòng)量交換 (momentum transfer)所引起的。 液體的分子間距較小 ， 吸引力影響較大 ， 隨著溫度的升高 ， 吸 引力減小 ， 使切應(yīng)力亦隨之而減小 。 167。s (N ??? ? 水的運(yùn)動(dòng)粘度 ?通?？捎媒?jīng)驗(yàn)公式計(jì)算： 20 0 0 2 2 3 3 0 1 7 7 tt ????(cm2/s) 牛頓平板實(shí)驗(yàn) —— 流體 (牛頓 )內(nèi)摩擦定律 167。 注意：固體的切應(yīng)力與 角變形的大小 成正比 。 （ 2） 非牛頓流體 (nonNewtonian fluid) ：凡不符 合 牛頓內(nèi)摩擦定律 的流體 。 1— 2 連續(xù)介質(zhì)假設(shè) 通過(guò)實(shí)驗(yàn)可知，當(dāng)外筒一一定速度旋轉(zhuǎn)時(shí)，轉(zhuǎn)動(dòng)力矩通過(guò)液體內(nèi)部傳遞到內(nèi)筒，使扭絲旋轉(zhuǎn)一定的角度，達(dá)到平衡。試求液體粘度的計(jì)算式。 1— 2 連續(xù)介質(zhì)假設(shè) 解： ∵ 等速 ∴ as=0 由牛頓定律： ∑Fs=mas=0 mgsin?－ τm。流體的主要物理性質(zhì) （ 二 ） 熱傳導(dǎo) (conductive heat transfer) 流體中的傳熱現(xiàn)象 （ 1）熱傳導(dǎo)：由于流體的分子熱運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生的傳熱稱(chēng)熱傳導(dǎo)； （ 2）熱輻射：由于流體電磁波輻射而產(chǎn)生的傳熱成熱輻射； 熱傳導(dǎo)，熱輻射在靜 止或運(yùn)動(dòng)流體中都存在。 167。 分子擴(kuò)散類(lèi)型 —— 自擴(kuò)散，互擴(kuò)散 （ 1） 單相流體或單相體 (single phase)：指流體中沒(méi)有其他物質(zhì)成分的單組分流體 。 167。 dydDqS??? 式中： qs 為單位時(shí)間通過(guò)單位面積傳遞的質(zhì)量； D 為自擴(kuò)散系數(shù) (diffusion cocefficient)， 具有 L2/T 的量綱 。流體的主要物理性質(zhì) 五、表面張力特性 l?? ?F表面張力 （ Surface Tension） 在液體自由表面的分子作用半徑范圍內(nèi) ， 由于分子引力（ 內(nèi)聚力 ） 大于斥力 ， 在表層沿表面方向產(chǎn)生張力 。 1— 2 連續(xù)介質(zhì)假設(shè) 表面張力 （ Surface Tension） pi po 式中： pi 為作用于凹面的壓強(qiáng)值； po 為作用于凸面的壓強(qiáng)值； R1， R2分別為曲面的主曲率半徑 。 毛細(xì)管現(xiàn)象由液體分子間的吸引力 (稱(chēng)為內(nèi)聚力 )和液體與固體分子間的吸引力 (稱(chēng)為附著力 )及重力之間的相互作用產(chǎn)生的 。 當(dāng) θ = 0176。 ； 水銀與潔凈玻璃的接觸角為 θ = 138176。流體的主要物理性質(zhì) （ 2）毛細(xì)上升高度計(jì)算 由表面張力的鉛垂分量和上升液柱重量相等 ， 即平衡可得： gdh ??? c o s4? 水在玻璃毛細(xì)管內(nèi) ?=0176。 167。 飽和蒸氣壓強(qiáng)或汽化壓強(qiáng)（ Evaporation Pressure） 在封閉容器中的液體 ， 汽化與凝結(jié)同時(shí)存在 ， 當(dāng)這兩個(gè)過(guò)程達(dá)到動(dòng)平衡時(shí) ，即單位時(shí)間內(nèi)汽化的分子數(shù)等于凝結(jié)的分子數(shù)時(shí) ， 宏觀的汽化現(xiàn)象亦即停止 。