流體力學(xué)遠(yuǎn)程教學(xué)電子文檔.ppt
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工程流體力學(xué)教研室2007年5月 流體力學(xué)遠(yuǎn)程教學(xué)電子文檔 蘭州交通大學(xué)環(huán)境與市政工程學(xué)院 總負(fù)責(zé) 孫三祥副教授技術(shù)負(fù)責(zé) 張永秋副教授 第一章緒論 第一節(jié)流體力學(xué)及其任務(wù)第二節(jié)流體力學(xué)及其任務(wù)第三節(jié)作用在流體上的力第四節(jié)流體的主要物理性質(zhì)第五節(jié)牛頓流體和非牛頓流體 第一節(jié)流體力學(xué)及其任務(wù) 一 流體力學(xué)的研究對(duì)象1 基本概念流體力學(xué)是研究流體的機(jī)械運(yùn)動(dòng)規(guī)律及其應(yīng)用的科學(xué) 是力學(xué)的分支學(xué)科 它是相對(duì)于一般力學(xué)和固體力學(xué)而言的 流體力學(xué)的內(nèi)容包括三個(gè)基本部分 流體靜力學(xué) 流體運(yùn)動(dòng)學(xué)和流體動(dòng)力學(xué) 流體靜力學(xué)是研究流體 以水為代表的液體和以空氣為代表的的氣體 在靜止?fàn)顟B(tài)下的力學(xué)規(guī)律及其應(yīng)用 它的結(jié)論對(duì)理想流體和粘性流體均適用 流體運(yùn)動(dòng)學(xué)是研究流體的運(yùn)動(dòng)規(guī)律與力學(xué)規(guī)律及其應(yīng)用的學(xué)科 而流體運(yùn)動(dòng)學(xué)是一門研究流體的運(yùn)動(dòng)規(guī)律及其應(yīng)用的學(xué)科 2 流體力學(xué)假設(shè) 從物理學(xué)中已經(jīng)知道 一切物質(zhì)是由分子構(gòu)成的 物質(zhì)一般有三態(tài)即固態(tài) 液態(tài)和氣態(tài) 流體就包括了物質(zhì)三態(tài)中的液態(tài)和氣態(tài)兩態(tài) 流體的基本特征是具有流動(dòng)性 所謂流動(dòng)性是指流體的在微小剪力作用下連續(xù)變形的特性 固體一般情況下沒有流動(dòng)性 在剪力作用下可以維持平衡 所以流動(dòng)性是區(qū)別流體和固體的力學(xué)特征 實(shí)際上有些固體在特定的條件下也具有流動(dòng)性 譬如沙在受熱或擾動(dòng)的情況下的流動(dòng) 本課程僅僅研究流體的有關(guān)問題 固體分子運(yùn)動(dòng)主要是圍繞分子的平衡位置振動(dòng) 而流體分子的運(yùn)動(dòng)還有平移和旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng) 因此 在宏觀上 固體有固定形狀 而流體則易于流動(dòng)變形 沒有固定的形狀 其中 液體一般具有不可壓縮的特性 有著固定的容積 一定量的液體不論在容器中 只要容器足夠大 或無限空間中 總是占有一定量的容積 不會(huì)充滿于整個(gè)容器或無限空間的 這時(shí)的液體總有一部分表面與周圍的空氣或其他氣體介質(zhì)相接觸 我們稱之為自由表面 若周圍的介質(zhì)是別的不相混和的液體 則這種表面稱為液體分界面或簡(jiǎn)稱分界面 故在流體力學(xué)中我們假設(shè)液體是一種容易流動(dòng) 不易壓縮 均質(zhì) 等向 有粘性的連續(xù)介質(zhì) 在發(fā)生水擊應(yīng)考慮其壓縮性 而在產(chǎn)生汽蝕水擊汽蝕時(shí)需考慮其非連續(xù)性 此內(nèi)容詳見相關(guān)教材或參考書 氣體與液體有所不同 它具有明顯的壓縮性 無固定容積 充滿于容器的整個(gè)空間 無自由表面 故在流體力學(xué)中我們假設(shè)氣體是一種容易流動(dòng) 容易壓縮 均質(zhì) 等向 無粘性的連續(xù)介質(zhì) 在低速的空氣流動(dòng)中 氣體的壓縮性并不明顯 與液體的流動(dòng)遵循相同的運(yùn)動(dòng)規(guī)律 對(duì)空氣來說 當(dāng)其速度相當(dāng)于音速的40 左右時(shí) 則氣體的壓縮性就不能忽略不計(jì)了 這時(shí)氣體的運(yùn)動(dòng)規(guī)律將由氣體動(dòng)力學(xué)來進(jìn)行研究 錄象 布朗運(yùn)動(dòng) 錄象 表面張力a 錄象 表面張力b 錄象 粘性b 錄象 粘性a 二 流體力學(xué)的分類是按其研究內(nèi)容的側(cè)重點(diǎn)不同 分為理論流體力學(xué)和工程流體力學(xué) 理論流體力學(xué)主要運(yùn)用嚴(yán)密的數(shù)學(xué)推理方法 力求結(jié)果的準(zhǔn)確性和嚴(yán)密性 工程流體力學(xué)則側(cè)重于解決工程實(shí)際中出現(xiàn)的問題 而不去追求數(shù)學(xué)上的嚴(yán)密性 從歷史發(fā)展角度分為古典流體力學(xué) 試驗(yàn)流體力學(xué)和現(xiàn)代流體力學(xué) 古典流體力學(xué)是在古典力學(xué)基礎(chǔ)上 運(yùn)用嚴(yán)密的數(shù)學(xué)工具 建立有關(guān)理想流體及實(shí)際流體的基本運(yùn)動(dòng)方程 但實(shí)際情況往往比理論假設(shè)不符 實(shí)驗(yàn)流體力學(xué)是工程技術(shù)人員用實(shí)驗(yàn)方法制定一些經(jīng)驗(yàn)公式 滿足工程需要 但有些公式缺乏理論基礎(chǔ) 近來發(fā)展成的現(xiàn)代流體力學(xué)是由實(shí)驗(yàn)方法和理論分析相結(jié)合 實(shí)踐和理論并重的學(xué)科 目前流體力學(xué)已經(jīng)發(fā)展出許多分支 如 環(huán)境流體力學(xué) 計(jì)算流體力學(xué) 高等流體力學(xué) 電磁流體力學(xué) 化學(xué)流體力學(xué) 生物流體力學(xué) 