流体力学-非牛顿流体力学

1、化 工 原 理,第一章 流 体 流 动,基础知识,一、连续介质假定 1. 流体质点：由大量分子构成的微团，其尺寸远小于设备尺寸，但却远大于分子自由程。 2. 连续介质：质点在流体内部紧紧相连，彼此间没有间隙，即流体充满所占空间。 3. 在研究流体流动时，常摆脱复杂的分子运动和分子间相互作用，从宏观角度出发，将流体视为由无数流体质点（或微团）组成的连续介质。,二、流体主要特征 1.流动性； 2.无固定形状，随容器形状而变化； 3.受外力作用时内部产生相对运动。 三、流体种类 1.不可压缩性流体：流体的体积不随压强而变化，受热时体积膨。

2、第三章 流体力学基本方程,本章研究： 流体机械运动的基本力学规律及其在工程中的初步应用。,为什么河道较窄的地方流速较大？,思考1,高楼顶层的水压为什么较低？,思考2,自来水可以爬上几十米的高楼，洪水为什么不能爬上几米的岸边山坡？,思考3,水流速度V2是多少？,思考4,3-1 描述流体运动的方法,描述流体的运动的困难,3-1 描述流体运动的方法,描述流体的运动的困难,3-1 描述流体运动的方法,1.拉格朗日法：,一.拉格朗日法与欧拉法：,3-1 描述流体运动的方法,1.拉格朗日法：,设某质点的轨迹为： x=x(a,b,c,t), y=y(a,b,c,t), z=z(a,b,c,t)。(。

3、1 两相流动理论基础 流体力学试卷 一 一 图示装置中玻璃管内水面高度2m 求A容器中绝对压强和真空度 分别用应力单位和水柱高表示 8分 2 两相流动理论基础 二 绘出下列各图侧壁面上的静水压强分布图 6分 3 两相流动理论基础 三 蓄水池。

4、流体力学实验,黄 勇 赵庆贤 环境与安全工程学院,实验一 流体静力学实验,一、实验目的 1、测定静止液体内部某点的静水压强，加深对流体静力学基本方程式的理解。 2、理解位置水头、压强高度及测压管水头的基本概念，并观察静水中任意两点测压管水头静水头为常数现象。 3、建立液体表面压强的概念，搞清楚绝对压强、相对压强、表压强及真空度等概念。 4、了解在压强相同的条件下不同容重的液体具有不同压强高度值。,。

5、1,第一章 流体力学,1.2 理想流体的定常流动,1.1 流体静力学(自学),1.3 黏滞流体的运动,2,流体力学概论,内容：流体力学主要研究在各种力的作用下，流体本身的状态以及流体和固体壁面、流体和流体之间的相互作用的力学分支。分类：按运动方式分为流体静力学和流体动力学。,3,流体力学概论,应用：在水利工程学、空气动力学、气象学、气体和液体输运、动物血液循环和植物液汁输运等领域有运用。,阻力系数仅为0.137,阻力系数约为0.8,高尔夫球表面为什么有很多小凹坑？,4,流体力学概论,应用：,植物水分运输动力？,人体血液循环图,毛细作用渗透压。

6、2-3 液体动力学基础,一、基本概念 二、连续性方程 三、伯努利方程 四、动量方程,一 基本概念,1 理想流体与恒定流动 理想流体：假想的、无粘性、不可压的流体。实际流体恒定流动：流体流动时运动参数不随时间变化的流动（注意随位置可能是变化的）。 运动参数：p、u、 否则称非恒定流动,2 一维、二维、三维流动 3 迹线、流线、流束 迹线：流体质点的轨迹线（时段） 流线：流体各质点流速的包络线（时刻） 流束：流线的集合 流束中的流线互不相交，所以流线不能穿越流束表面,4 通流截面、流量（q）和平均流速（v）,通流截面：与流束中所有流。