流體的主要物理性質(zhì) 空穴（化） （ Cavitation） 和氣蝕 在液體內(nèi) ， 由于流體運(yùn)動(dòng)中壓強(qiáng)降低所引起的液體汽化現(xiàn)象 ， 稱(chēng)為 空穴 （ 化 ） 。流體的主要物理性質(zhì) 思考題 為什么水通常被視為不可壓縮流體？ 自來(lái)水水龍頭突然開(kāi)啟或關(guān)閉時(shí)，水是否為不可壓縮流體？為什么？ 含有氣泡的液體是否適用連續(xù)介質(zhì)模型？ 地下砂、土中水的滲流是否適用連續(xù)介質(zhì)模型？ 理想流體有無(wú)能量損失？為什么？ 流體的切應(yīng)力與 有關(guān)，而固體的切應(yīng)力與 有關(guān)。 1— 2 連續(xù)介質(zhì)假設(shè) 按作用方式分 質(zhì)量力和面積力。在均質(zhì)液體中，質(zhì)量力又與液體體積成正比，故又稱(chēng)體積力 (body force)。 慣性力 (inertial force)， 是流體作加速度運(yùn)動(dòng) ， 根據(jù)達(dá)朗伯原理虛加于流體質(zhì)點(diǎn)上的作用力 。 ,mFfmFfmFf zzyyxx ??? 、 按右手旋轉(zhuǎn)法則 ， 坐標(biāo)軸 z鉛重向上為正 ， 則在重力場(chǎng)中作用于單位質(zhì)量流體上的重力 ， 在各坐標(biāo)軸上的分量分別為 : gfff zyx ???? ,0,0kjikfjfiff MFMFMFzyxMF zyx ??????? ? ???????167。 AFp p? 根據(jù)連續(xù)介質(zhì)假設(shè) ， 引入點(diǎn)應(yīng)力的概念 。 1— 3 作用在流體上的力 167。若在實(shí)踐中存在問(wèn)題，還需修改、補(bǔ)充，直到比較接近客觀實(shí)際，滿(mǎn)足工程實(shí)際所需。 這一方法是理論分析方法中最基本、最常用的，本書(shū)亦主要介紹這種分析方法。 這種方法常用來(lái)分析流體運(yùn)動(dòng)沿主流方向的一維流動(dòng)的情況，所以又稱(chēng)一維流 (動(dòng) )分析法。 2．模型 (model)試驗(yàn) 在實(shí)驗(yàn)室的水槽或風(fēng)洞等實(shí)驗(yàn)設(shè)備中，以相似理論或量綱分析法為指導(dǎo)，把實(shí)際工程 (原型 )縮小 (或放大 )為模型，在模型上預(yù)演相應(yīng)的流體運(yùn)動(dòng)，得出在模型中的流體運(yùn)動(dòng)規(guī)律。例如描述恒定地下水流動(dòng) (滲流 )場(chǎng)的方程為拉普拉斯方程，在導(dǎo)體中的電流場(chǎng)也可用拉普拉斯方程描述，這表明滲流和電流現(xiàn)象之間存在著模擬關(guān)系。 1— 4工程流體力學(xué)的研究方法 143 數(shù)值計(jì)算方法 一、數(shù)值計(jì)算 (numerical calaculation)方法 數(shù)值計(jì)算方法是研究數(shù)學(xué)問(wèn)題的數(shù)值求解方法。 二、常用數(shù)值計(jì)算 /模擬方法 有限差分法、有限元法、有限體積法、有限分析法、邊界元法等。 1— 4工程流體力學(xué)的研究方法 本章小結(jié) 本章小結(jié) 流體的易流性概念 連續(xù)介質(zhì)模型假設(shè) 體積壓縮系數(shù) 體積彈性模量 dpd ρdpd V /Vαp?/???d V /VdpαE p ???1粘度 牛頓內(nèi)摩擦 定律 dtddydu ???? ??牛頓流體 非牛頓流體 粘度的影響因素：隨溫度升高，氣體粘度上升、液體粘度下降。 