高溫氣體力學(xué) 非牛頓流體力學(xué) 工業(yè)流體力學(xué) 隨機(jī)水流體力學(xué) 坡面流體力學(xué) 高速流體力學(xué) 流體動(dòng)力學(xué) 空氣動(dòng)力學(xué) 多相流體力學(xué) 實(shí)驗(yàn)流體力學(xué) 爆破力 等 在公路與橋梁工程中 在地下建筑 巖土工程 水工建筑 礦井建筑等土木工程等各個(gè)分支中 也只有掌握好流體的各種力學(xué)性質(zhì)和運(yùn)動(dòng)規(guī)律 才能有效地 正確地解決工程實(shí)際中所遇到的各種流體力學(xué)問題 三 連續(xù)介質(zhì)模型1 連續(xù)介質(zhì)假設(shè)在流體力學(xué)中假設(shè)流體是一種由密集質(zhì)點(diǎn) 大小與流動(dòng)空間相比微不足道 又含有大量分子 具有一定質(zhì)量的流體微元 組成 內(nèi)部無空隙的連續(xù)體 與一切物體一樣 流體是由大量分子所組成 而分子之間由于其相互吸引和排斥的分子力之作用 所有分子都在時(shí)刻不停地在運(yùn)動(dòng)著 液體和氣體的分子運(yùn)動(dòng) 比一般固體更為激烈 上面所謂流體的平衡和運(yùn)動(dòng)規(guī)律 不包括這里所說微觀上的分子運(yùn)動(dòng) 流體力學(xué)所要研究的是流體在宏觀上的平衡和運(yùn)動(dòng)規(guī)律具體地說就是由外部原因 比如重力 壓力差摩擦力等作用所引起的宏觀運(yùn)動(dòng) 若把物體的平衡狀態(tài) 作為運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的特例 那么 流體力學(xué)的研究任務(wù) 就可簡(jiǎn)單地說成是研究流體的宏觀運(yùn)動(dòng)規(guī)律 流體力學(xué)研究流體宏觀機(jī)械運(yùn)動(dòng)的規(guī)律 也就是大量分子同機(jī)平均的規(guī)律性1755年瑞士數(shù)學(xué)家和力學(xué)家歐拉 Euler L 1701 1783 首先提出 把流體當(dāng)作是由密集質(zhì)點(diǎn)構(gòu)成的 內(nèi)部無間隙的連續(xù)流體來研究 這就是連續(xù)介質(zhì)假設(shè)這里所說的質(zhì)點(diǎn) 是指大小同所有流動(dòng)空間相比微不足道 又含有大量分子 具有一定質(zhì)量的流體微元 連續(xù)介質(zhì)的質(zhì)點(diǎn)有兩個(gè)特點(diǎn) 是其尺度相對(duì)于分子結(jié)構(gòu)來說是足夠大 大到使每個(gè)質(zhì)點(diǎn)都含有大量分子 從而能足夠代表并反映整個(gè)質(zhì)點(diǎn)中分子運(yùn)動(dòng)的統(tǒng)計(jì)平均特性 另外 質(zhì)點(diǎn)與所研究的流體空間相比較來說是足夠小 小到幾乎可隨心所欲地指定在任意空間位置上 有這樣的質(zhì)點(diǎn)存在 且不會(huì)發(fā)生 空隙 提出連續(xù)介質(zhì)假設(shè) 是為了擺脫分子運(yùn)動(dòng)的復(fù)雜性 對(duì)流體物質(zhì)結(jié)構(gòu)的簡(jiǎn)化 按連續(xù)介質(zhì)假設(shè) 流體運(yùn)動(dòng)物理量都可視為空間坐標(biāo)的時(shí)間變量的連續(xù)函數(shù) 這樣就能用數(shù)學(xué)分析方法來研究流體運(yùn)動(dòng)連續(xù)介質(zhì) 假設(shè)用于一般流動(dòng)是合理有效的 但是對(duì)于某些特殊問題 如研究在高空稀薄氣體中的物體運(yùn)動(dòng) 分子平均自由程度很大 與物體特征長度尺度相比為同量級(jí) 則不能使稀薄氣體為連續(xù)介質(zhì) 2 連續(xù)介質(zhì)模型連續(xù)介質(zhì)模型就是利用連續(xù)介質(zhì)假定所建立的模型 在這個(gè)模型中 不關(guān)注分子的存在和分子的運(yùn)動(dòng) 所關(guān)心的只是連續(xù)分布的質(zhì)點(diǎn) 這些質(zhì)點(diǎn)固然是由分子所組成 但它不反映個(gè)別分子的運(yùn)動(dòng) 卻反映并代表整體分子運(yùn)動(dòng)的統(tǒng)計(jì)平均特性 當(dāng)引用這樣的模型 連續(xù)介質(zhì)來代替所研究的流體時(shí) 則流體中的一切力學(xué)特性如速度 壓力 密度等都可看作為空間位置坐標(biāo)的連續(xù)函數(shù) 使我們?cè)诮饬黧w力學(xué)問題時(shí) 就有可能利用數(shù)學(xué)工具來處理 3 在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下在一般情況下 以連續(xù)的流體介質(zhì)來代替流體分子空間結(jié)構(gòu)是十分合理的 一方面 因?yàn)樗芯康牧黧w所占的空間 比起分子的尺度及其運(yùn)動(dòng)的范圍來說大得無可比擬 例如在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下 1cm3的水中約有3 3 1022個(gè)水分子 相鄰分子間的距離約為3 10 8cm 1cm3的氣體中約有2 7 1019個(gè)分子 相鄰分子間的距離約為3 10 7cm 分子間距如此微小 即使在很小的體積中 也含有大量的分子 足以的得到分子數(shù)目無關(guān)的各項(xiàng)統(tǒng)計(jì)平均特性 另一方面 在如此微小的體積中 有如此多的分子數(shù) 根據(jù)分子在自由程內(nèi)的碰撞間隔為10 6秒來計(jì)算 它們每秒鐘的碰撞次數(shù)為1014的數(shù)量級(jí) 那么在足夠小的面積上或體積內(nèi)所反映和代表的力學(xué)統(tǒng)平均特性 例如壓力 也是正確的 四 流體力學(xué)的研究方法同一切的科學(xué)研究方法一樣 流體力學(xué)的研充方法也是從實(shí)踐到理論再到實(shí)踐的研究方法 