7、,流体传动 与 控 制第二章 流体力学基础,主讲人：杨阳2007年9月,第二章 流体力学基础,主要内容 液压系统工作介质 流体静力学 流体动力学 液压系统的压力损失 孔口及缝隙的流量压力特性 液压冲击与气穴,第二章 流体力学基础,液压系统工作介质,1）密度Mass Density单位体积液体的质量 =m/V kg/m3 油液密度随着温度或压力的变化而变化，但变化不大，通常忽略，一般取=900kg/m 3的大小。,工作介质的作用： 1）能量传递的介质 2）润滑介质 3）冷却介质,工作介质物理性质：,第二章 流体力学基础,液压系统工作介质,2）可压缩性Compressibility液。

8、第二章 颗粒流体力学,本章提要固体物料的气力输送、离心分离等都涉及到颗粒流体力学。本章主要介绍了固体颗粒在流体中阻力系数、重力沉降和离心沉降，讨论了Stokes公式、非球形颗粒沉降和干扰沉降修正系数，介绍了流体通过颗粒层的层流状态、湍流状态及流化床。,在流体力学中，只研究单一相的均质流体的流动问题。但是，在自然界的许多工程中，常遇到处理许多不同态物质的混合物的流动问题。通常把状态不同的多相物质共存于同一流动体系中的流动称为多相流功，简称多相流。最普通的一种多相流动为两相流动。它是由四种态物质（即固态、液。

9、,第 三 章,流体力学,流体力学的建立,流体佯谬,漏斗吹小球,瑞典科学家丹尔伯努利成功地解释了流体佯谬，从而奠定了流体力学的基础,一.几个概念 1.流体：具有流动性的连续介质，是液体与气体的总称。 特点：流体内各部分间易发生相对运动，无固定形状。2.理想流体：完全不可压缩，无粘滞性的流体。,1.理想流体,液体：分子间距 10-9m，压缩性可忽略。（水在1000atm下，体积缩小5）,粘滞性：内摩擦力，各层相对流动时，相邻两层间的相互作用力。有些液体（水、酒精）粘滞性较小,在流动范围不大，管道较粗时可忽略粘滞性。,3.定常流动（稳定流。

10、第 0 章 绪 论,流体力学的研究对象流体力学的研究内容流体力学的研究方法流体力学发展史,流体力学的研究对象流体（液体和气体）。,流体力学的研究内容研究流体在外力作用下 的平衡和运动规律，理论力学与材料力学的研究 对象、研究内容与流体力学的比较。,流体力学在许多工业部门都有着广泛的应用。,流体力学的发展,古代流体力学的情况 16世纪以后，西方资本主义处于上升阶段，工农业生产有了很大的发展，对于流体平衡和运动规律的认识才随之有所提高。 18至19世纪，沿着两条途径建立了流体运动的系统理论。,一条途径是一些数学家和力学家。

11、1.1 流体的力学特性和连续介质模型,一、流体的力学特性,在剪切力停止作用时，流体不作任何恢复变形；, 在流体内部压强可向任何方向传递；, 在一定条件下流体内部可形成超乎想象的复杂结构。, 在剪切力持续作用下，流体能产生无限大的变形,流体的力学定义是：在任何微小剪切力的持续作用下能够连续不断变形的物质，称为流体。 流体与固体在宏观力学行为方面的主要差异是流体具有易变形性,易变形性表现在,任何微小剪切力的持续作用下能够连续不断变形。,1.1 流体的力学特性和连续介质模型,二、连续介质模型,1 流体质点概念,(2) 将临界体积范。

12、实际流体的运动微分方程,纳维-斯托克斯方程式（N-S方程式）,以应力表示的黏性流体运动微分方程式,一、作用在流体微元上的应力在粘性不起作用的平衡流体中，或者在没有粘性的理想运动流体中，作用在流体微元表面上的表面力只有与表面相垂直的压应力，而且压应力又具有一点上各向同性的性质。,但是在运动着的实际流体中取出边长dx、dy、dz的六面体微元，如右图1多示，由于粘性影响，当微元有剪切变形时，作用在微元体ABCDEFGH上的表面力就不仅有压应力p，而且也有切应力。当微元有直线变形时，一点上的压应力也不再具有各项同性的性质了。,。

