流体力学教案(上课版).docx

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1、江西电力技师学院江西机电学校教案纸课程：流体力学第1页授课日期：班级:课题：绪论目的要求：激发学习兴趣重点难点：教学方法、教具：讲授教案审批:作业布置：一、流体力学的研究对象及意义流体力学的任务：研究流体平衡和运动的力学规律、流体与固体之间的相互作用及其在工程技术中的应用。2、研究对象：流体（包括气体和液体）。3、力学中对流体的定义：在静力平衡时，不能承受剪切力的物质就是流体。4、流体的根本特征：易流动性，也是流体与固体的主要区别，是由它的力学性质决定的。5、易流动性：处于静止状态的流体不能承受剪切力，即使在很小的剪切力的作用下也将发生连续不断的变形，直到剪切力消失为止。这也是它便于用管道进行

2、输送，适宜于做供热、制冷等工作介质的主要原因。流体也不能承受拉力，它只能承受压力。利用蒸汽压力推动气轮机来发电，利用液压、气压传动各种机械等，都是流体抗压能力和易流动性的应用。没有固定的形状,取决于约束边界形状,不同的边界必将产生不同的流动。学习目的：掌握根本理论、根本方法，为今后的生产和科研效劳，为流体机械、选矿等后续课程作必要的理论准备。5、流体力学新的分支或交叉学科，如工程流体力学、水力学、流体动力学、空气动力学、计算流体力学、稀薄气体力学、磁流体力学、生物流体力学等。6、流体力学局部主要内容是将以水为代表的不可压缩流体（简称液体）选作研究对象，介绍表示液体机械运动规律和流体流动阻力损失

3、规律的各种数学公式；讨论这些公式的形式、意义及适用条件；研究它们在分析和解决工程实际问题中，使用的方法、步骤和考前须知。泵与风机局部的主要内容是结合火力发电厂常用的泵与风机，介绍泵与风机的分类构造、工作原理和根本性能参数等根本知识；着重讨论泵与风机性能曲线及其变换原理、工作点和调节原理等根本理论；研究泵与风机结构图的识读、性能曲线的分析比拟和变换、工作点和调节方法确实定以及运行维护等根本应用知识。7、泵与风机在电厂中耗电量很大，各类泵与风机总耗电约占整个厂用电的70%80%,整个厂用电约占发电量的12%左右。由此可见，提高泵与风机的效率，降低耗电量，是减少电厂厂用电，提高发电厂供电能力，降低本

4、钱的一个重要途径。假设这些泵与风机的效率从80%降到70%,那么它们将多消耗7-11.4MW的电量。由此可见，减小流体在系统内的流动阻力损失，合理地调节运行工况，提高泵与风机的效率，降低耗电量，是减少厂用电、降低发电本钱及提高电厂经济效益的关键之一。8、国产300MW机组配套的两台DG500240型离心式锅炉给水泵，驱动功率每台为5500kWo而目前大型锅炉给水泵的驱动功率已接近6000kWo给水泵的压力也从超高压13.7-15.7MPa,亚临界压力17.720MPa,已开展到超临界压力25.629.4MPa,近年来，有压力更高达50MPa以上的产品。60年代，给水泵转速一般为3000rmin

5、,近年来已提高到7500rmin,泵的单级扬程由200m左右增加到1150m以上，如美国660MW机组配套的给水泵，转速为6500rmin,总扬程达2317m；因而级数从5级减少到2级，相应的轴的长度大大缩短，江西电力技师学院江西机电学校教案纸课程：流体力学第3页授课日期：班级：课题：1一1流体的概念1-2流体的物理性质目的要求：熟悉流体的根本概念、掌握流体的：惯性、压缩性、膨胀性、重点难点:流体的根本概念、流体的：惯性、压缩性、膨胀性、教学方法、教具：讲授作业布置：教案审批：11流体的概念1、流体（包括气体和液体）。2、力学中对流体的定义：在静力平衡时，不能承受剪切力的物质就是流体。3、流体

6、的根本特征：易流动性，也是流体与固体的主要区别，是由它的力学性质决定的。4、易流动性：处于静止状态的流体不能承受剪切力，即使在很小的剪切力的作用下也将发生连续不断的变形，直到剪切力消失为止。这也是它便于用管道进行输送，适宜于做供热、制冷等工作介质的主要原因。流体也不能承受拉力，它只能承受压力。利用蒸汽压力推动气轮机来发电，利用液压、气压传动各种机械等，都是流体抗压能力和易流动性的应用。没有固定的形状,取决于约束边界形状,不同的边界必将产生不同的流动。12流体的物理性质一、惯性惯性是物体对抗外力作用而维持其原有运动状态的性质。惯性的大小取决于物体的质量，质量t,惯性t。举例：汽车减速。工程中常用