要經(jīng)過不斷而反復(fù)的過程 才能使流體力學(xué)得以不斷地發(fā)展和提高 而至完善的地步 流體力學(xué)的研究方法是理論與實(shí)踐相結(jié)合的研究方法 任何一種物理現(xiàn)象都是由各種有關(guān)的變量相互制約 相互依存而形成一定的函數(shù)關(guān)系 即所謂規(guī)律 我們的目的就是要掌握統(tǒng)一規(guī)律 通過它來計(jì)算所需要的各種物理量的值 流體力學(xué)的研究方法主要有為理論分析法 科學(xué)實(shí)驗(yàn)法和數(shù)值計(jì)算法等 1 理論分析法是通過對(duì)流體物理性質(zhì)和流動(dòng)特征的科學(xué)抽象 提出合理的理論模型 對(duì)這樣的理論模型 根據(jù)物質(zhì)機(jī)械運(yùn)動(dòng)的普遍規(guī)律 建立控制流體運(yùn)動(dòng)的閉合方程組 將實(shí)際的流動(dòng)問題 轉(zhuǎn)化為數(shù)學(xué)問題 在相應(yīng)的邊界條件和初始條件下求解 理論研究方法的關(guān)鍵在于提出理論模型 并能運(yùn)用數(shù)學(xué)方法求出理論結(jié)果 達(dá)到揭示運(yùn)動(dòng)規(guī)律的目的 但由于數(shù)學(xué)上的困難 許多實(shí)際流動(dòng)問題還難以精確求解 理論分析法首先分析作用在流體上的力 然后引用流體力學(xué)的基本假設(shè)和有關(guān)概念 再運(yùn)用經(jīng)典力學(xué)的基本原理和數(shù)學(xué)工具 最后建立流體運(yùn)動(dòng)的基本方程的方法 2 科學(xué)實(shí)驗(yàn)法科學(xué)實(shí)驗(yàn)法借助于科學(xué)實(shí)驗(yàn) 對(duì)流體進(jìn)行觀測(cè) 并將觀察的現(xiàn)象和量測(cè)的一系列數(shù)據(jù) 進(jìn)行分析和處理 探明本質(zhì) 找出規(guī)律 從而得出計(jì)算公式和方法的方法 原形觀測(cè)法 模型實(shí)驗(yàn)法 系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)法 在自然界或工程實(shí)際中 各種流體力學(xué)問題的實(shí)際現(xiàn)象往往是十分復(fù)雜的 從表面上看 會(huì)有許多因素參與所研究問題的現(xiàn)象 其實(shí)其中有些因素 對(duì)流體運(yùn)動(dòng)起作用 有些因素則不起作用 而在運(yùn)動(dòng)起作用的諸多因素中 又有起主要 決定性作用的的 以及起次要 非決定性作用的 作為科學(xué)研究的第一步 就是要在各種現(xiàn)象中 善于分清與問題有關(guān)的和無關(guān)的因素 在有關(guān)的因素中 還要區(qū)分主要的和次要的 對(duì)一個(gè)未知規(guī)律的物理問題 要做到這個(gè)地步 決不是像我們說的那么容易 這要通過對(duì)問題的大量 反復(fù)的實(shí)踐觀察 并要求具有一定的理論知識(shí)和豐富的實(shí)際經(jīng)驗(yàn) 對(duì)各種參與的因素進(jìn)行去偽存真 舍粗取精地篩選 才能找出問題的主要因素 在上述仔細(xì)觀察 深入分析的基礎(chǔ)上 作為第二步工作 就是將所認(rèn)定的那些主要因素 按照各種客觀物理規(guī)律建立數(shù)學(xué)方程 這些規(guī)律大體不外乎能量守衡 質(zhì)量守衡 牛頓運(yùn)動(dòng)等定律 利用這些 放之四海而皆準(zhǔn) 的物理定律 把現(xiàn)象中的各項(xiàng)因素也即物理量或變量關(guān)聯(lián)起來 形成一個(gè)相互制約的關(guān)系 這就是數(shù)學(xué)上的方程式 對(duì)一般的物理問題 這種方程往往是以微分形式出現(xiàn)的 由于許多物理方程都是非線性的微分形式 有各種初始和邊界條件下的影響 不但涉及復(fù)雜的數(shù)理方程理論 還與人們的力學(xué)知識(shí)和解決實(shí)際問題的經(jīng)驗(yàn)等有關(guān) 經(jīng)驗(yàn)證明 求解方程的工作 也要在流體力學(xué)的基礎(chǔ)上 對(duì)方程進(jìn)行改造或簡(jiǎn)化 才能得到符臺(tái)實(shí)際的結(jié)果否則 單純從數(shù)學(xué)上求解 那將往往會(huì)費(fèi)力而不符合實(shí)際最后一步工作 就是將所得結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行比較 用實(shí)踐來對(duì)理論進(jìn)行檢驗(yàn) 若不符合實(shí)際情況 再回到原來的實(shí)際問題個(gè) 去找出產(chǎn)生誤差的原因 重新分析觀察問題的主次要因素 3 數(shù)值計(jì)算法數(shù)值計(jì)算法是在計(jì)算機(jī)應(yīng)用基礎(chǔ)上 采用各種離散化方法 有限差分法 有限元法等 建立各種數(shù)學(xué)模型 通過計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)值計(jì)算和數(shù)值實(shí)驗(yàn) 得到在時(shí)間上和空間上許多數(shù)字組成的集合體 最終獲得定量描述流場(chǎng)的數(shù)值解 近幾十年來 這一方法得到很大發(fā)展 已形成一個(gè)專門學(xué)科 計(jì)算流體力學(xué) 上述三種方法互相結(jié)合 為發(fā)展流體力學(xué)理論 解決復(fù)雜的工程技術(shù)問題 奠定了基礎(chǔ) 現(xiàn)代流體力學(xué)的研究方法是理論計(jì)算與實(shí)驗(yàn)并重 20世紀(jì)60年代以來 新型電子計(jì)算機(jī)不斷涌現(xiàn) 數(shù)值模擬方法不斷創(chuàng)新 與此同時(shí) 現(xiàn)代量測(cè)技術(shù) 如激光 同位素和電子儀器 的應(yīng)用 