13、 非牛顿流体力学的研究内容和研究方法 非一 非牛顿流体力学的研究内容 1 非牛顿流体流体力学的形成 1867年J C 麦克斯韦提出线性粘弹性模型标志着非牛顿流体力学开始研究 1950年J G 奥尔德罗伊德提出建立非牛顿流体本构方程基本原理 把线性粘弹性理论推广到非线性范围 此后 W 诺尔 J L 埃里克森 R S 里夫林 C 特鲁斯德尔等人对非线性粘弹性理论的发展也做出贡献 1976年K 沃尔特斯。

14、流体力学与流体机械之 流体力学,主讲:李龙江,教学方法：引导+课前提问 教学学时：52+4 考核方式：7+2+1 考试时间：15周 平时量化考核目标： 迟到-2分/次，旷课-5分/次，不交作业-10分/次，提问不会回答-2分/次,第一讲 绪论-趣味流体,首先,提问:,问题1:日常生活中，当我们开自来水时，自来水管为什么会啸叫？冲水马桶的工作原理? 问题2:给你一根很细小的吸管，你能把水吸多高？你为什么只能吸10.03米高的水柱？用什么方法可以让这个高度更高一点？ 问题3:人血液循环的管路为什么不能有气泡？它对我们的工程实际有什么指导意义？ 问题4:一杯。

15、流变学简介流变学是一门介于力学、化学、物理与工程科学之间的新兴交叉学科,是物理学的一个分支，它主要研究材料在外界作用(应力、应变、温度、电场、磁场、辐射等)下的变形和流动的科学。这里所说的材料既包括流体形态，也包括固体形态的物质。在常温常压下，物质可分为固体、液体和气体三种状态；特殊情况下，还有等离子态和超固态。气体和液体又合称为流体。从力学分析的角度，通常认为流体与固体的主要差别，在于它们对于外力的抵抗能力不同。固体有能力抵抗一定大小的拉力、压力和剪切力。当外力作用在固体上时，固体将产生一定程度。

16、第二章流体力学的基本方程 首先介绍流体运动的描述方法 基本概念 然后利用物理学的基本定律 质量守恒 动量守恒 能量守恒 导出流体力学中的方程 连续性方程 动量方程 伯努利方程 流体质点的流速 固定空间点的流速 第一节 研究流体运动的两种方法。

17、第九章 非牛顿流体力学,1 非牛顿流体的流变特性,2 拟塑性流体在圆管中的层流运动,3 宾汉流体在圆管中的层流运动,4 粘弹性流体在圆管中的不稳定层流运动,5 拟塑性流体在环空中的层流运动,6 非牛顿流体在圆管中的湍流运动,弹性体：固体受力后产生弹性变形，服从虎克定律 流体：流体受力后主要产生剪切变形，变形程度与粘性大小相关。粘性较低的 一般为牛顿流体，粘性较高的一般为非牛顿流体。 粘弹性体：有些牛顿流体不但具有粘性，还具有弹性。 流变学：研究各种流体流动过程中，剪切应力与剪切变形率关系的科学。,第一节 非牛顿流体的流变。

18、第九章 非牛顿流体流动,1/15,第一节 非牛顿流体的流变特性,2/15,第一节 非牛顿流体的流变特性,流体对机械作用的响应不仅依据于这些守恒律，而且取决于该种流体的特性，这种响应称之为物质的应力应变关系 人们花费了大量精力研究精确描述流体应力应变关系的本构方程，但只得到了几种具有近似意义的本构方程。 严格意义上，一种特定的本构方程只适用于一种假设的模型化的流体。因此本构关系的建立相当于定义一种假设的流体模型，即用一种近似的方法描述某一特定流体的流变行为,3/15,第一节 非牛顿流体的流变特性_分类,1.1无时间依存性的非牛。