目前已有許多現(xiàn)成的計(jì)算機(jī)程序 (實(shí)用分析軟件 )供選用。 工程流體力學(xué)在計(jì)算機(jī)出現(xiàn)前，己有數(shù)值計(jì)算方法，因有的運(yùn)算繁復(fù)、困難等，沒(méi)有得到很大的發(fā)展。 二、工程流體力學(xué)的實(shí)驗(yàn)方法主要有以下四個(gè)方面 由于原型觀測(cè)受到某些條件的局限或因流體運(yùn)動(dòng)的相似規(guī)律在理論上還沒(méi)有建立，則在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)小規(guī)模地造成某種流體運(yùn)動(dòng)，用以迸行系統(tǒng)的觀測(cè)實(shí)驗(yàn)，從中找出規(guī)律性。 167。 1— 4工程流體力學(xué)的研究方法 142 實(shí)驗(yàn)方法 一、實(shí)驗(yàn) (experiment)方法 工程流體力學(xué)的實(shí)驗(yàn)研究，主要是在流體運(yùn)動(dòng)的現(xiàn)場(chǎng)或?qū)嶒?yàn)室的水槽、水池、風(fēng)洞、水電比擬等實(shí)驗(yàn)設(shè)備中進(jìn)行原型觀測(cè)或模型試驗(yàn)。 2．有限體分析法 (finite volume method)(元流或總流分析法 ) 在工程流體力學(xué)中，常不需知道流體所占有的每一空間點(diǎn)上的流體質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)的情況，而只需知道這個(gè)物理量或那個(gè)物理量在某一體積或面積上的平均值。 微元分析法是將物理學(xué)的普遍定律應(yīng)用于微小控制體內(nèi)的流體，建立流體的運(yùn)動(dòng)微分方程。 1— 4工程流體力學(xué)的研究方法 141 理論分析方法 (analytical method) 一、理論分析方法及其步驟 在連續(xù)介質(zhì)假設(shè)的基礎(chǔ)上，對(duì)原型 (實(shí)際的 )或模型中的流體運(yùn)動(dòng)現(xiàn)象，用肉眼或儀器進(jìn)行觀察，將影響流體運(yùn)動(dòng)的因素分清主次，抓住主要因素，概括、抽象成工程流體力學(xué)的模型 (概念模型 (concept model))，并進(jìn)行物理觀點(diǎn)的描述； 根據(jù)物理學(xué)的普遍規(guī)律、定律 (如牛頓力學(xué)定律、質(zhì)量和能量守恒定律、熱力學(xué)定律等 )和流體物性及其規(guī)律 (方程 (equation))， 并結(jié)合流體運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)，通過(guò)數(shù)理分析，建立有流體運(yùn)動(dòng)的基本方程組及其相應(yīng)的初始條件 (initial condition )和邊界條件 (boundary condition)組成的數(shù)學(xué)模型(mathematical model) ； 利用各種數(shù)學(xué)工具精確地或近似地解出方程組的解析解 (公式 (formula)) ，并對(duì)它的解進(jìn)行分析，確定解的準(zhǔn)確度和適用范圍。 1— 3 作用在流體上的力 思考題 靜止的流體受到哪幾種力的作用？ 理想流體受到哪幾種力的作用？ 僅有重力作用的靜止流體的單位質(zhì)量力為多少？ X = Y = 0， Z = g 重力與壓應(yīng)力，無(wú)法承受剪切力 重力與壓應(yīng)力，因?yàn)闊o(wú)粘性，故無(wú)剪切力。 表面力可分為垂直于作用面的壓力 (pressure)和沿作用面方向的切力(shear)。 167。