以及計(jì)算機(jī)在實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和資料的監(jiān)測(cè) 采集和處理上所起的巨大作用 這些使得現(xiàn)代流體力學(xué)的各種研究方法更加相輔相成 如虎添翼 可以預(yù)見 在新世紀(jì)里 繼續(xù)采用這些先進(jìn)的研究方法 流體力學(xué)的發(fā)展與應(yīng)用必將大大超過上一世紀(jì)的水平 五 流體力學(xué)的任務(wù) 流體力學(xué)是力學(xué)的一個(gè)分支 其任務(wù)是 從力學(xué)的觀點(diǎn)出發(fā) 研究流體的平衡和機(jī)械運(yùn)動(dòng)規(guī)律 隨著人類社會(huì)的發(fā)展 流體力學(xué)越來越廣泛地滲透到了人們生產(chǎn)和生活的各個(gè)方面 各行各業(yè)中與流體力學(xué)有關(guān)的問題也越來越多 特別是在工程技術(shù)領(lǐng)域 如水利 電力 土木 水資源利用 石油 交通 造船 建筑 機(jī)械 動(dòng)力 環(huán)保 冶金 化工核能 航空航天 采礦 生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域中 涉及大量的流體力學(xué)題 如建筑工程中風(fēng)對(duì)高層建筑的荷載和風(fēng)振問題 建筑物基礎(chǔ)施工時(shí)的基坑排水 基坑抗?jié)B處理等 橋梁工程中渡橋的設(shè)計(jì) 各種水工建筑物的設(shè)計(jì) 道路邊溝排水等 建筑工程中建筑內(nèi)部的給水 排水 供熱 通風(fēng) 空調(diào)的設(shè)計(jì)和設(shè)備選用等 都面臨一系列的流體力學(xué)問題 流力荷載 研究流體作用于建筑物上的作用力問題等 過水能力 研究過流建筑物的過流能力 進(jìn)行其斷面形式選擇和尺寸確定問題等 水流流態(tài) 研究流體通過建筑物的流動(dòng)狀態(tài)問題等 能量損失 研究水流通過各種固體邊界的能量損失問題 從而找出減少有害損失和增大有利損失的途徑等 能勢(shì)線 研究流經(jīng)各種過流建筑物的能勢(shì)線問題 為淹沒 征地和移民 管道線路選擇提供所必需資料等 水工模型 通過實(shí)驗(yàn)進(jìn)行分析和研究建設(shè)項(xiàng)目或個(gè)別建筑物在運(yùn)行中可能或已經(jīng)出現(xiàn)的各種問題等 滲流問題 研究水流通過水工建筑物及其底部 兩肩的滲透以及井和井群的涌水量問題等 水擊問題 研究水力機(jī)械 管道和部分水工建筑物運(yùn)行中水擊的類型 發(fā)展過程及消除措施等 汽蝕問題 研究水力機(jī)械內(nèi)低壓側(cè)局部位置發(fā)生水擊的產(chǎn)生原因 危害和防止措施等 高速水流 研究高速流動(dòng)的流體的流動(dòng)特征 沖刷 摻氣 附帶效應(yīng)和附壁效應(yīng)等流動(dòng)規(guī)律等 等問題 六 流體力學(xué)的發(fā)展流體力學(xué)的研究和其它自然科學(xué)一樣 是隨著生產(chǎn)的發(fā)展需要而發(fā)展起來的 在古代 我國自春秋戰(zhàn)國和秦朝時(shí)代以來 為了滿足農(nóng)業(yè)灌溉需要 修建了都江堰 鄭國渠 靈渠及其船閘 秦渠 漢渠 唐淶渠等大量渠道 以及各個(gè)城市的護(hù)城河等 對(duì)水流運(yùn)動(dòng)規(guī)律已有了一些認(rèn)識(shí) 為農(nóng)業(yè)灌溉 航運(yùn) 人們生活用水城市防御等作出了巨大的貢獻(xiàn) 在古埃及 古希臘和古印度等地 為了發(fā)展農(nóng)業(yè)和航運(yùn)事業(yè) 修建了大量的渠系 古羅馬人為了發(fā)展城市修建了大規(guī)模的供水管道系統(tǒng) 也對(duì)水流運(yùn)動(dòng)的規(guī)律有了一些認(rèn)識(shí) 當(dāng)然 應(yīng)當(dāng)特別提到的是古希臘的阿基米德 Archimdes 在公元前250年左右 提出了浮力定律 奠定了流體力學(xué)靜力學(xué)的基礎(chǔ) 到了17世紀(jì)前后 由于資本主義制度興起 生產(chǎn)迅速發(fā)展 對(duì)流體力學(xué)的發(fā)展需要也就更為迫切 這個(gè)時(shí)期的流體力學(xué)研究出現(xiàn)了兩條途徑 在當(dāng)時(shí)這兩條發(fā)展途徑互不聯(lián)系 各有各的特色 一條是古典流體力學(xué)途徑 它運(yùn)用嚴(yán)密的數(shù)學(xué)分析 建立流體運(yùn)動(dòng)的基本方程 并力圖求其解答 此途徑的奠基人是伯努利 Bernerlli 和歐拉 Euler 其他對(duì)古典流體力學(xué)的形成和發(fā)展有重大貢獻(xiàn)的還有拉格朗日 Lagrange 納維爾 Navier 斯托克斯 Stockes 和雷諾 Reynolds 等人 他們多為數(shù)學(xué)家和物理學(xué)家 由于古典流體力學(xué)中某些理論的假設(shè)與實(shí)際有出入 或者由于對(duì)基本方程的求解遇到了數(shù)學(xué)上的困難 所以古典流體力學(xué)無法用以解決實(shí)際問題 為了適應(yīng)當(dāng)時(shí)工程技術(shù)迅速發(fā)展的需要 應(yīng)運(yùn)而生了另一條流體力學(xué)途徑 它采用實(shí)驗(yàn)手段用以解決實(shí)際工程問題 如管流 堰流 明渠流 滲流等等問題 在流體力學(xué)上有卓越成就的都是工程師 其中包括畢托 Pitot 謝才 Chezy 文透里 Venturi 達(dá)西 Darcy 巴贊 Bazin 曼寧 Manning 佛汝德 Froude 等人 但這一時(shí)期的流體力學(xué)由于理論指導(dǎo)不足 僅依靠實(shí)驗(yàn) 故在應(yīng)用上有一定的局限性 難以解決復(fù)雜的工程問題 20世紀(jì)以來 現(xiàn)代工業(yè)發(fā)展突飛猛進(jìn) 新技術(shù)不斷涌現(xiàn) 