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1、第2章 流体力学基础,教师：陈莹莹,2023年9月8日,理学院 应用物理系,1,目 录,第1节：流体力学简介,第6节：生物流体力学简介,2023年9月8日,理学院 应用物理系,2,第2节：理想流体的定常流动,第3节：伯努利方程及其应用,第4节：黏性流体的定常流动,第5节：泊肃叶定律 斯托克斯定律,流体:具有流动性(物体的各部分间可以相对运动，没有固定的形状)的物体。液体和气体都是流体。由连续分布的流体质量元组成的。,1.1 流体,流体质量元,2.微观上看为无穷大，不必深入研究 流体分子的无规则热运动。,1.宏观上看为无穷小的一点，有确定的位置、速度、密度 和压强 等；,2023年9月8日,理学
2、院 应用物理系,3,理想流体：绝对不可压缩、完全没有黏滞性的流体。,目 录,第1节：流体力学简介,第6节：生物流体力学简介,2023年9月8日,理学院 应用物理系,4,第2节：理想流体的定常流动,第3节：伯努利方程及其应用,第4节：黏性流体的定常流动,第5节：泊肃叶定律 斯托克斯定律,流体流经的空间称为流体空间或流场。,定常流动：流场中各点的速度不随时间 变化。,2.2 定常流动 流线与流管,定常流动,说明,2023年9月8日,理学院 应用物理系,5,流线：分布在流场中的许多假想曲线，曲线上每一点的切线方向和流体质量元流经该点时的速度方向一致。,2.2 定常流动 流线与流管,流线,说明,202
3、3年9月8日,理学院 应用物理系,6,流速大,流管：由一组流线围成的管状区域称为流管。,2023年9月8日,理学院 应用物理系,7,流管,2.2 定常流动 流线与流管,说明,目 录,第1节：流体力学简介,第6节：生物流体力学简介,2023年9月8日,理学院 应用物理系,8,第2节：理想流体的定常流动,第3节：伯努利方程及其应用,第4节：黏性流体的定常流动,第5节：泊肃叶定律 斯托克斯定律,2.3 连续性原理,不可压缩流体定常流动的连续性原理,（常量）,2023年9月8日,理学院 应用物理系,9,3.1 伯努利方程,理想流体定常流动的伯努利方程,例1：小孔流速,条件：容器线度远大于小孔线度,3.
4、3 伯努利方程的应用,2023年9月8日,理学院 应用物理系,10,实际应用：利用虹吸管从水库引水,条件：hAhC 0，,为 U 形管中液体密度(红色),3.3 伯努利方程的应用,例3：皮托管（Pitot tube）,vA=0,2023年9月8日,理学院 应用物理系,11,为所测流体密度(绿色)。,hA=hB,U形管中液面的高度差反映A、B两处压强差,气体流速测定,3.3 伯努利方程的应用,例3：皮托管（Pitot tube）,2023年9月8日,理学院 应用物理系,12,由于 vA=0，hA hB，,则：,U形管中液面高度差反映A、B两处压强差：,管道中的流量为,3.3 伯努利方程的应用,例
5、4：文丘里流量计（Venturi flowmeter）,2023年9月8日,理学院 应用物理系,13,目 录,第1节：流体力学简介,第6节：生物流体力学简介,2023年9月8日,理学院 应用物理系,14,第2节：理想流体的定常流动,第3节：伯努利方程及其应用,第4节：黏性流体的定常流动,第5节：泊肃叶定律 斯托克斯定律,层流：当黏性流体流速较小时，保持分层流动，各流层之间只作相对滑动，彼此不相混合。流体的这种运动称为层流。,4.1 牛顿黏性定律,2023年9月8日,理学院 应用物理系,15,粘性流体做层流运动时，越靠近容器壁流速越小，容器壁处液体附着在容器壁上，流速为0。,牛顿黏性定律，其中（
6、单位：Pa s）称为黏度。,黏性流体定常流动伯努利方程,4.2 黏性流体的伯努利方程,2023年9月8日,理学院 应用物理系,16,湍流：当黏性流体流速较大时，容易产生径向流动（垂直于管轴方向的速度分量），各流层相互掺合，整个流体作不规则运动，称为湍流。,4.3 湍流,与层流相比，湍流流动阻力大流量小，能量损耗增加，与平均流速的平方成正比。,4.4 雷诺数,2023年9月8日,理学院 应用物理系,17,：特征流速(外流：远前方来流速度；内流：管道内平均流速)；,：特征长度(物体主要尺寸,如机翼弦长、管道或圆球直径)。,流体是作层流还是作湍流与一个无量纲的参量 有关，称之为雷诺数。,流体由层流向
7、湍流过渡的雷诺数，叫做临界雷诺数。,雷诺数小时，流体做层流，雷诺数大时做湍流。,目 录,第1节：流体力学简介,第6节：生物流体力学简介,2023年9月8日,理学院 应用物理系,18,第2节：理想流体的定常流动,第3节：伯努利方程及其应用,第4节：黏性流体的定常流动,第5节：泊肃叶定律 斯托克斯定律,黏性流体在粗细均匀的水平管道中做定常层流时的流速及流量,5.1 泊肃叶定律,2023年9月8日,理学院 应用物理系,19,单位时间总体积流量(泊肃叶定律),黏性流体中低速运动的小球所受阻力,式中 为流体的黏度，为小球半径，为小球相对于流体的速度。,5.3 斯托克斯定律,2023年9月8日,理学院 应用物理系,20,沉降分离,三力平衡时有,收尾速度,2023年9月8日,理学院 应用物理系,21,Thank You!,