推動(dòng)著古典流體力學(xué)和流體力學(xué)也進(jìn)入了新的發(fā)展時(shí)期 并走上了融合為一體的道路 1904年 德國工程師普朗特 Prandtl 提出了邊界層理論 使純理論的古典流體力學(xué)開始與工程實(shí)際相結(jié)合 逐漸形成了理論與實(shí)際并重的現(xiàn)代流體力學(xué) 隨后的一個(gè)多世紀(jì)里 現(xiàn)代流體力學(xué)獲得飛速發(fā)展 并滲透到現(xiàn)代工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的各個(gè)領(lǐng)域 1 2作用在流體上的力 力是造成物體機(jī)械運(yùn)動(dòng)的原因 因此研究流體機(jī)械運(yùn)動(dòng)的規(guī)律 要從分析作用在流體上的力入手 作用在流體上的力 按作用方式的不同 分為表面力和質(zhì)量力兩類 一 表面力表面力是通過直接接觸 施加于流層間或不同流體間以及流體與固體之間接觸表面的力 在運(yùn)動(dòng)流體中取隔離體為研究對(duì)象 圖l 1 周圍流體對(duì)隔離體的作用以分布的表面力代替表面力在隔離體表面某一點(diǎn)的大小用應(yīng)力來表示 設(shè)A為隔離體表面上的一點(diǎn) 包含A點(diǎn)取微小面積 若作用在其上的總表面力為 將其分解為法向分力 壓力 和切向分力 則 A上的平均壓應(yīng)力 A上的平均切應(yīng)力A點(diǎn)的壓強(qiáng) A點(diǎn)的壓應(yīng)力 A點(diǎn)的切應(yīng)力應(yīng)力的單位是帕斯卡 Pascal B 法國數(shù)學(xué)家 物理學(xué)家 1623 1662 簡(jiǎn)稱帕 以符號(hào)表示 1Pa 1N m2 二 質(zhì)量力質(zhì)量力是作用在所取流體體積內(nèi)每一個(gè)質(zhì)點(diǎn)上的力 因?yàn)槠浯笮∨c流體的質(zhì)量成正比 故稱為質(zhì)量力 在均質(zhì)流體中 質(zhì)量力與體積之比為常量 重力是最常見的質(zhì)量力 若所取坐標(biāo)系為非慣性系 建立力的平衡方程時(shí) 其中的慣性力如離心力 科里奧利 Coriolis 力 科氏慣性力 也屬于質(zhì)量力 質(zhì)量力大小用單位質(zhì)量力表示 設(shè)均質(zhì)流體質(zhì)量為m 所受質(zhì)量力為 則單位質(zhì)量力為單位質(zhì)量力在各坐標(biāo)軸上分量 若作用在流體上的質(zhì)量力只有重力 圖1 2 則 單位質(zhì)量力X 0 Y 0 單位質(zhì)量力的單位為m s2 與加速度單位相同 在地球表面靜止流體所受的單位質(zhì)量力為 g 而自由落體所受的單位質(zhì)量力為0 溫度 1 3流體的主要物理性質(zhì) 一 慣性流體的物理性質(zhì)是決定流動(dòng)狀態(tài)的內(nèi)在因素 同流體運(yùn)動(dòng)有關(guān)的主要物理性質(zhì)是慣性 粘性和壓縮性 1 慣性 是物體保持原有運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的性質(zhì) 凡改變物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài) 就必須克服慣性的作用 質(zhì)量是慣性大小的度量 2 密度 單位體積的質(zhì)量稱為密度 以符號(hào) 表示 如均質(zhì)流體的體積為V 質(zhì)量為m 則 1 1 密度的單位是kg m3 在正常情況下 液體的密度隨壓強(qiáng)和溫度的變化很小 一般可視為常數(shù) 如采用水的密度為1000kg m3 水銀的密度為13600kg m3 氣體的密度隨壓強(qiáng)和溫度變化 一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓 0oC空氣的密度1 29kg m3 在一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓條件下 水的密度見表1 1 幾種常見流體的密度見表1 2 錄象 汽化 表1 2如下 二 萬有引力特性1 萬有引力特性 任何物體之間都具有相互吸引力的性質(zhì) 2 重度 容重 指單位體積流體的重量 單位 N m2均質(zhì)流體內(nèi)部各點(diǎn)處的容重均相等 水的容重常用值 3 氣體的比容 指單位氣體質(zhì)量所具有的體積 mg3 kg 氣體的比容或密度 與氣體的工程或過程是密切相關(guān)的 是由狀態(tài)方程確定 理想氣體狀態(tài)方程R為氣體常數(shù)空氣的4 液體的比重 是指液體密度與標(biāo)準(zhǔn)純水的密度之比 沒有單位 是無量綱 三 粘性1 粘性液體所具有的抵抗剪切變形的性質(zhì) 觀察圖1 3所示 兩個(gè)平行平板 其間充滿靜止流體 兩平板間距離h 以y方向?yàn)榉ň€方向 保持下平板固定不動(dòng) 使上平板沿所在乎面以速度U運(yùn)動(dòng) 于是粘附于上平板表面的一層流體 隨平板以速度u運(yùn)動(dòng) 并逐層向內(nèi)影響 各層相繼流動(dòng) 直至粘附于下平面的流層速度為零 在U和h都較小的情況下 各流層的速度 沿法線方向呈直線分布 上平板帶動(dòng)粘附在板上的流層運(yùn)功 而能影響到內(nèi)部各流層運(yùn)動(dòng)說明內(nèi)部各流層間存在著剪切力 即內(nèi)摩擦力 這就是粘性的宏觀表象 此得出 粘性是流體的內(nèi)摩擦特性 2 牛頓內(nèi)摩擦力定律 牛頓 Newton 1642 1727 在l686年提出 并經(jīng)后人驗(yàn)證流體的內(nèi)摩擦力 剪切力 T與流速梯度成比例 與流層的接觸面積A成比例 與氣流體的性質(zhì)有關(guān) 與接觸面上的壓力無關(guān) 即 1 2 以應(yīng)力表示 1 3 式 1 2 式 1 3 稱為牛頓內(nèi)摩擦定律 式中為流速在法線方向的變化率 稱為速度梯度 為進(jìn)一步說明該項(xiàng)的物理意義 在厚度為dy的上 下兩流層間取矩形流體質(zhì)點(diǎn) 只是在考慮尺度效應(yīng) 旋轉(zhuǎn) 變形 時(shí) 習(xí)慣上稱為微團(tuán) 圖1 3 因上 下層的流速相差 經(jīng)時(shí)間 微團(tuán)除位移外 還發(fā)生剪切變形 可知速度梯度實(shí)為流體微團(tuán)的剪切變形速度 牛頓內(nèi)摩擦定律也可表示為 1 4 式1 4表明流體因粘性產(chǎn)生的內(nèi)摩擦力與微團(tuán)的剪切變形速度 或剪切變形速率 成正比 所以粘性又可看作是流體阻抗剪切變形速度的特性 是比例系數(shù)具有動(dòng)力學(xué)的量綱 所以稱為動(dòng)力粘度 動(dòng)力粘性系數(shù) 單位是Pa s 動(dòng)力粘度是流體粘性的度量 值越大 流體越粘 流動(dòng)性越差 流體的粘度受壓力的影響很小 隨溫度而變化 不同溫度水和空氣的粘度見表1 3 表1 4 在分析粘性流體運(yùn)動(dòng)規(guī)律時(shí) 經(jīng)常以粘度和密度之比的形式出現(xiàn) 具有動(dòng)力學(xué)的量綱 故將其定義為流體的運(yùn)動(dòng)粘度 1 5 運(yùn)動(dòng)粘度的單位為m2 s 由表l 3 表1 4可見 液體的粘度隨溫度升高而減小 氣體的粘度則隨溫度升高而增大 原因是 液體分子間的距離很小 分子間的引力即內(nèi)聚力是構(gòu)成粘性的主要因素 溫度升高 分子間距離增大 內(nèi)聚力減小 粘度隨之減小 氣體分子間的距離遠(yuǎn)大于液體 分子熱運(yùn)動(dòng)引起的動(dòng)量交換是形成粘性的主要因素 溫度升高 分子熱運(yùn)動(dòng)加劇 動(dòng)量交換加大 粘度隨之增大 粘性是引起能量損失的根源 它在而且只有在運(yùn)動(dòng)的狀態(tài)下體現(xiàn)出來 3 理想流體 實(shí)際的流體無論液體或氣體 都是有粘性的 粘性的存在 往往給流體運(yùn)動(dòng)規(guī)律的研究帶來極大困難 為了簡(jiǎn)化理論分析 特引入理想流體的概念 所謂理想流體 是指無粘性 的流體 理想流體實(shí)際上是不存在的 它只是一種對(duì)物性簡(jiǎn)化的力學(xué)模型 但是 如果流體的粘度很小 可以忽略不計(jì)時(shí) 就可作為理想流體 由于理想流體不考慮粘性 使對(duì)流動(dòng)的分析大為簡(jiǎn)化 從而能得出理論分析的結(jié)果 所得結(jié)果對(duì)某些粘性影響很小的流動(dòng) 能夠較好地符合實(shí)際 對(duì)粘性影響不能忽略的流動(dòng) 則可通過實(shí)驗(yàn)加以修正 從而能比較容易地解決許多實(shí)際流動(dòng)問題 這是處理粘性流體運(yùn)動(dòng)的一種很有效方法 例1 旋轉(zhuǎn)圓筒粘度計(jì) 外筒固定 內(nèi)筒由同步電機(jī)帶動(dòng)旋轉(zhuǎn) 內(nèi)外筒間充入實(shí)驗(yàn)液體 圖1 4 已知內(nèi)筒半徑r1 l 93cm 外筒半徑r2 2cm 內(nèi)筒高h(yuǎn) 7cm實(shí)驗(yàn)測(cè)得內(nèi)筒轉(zhuǎn)速n 10r min 轉(zhuǎn)軸上的扭矩M 0 0045N m 試求該實(shí)驗(yàn)液體的粘度 解 充入內(nèi)外筒間隙中的實(shí)驗(yàn)液體 在內(nèi)筒帶動(dòng)下作圓周運(yùn)動(dòng) 因間隙很小 速度近似直線分布 不計(jì)內(nèi)筒端面的影響 內(nèi)筒切應(yīng)力 其中內(nèi)筒旋轉(zhuǎn)角速度 扭矩解得 例2 一底面積為40 45cm2 高為1cm的木塊 質(zhì)量為5kg 沿著涂有潤滑油的斜面下作等速運(yùn)動(dòng) 如圖1 5所示 已知木塊運(yùn)動(dòng)速度v 1m s 油層厚度 1mm 由木塊所帶動(dòng)的油層的運(yùn)動(dòng)速度呈直線分布 求油的粘滯系數(shù) 解 由牛頓定律 呈直線分布 圖1 5 四 可壓縮性與膨脹性1 液體的可壓縮性和膨脹性可壓縮性是流體受壓時(shí) 體積縮小 密度增大 除去外力后能恢復(fù)原狀的性質(zhì) 可壓縮性實(shí)際上是流體的彈性 膨脹性是是熱膨脹性的稱 是指流體在受熱時(shí) 體積膨脹 密度減小 溫度下降能恢復(fù)原狀的性質(zhì) 液體和氣體的可壓縮性和膨脹性有很大差別 下面分別說明 壓縮系數(shù)作用在流體上的壓力變化可引起流體的體積變化或密度變化 這一現(xiàn)象稱為流體的可壓縮性 可用體積壓縮系數(shù)k來量度 流體體積的相對(duì)縮小值與壓強(qiáng)增值之比 即當(dāng)壓強(qiáng)增大一個(gè)單位時(shí) 流體體積的相對(duì)減小值 若在一定溫度下 液體的體積為V 壓強(qiáng)增加后體積減小dV 則壓縮系數(shù)為 1 6 由于液體受壓體積減小 dp和dV異號(hào) 式中右側(cè)加負(fù)號(hào) 以使為正值 其值愈大 愈容易壓縮 k的單位是m2 N 根據(jù)液體壓縮前后 質(zhì)量V不變 有 得 1 7 液體的壓縮系數(shù)隨溫度和壓強(qiáng)變化 水在0 不同壓強(qiáng)下的壓縮系數(shù)如下表 體積模量 壓縮系數(shù)的倒數(shù)稱為體積模量 即 Pa 1 8 說明 K越大 越不易壓縮 當(dāng)K時(shí) 表示該流體絕對(duì)不可壓縮 流體的種類不同 其k和K值不同 同一種流體的k和K值隨溫度 壓強(qiáng)的變化而變化 在一定溫度和中等壓強(qiáng)下 水的壓縮系數(shù)為1 2000 變化很小 K的單位是N m2 進(jìn)行水擊計(jì)算時(shí) 水的體積模量可取K 2 1 109N m2 水k的與K隨溫度和壓強(qiáng)而變化 但變化甚微 例1 20 的2 5m3水 當(dāng)溫度升至80 時(shí) 其體積增加多少 解 20 時(shí) 1 998 23kg m380 時(shí) 2 971 83kg m3即則 例2 使水的體積減小0 1 及1 時(shí) 應(yīng)增大壓強(qiáng)各為多少 Ev 2000MPa 解 dv v 0 1 P 2000 106 0 1 2 106Pa 2 0MPadv v 1 P 2000 106 1 20MPa 例3 輸水管長L 200m 直徑d 400mm 作水壓試驗(yàn) 使管中壓強(qiáng)達(dá)到p1 55at后停止加壓 經(jīng)歷1小時(shí) 管中壓強(qiáng)降到p2 50at 如不計(jì)管道變形 問在上述情況下管道漏縫流出的水量平均每秒是多少 水的體積壓縮系數(shù) 解 水經(jīng)管道漏縫泄出后 管中壓強(qiáng)下降 于是水體膨脹 其膨脹的水體積水體膨脹量即為經(jīng)管道漏縫流出的水量 這是在1小時(shí)內(nèi)流出的 設(shè)經(jīng)管道漏縫平均每秒流出的水體積以表示 則 四 可壓縮性與膨脹性 液體膨脹性是流體受熱后體積增大 密度縮小的性質(zhì) 用熱膨脹系數(shù)表示 它表示在一定的壓強(qiáng)下 溫度增加1度 密度的相對(duì)減小率 體積膨脹系數(shù)若液體的原體積為 溫度增加 體積增加 熱膨脹系數(shù) 或 1 9 液體的膨脹系數(shù)隨壓強(qiáng)和溫度而變化 水在1標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下 不同溫度時(shí)的膨脹系數(shù)見表1 6 水的體膨脹系數(shù) 在常溫常壓下約為1 105 在液壓封閉系統(tǒng)或熱水采暖系統(tǒng)中 當(dāng)工作溫度變化較大時(shí) 需考慮體積膨脹對(duì)系統(tǒng)造成的影響 2 氣體的壓縮性氣體具有顯著的壓縮性 在一般情況下 常用氣體 如空氣 氮 氧 二氧化碳等 的密度 壓強(qiáng)和溫度三者之間的關(guān)系 符合理想氣體狀態(tài)方程 1 10 式中 p 氣體的絕對(duì)壓強(qiáng) Pa 氣體的密度 kg m3 T 氣體的熱力溫度 K R 氣體常數(shù) 標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下 J kg K 標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下 空氣 M 29 R 287 J kg K M 氣體的分子量 當(dāng)氣體在很高的壓強(qiáng) 很低的溫度下 或接近液態(tài)時(shí) 就不能當(dāng)作理想氣體看 3 不可壓縮流體實(shí)際流體都是可壓縮的 然而有許多流動(dòng) 流體密度的變化很小 可以忽略 所謂不可壓縮流體 是指流體的每一個(gè)質(zhì)點(diǎn)在運(yùn)動(dòng)全過程中 密度不變的流體 對(duì)于均質(zhì)的不可壓縮流體 密度時(shí)時(shí)處處都不變化 即常數(shù) 不可壓縮流體是又一理想化的力學(xué)模型 液體的壓縮系數(shù)很小 體積模量很大 在相當(dāng)大的壓強(qiáng)變化范圍內(nèi) 密度幾乎不變 因此 一般的液體平衡和運(yùn)動(dòng)問題 都可按不可壓縮流體進(jìn)行理論分析 對(duì)于某些特殊的流動(dòng)現(xiàn)象 如有壓管流的水擊 水中爆炸波的傳播等 壓縮性起著關(guān)鍵作用 則必須考慮液體的壓縮性 液體和遠(yuǎn)小于音速 341m s 的低速氣體可以看作是不可壓縮流體 高速氣體是可壓縮流體 液體在高壓下 如水擊時(shí) 也應(yīng)考慮其壓縮性 五 表面張力特性由于分子間凝聚力的作用 液體自由面都呈現(xiàn)出收縮的趨勢(shì) 因?yàn)槟哿χ挥性诎霃絩很小 約10 7cm 的作用范圍內(nèi) 才可以顯現(xiàn)出來 與分界面的距離大于或等于r分子 其所受周圍分子的引力 互相抵消 分界面不受影響 但若分子到分界面的距離小于r 如圖1 6所示 分子m距自由面NN距離為a 自由面的對(duì)稱面為在NN與間的全部液體分子對(duì)m的作用 互相抵消 而在凝聚力作用范圍內(nèi)處于面以下的液體分子 則對(duì)分子m施以向下的拉力 在液面處的分子受此拉力作用 又有向液體內(nèi)部收縮的趨勢(shì) 因此 可以想象液體分界面是一層彈性薄膜 由于向內(nèi)拉力在分界面上的分力作用 而使薄膜處于緊張狀態(tài) 這個(gè)張力 稱為表面張力 圖1 6表面張力的產(chǎn)生 表面張力的大小 以表面張力系數(shù)表示 表面張力系數(shù)是指作用在單位長度上的力 單位為N m 氣體與液體間 或互不摻混的液體間 在分界面附近的分子 都受到兩種介質(zhì)的分子力作用 這兩種相鄰介質(zhì)的特性 決定著分界面張力的大小及分界面的不同形狀 如空氣中的露珠 水中的氣泡 水銀表面的水銀膜 溫度對(duì)水的表面張力有影響 當(dāng)溫度由20 變化到100 時(shí) 水的表面張力由0 073N m變?yōu)? 05N m 液體與固體壁接觸時(shí) 液體沿壁上升或下降的現(xiàn)象 稱為毛細(xì)現(xiàn)象 液體能在細(xì)管中上升 是因?yàn)橐后w分子間的凝聚力小于其與壁管間的附著力 如水 油等 能打濕管壁 液面向上彎曲 表面張力拉液體上升 若液體分子間的凝聚力大于其與管壁間的附著力 如水銀 不能打濕管壁 液面向下彎曲 表面張力拉液體下降 溫度升高時(shí) 液體的表面張力減小 水或水銀在圓形斷面的細(xì)玻璃管中下降或上升的高度與管內(nèi)徑的關(guān)系 示于圖1 7 圖1 7在細(xì)圓管中的毛細(xì)現(xiàn)象 1 4牛頓流體和非牛頓流體 一 流變性 反映流體在簡(jiǎn)單剪切流動(dòng)條件下 切應(yīng)力與剪切變形速度關(guān)系的力學(xué)性質(zhì) 1 牛頓流體符合牛頓內(nèi)摩擦力定律 式1 3 的流體稱為牛頓流體 式 1 3 給出了流體簡(jiǎn)單剪切流動(dòng) 圖1 3 切應(yīng)力與剪切變形速度的關(guān)系 這種關(guān)系反映流體物料的力學(xué)性質(zhì) 稱為流變性 表示流變關(guān)系的曲線稱為流變曲線 水 汽油 煤油 柴油 酒精 香蕉水 甲苯等液體和各種氣體的流變性符合牛頓內(nèi)摩擦定律 這樣的流體統(tǒng)稱為牛頓流體 牛頓流體的運(yùn)動(dòng)粘度 在一定的溫度和壓力下是常數(shù) 切應(yīng)力與剪切變形速度成線性關(guān)系 流變曲線是通過坐標(biāo)原點(diǎn)的直線 圖1 5a 斜率就是牛頓流體的粘度 即 即 除了牛頓流體外 在自然界和工程中還有許多液體物料 如瀝青 水泥砂漿等 的流變性不符合牛頓內(nèi)摩擦定律 其流變曲線不是通過坐標(biāo)原點(diǎn)的直線 圖1 5 b d 這樣的流體統(tǒng)稱為非牛頓流體 對(duì)于非牛頓流體 也類似于牛頓流體 把切應(yīng)力與剪切變形速度之比的定義為非牛頓流體的表觀粘度 表觀粘度一般隨剪切變形速度和剪切持續(xù)時(shí)間而變化 非牛頓流體的分類 主要有非時(shí)變性非牛頓流體 時(shí)變性非牛頓流體和粘彈性流體 1 非時(shí)變性非牛頓流體流體的表觀粘度只與剪應(yīng)變率有關(guān) 與剪切作用持續(xù)時(shí)間無關(guān) 這一類是應(yīng)用最多的非牛頓流體 主要有賓漢 Bingham 體 偽塑體 剪切稀化流體 和膨脹體 剪切稠化流體 賓漢體施加的應(yīng)力超過屈服應(yīng)力時(shí)才能流動(dòng) 賓漢體也稱塑性流體 流變方程為 1 10 式中 B 屈服應(yīng)力N m2 p 塑性粘度N S m2 偽塑體隨著剪切變形速度的增大 粘度降低 流動(dòng)性增大 流體變稀 流變方程為 n 1 1 12 式中k 稠度系數(shù)N Sn m2n 流變指數(shù)偽塑性流體是含有長鏈分子結(jié)構(gòu)的高聚物熔體 高聚物溶液以及含有細(xì)長纖維和顆粒的懸浮液 由于長鏈分子或顆粒之間的物理化學(xué)作用 形成某種松散結(jié)構(gòu) 隨著剪切變形速度的增大 結(jié)構(gòu)逐漸被破壞 長鏈分子沿流動(dòng)方向定向排列 使流動(dòng)阻力減小 粘度降低 多數(shù)非牛頓流體都是偽塑性流體 如 高分子聚合物溶液 尼龍的溶液 橡膠的溶液 顏料 血漿 某些原油等 膨脹體膨脹流體流變方程為 n 1 1 13 式中 k 稠度系數(shù) 單位 n 流變指數(shù)膨脹流體的流變曲線大體上是通過坐標(biāo)原點(diǎn)并向下凹的曲線 圖1 5d 由圖可見 膨脹流體的流動(dòng)特點(diǎn)是隨著剪切變形速度的增大 表觀粘度增大 流動(dòng)性降低 表現(xiàn)出流體增稠 因此膨脹流體又稱為剪切稠化流體 對(duì)剪切稠化 雷諾最早的解釋是 膨脹流體多為含很高濃度不規(guī)則形狀固體顆粒的懸濁液 此種懸濁液在低剪切速度時(shí) 不同粒度的顆粒排列較密 隨著剪切速度的增大 使顆粒間空隙增大 存在于空隙間起潤滑作用的液體數(shù)量不足 流動(dòng)阻力增大 表觀粘度增大 特別高濃度的挾沙水流 淀粉糊 阿拉伯樹膠溶液等是膨脹流體 2 時(shí)變性非牛頓流體流體的表觀粘度不僅與剪應(yīng)變率有關(guān) 且與剪切作用持續(xù)時(shí)間有關(guān) 其原因是這類流體受剪切作用 內(nèi)部結(jié)構(gòu)的調(diào)整需要一個(gè)時(shí)間過程 時(shí)變性非牛頓流體分為觸變流體和觸稠流體 在一定剪應(yīng)變率下 前者的表觀是粘度隨剪切力作用持續(xù)時(shí)間而減小 如某些油漆 涂料是觸變流體 后者的表觀粘度隨剪切力作用持續(xù)時(shí)間而增大 如某些乳膠懸浮液是觸稠流體 3 粘彈性流體這一類流體兼有粘性和彈性雙重性質(zhì) 由此而顯現(xiàn)出純粘性所沒有的特殊現(xiàn)象 如盛在容器內(nèi)的粘彈性流體 沿旋轉(zhuǎn)的攪拌桿向上爬升 液面內(nèi)高外低 這種爬竿現(xiàn)象稱為魏森貝戈 Weissenberg 效應(yīng) 而對(duì)牛頓流體 由于離心力作用 液面成為凹形 外高內(nèi)低 粘彈性流體自大容器內(nèi)有細(xì)管流出 流體的直徑大于細(xì)管直徑 多數(shù)粘性流體 如高分子溶液從細(xì)管內(nèi)擠出時(shí) 一般 這種擠出脹大現(xiàn)象也稱為巴拉斯 Barus 效應(yīng) 而牛頓流體有細(xì)管流出時(shí) 形成射流收縮 此外 將進(jìn)入粘彈性流體中的吸管 在抽吸過程中慢慢地拔出液面 流體仍繼續(xù)流入管內(nèi) 形成無管虹吸 某些高分子溶液 尼龍的溶液 蛋清 人的唾液等都是常見的粘彈性流體 3 粘彈性流體這一類流體兼有粘性和彈性雙重性質(zhì) 由此而顯現(xiàn)出純粘性所沒有的特殊現(xiàn)象 如盛在容器內(nèi)的粘彈性流體 沿旋轉(zhuǎn)的攪拌桿向上爬升 液面內(nèi)高外低 這種爬竿現(xiàn)象稱為魏森貝戈 Weissenberg 效應(yīng) 而對(duì)牛頓流體 由于離心力作用 液面成為凹形 外高內(nèi)低 粘彈性流體自大容器內(nèi)有細(xì)管流出 流體的直徑大于細(xì)管直徑 多數(shù)粘性流體 如高分子溶液從細(xì)管內(nèi)擠出時(shí) 一般 這種擠出脹大現(xiàn)象也稱為巴拉斯 Barus 效應(yīng) 而牛頓流體有細(xì)管流出時(shí) 形成射流收縮 此外 將進(jìn)入粘彈性流體中的吸管 在抽吸過程中慢慢地拔出液面 流體仍繼續(xù)流入管內(nèi) 形成無管虹吸 某些高分子溶液 尼龍的溶液 蛋清 人的唾液等都是常見的粘彈性流體 感謝蘭州交通大學(xué)環(huán)境與市政工程學(xué)院環(huán)工031班宋潔 建環(huán)041班黃曉娟 張喜蓮 李忠喜 趙龍龍等環(huán)工051班王小明 白斌環(huán)工052班王旭東 王迎兵 何凱強(qiáng)機(jī)電工程學(xué)院機(jī)設(shè)032班劉彩云等同學(xué)在編寫過程中的辛勤勞動(dòng) 在此一并感謝- 1.請(qǐng)仔細(xì)閱讀文檔,確保文檔完整性,對(duì)于不預(yù)覽、不比對(duì)內(nèi)容而直接下載帶來的問題本站不予受理。
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