7、体积来表示流体的量的多少，如：煤气表、水表的示数都是体积。单位体积流体的质量一一流体的密度，用P来表示。P=/对于均质流体（kgm3）对于均质流体，其重度(Formula)为y=(Nm3)在地球重力场的条件下，流体的密度和重度的关系为V=点常温下水的密度和重度一般采用：pw=1000kgm3,w=9800Nm3。注意：密度和重度的本质区别。二、压缩性和膨胀性(1)压缩性当作用在流体上的压力t时，流体的体积I,密度t,流体的压缩性。流体可压缩性的大小通常用体积压缩系数4,表示。在实际工程中，一般认为：液体是不可压缩的；气体，当压力和温度在整个流动过程中变化很小时(如通风系统)，可按不可压缩流体处

8、理。如矿井通风系统。如研究液体的振动、冲击时，那么要考虑液体的压缩性。(2)膨胀性当温度t时，体积t流体的膨胀性。大小用体积膨胀系数四表示。在工程上：液体的儿很小，一般不考虑其膨胀性；气体的0很大，当压力和温度变化时，密度或重度明显改变，其间的关系，可用理想气体状态方程式来描述。及必须考虑膨胀性。江西电力技师学院江西机电学校教案纸课程：流体力学第5页授课日期：班级:课题：1一2流体的物理性质目的要求：掌握流体的粘滞性的特性.重点难点：流体的粘滞性的特性.教案审批:教学方法、教具：讲授作业布置：12流体的物理性质三、粘性粘性一一流体阻止发生剪切变形的一种特性。粘性是流体的固有属性。当流体运动时，

9、流体内部各质点间或流体层间会因相对运动而产生内摩擦力（剪切力）以抵抗其相对运动，流体的这种性质称为粘性。此内摩擦力称为粘滞力（粘性切应力）。1、牛顿内摩擦定律图为平行平板实验的示意图。假定在两板之间流体是分层运动，没有不规那么的流体运动及脉动参加其中，那么由下板到上板之间有许多流体层。各层流体由于质点间的内摩擦力作用，其速度沿y方向的变化规律如图1.2.1所示。设：F一一各流体层间产生的内摩擦力，大量实验证明，内摩擦力厂与接触面积A、相对速度差点成正比，而与垂直距离dy成反比，即/J假设乘以比例系数M,那么有1.、adl（F=zzAdyT=N=半式称为牛顿内摩擦定律或粘性定律。Aay单位面积上

10、的内摩擦力或切应力，Nm2；4流体层的接触面积，m2；半速度梯度，即速度在垂直于该速度方向上的变化率，s,;dy一与流体性质有关的比例系数，称为动力粘性系数，或称动力粘度牛顿流体：符合牛顿内摩擦定律。如水、酒精、汽油和一般气体等分子结构简单的流体都是牛顿流体。非牛顿流体：不符合牛顿内摩擦定律。如泥浆、有机胶体、油漆、高分子溶液等。2、粘性系数：(1)、动力粘性系数反响流体的粘性值由实验测定。值表示速度梯度等于1时的接触面上的切应力。动力粘性系数国际单位为Pa&N.s/m?),物理单位为泊(P或dn.s/cm?)。它们的换算关系为lN.s112=10dn.sc2=10P(2)、运动粘性系数或运动

11、粘度：=艮PU的单位及各种单位之间的见换算关系。液压油的牌号多用运动粘性系数表示。一种机械油的号数就是以这种油在50。C时的运动粘性系数平均值标注的，号数越大，粘性就越大。例如30号机械油，就是指这种油在50C时的运动粘性系数平均值为30IOYIn2/so(3)、温度、压力对粘性系数的影响液体：温度t,粘性I;气体：温度t,粘性t。液体、气体：压力t,粘性t。(4)、理想流体与实际流体自然界中存在的流体都具有粘性一一粘性流体或实际流体。理想流体：是一种假想的无粘性的流体，=0o流体力学的研究方法：将实际流体假想为理想流体，找出它的运动规律后，再考虑粘性的影响，修正后再用于实际流体。江西电力技师

12、学院江西机电学校教案纸课程：流体力学第7页授课日期：班级：课题：1一3流体的外表性质、1-4连续性假定目的要求：熟悉流体的外表性及质连续性假定重点难点：教学方法、教具：讲授作业布置：教案审批：13流体的外表性质3、外表张力和毛细管现象（自学）要点：外表张力是如何产生的，大小与什么有关，如何表示？何谓毛细管现象14连续性假定一、流体的连续介质模型流体微团一一是使流体具有宏观特性的允许的最小体积。这样的微团，称为流体质点。流体微团：宏观上足够大，微观上足够小。流体的连续介质模型为：流体是由连续分布的流体质点所组成，每一空间点都被确定的流体质点所占据，其中没有间隙，流体的任一物理量可以表达成空间坐标

13、及时间的连续函数，而且是单值连续可微函数。二、过水断面上水力要素为了描述过水断面与流动阻力的关系，引入水力半径R的概念。R=X注意：水力半径与一般圆截面的半径是完全不同的概念。三、过水断面、流量及断面平均流速1、过水断面与微小流束或总流中各条流线相垂直的横断面，称为此微小流束或总流的过水断面（又称有效断面），过水断面一一平面或曲面；2、流量流量可分为体积流量qv（m3s）和质量流量M1kgs）两类。总流的流量等于同一过水断面上所有微小流束的流量之和。3、断面平均流速根据流量相等原那么确定的均匀速度c断面平均流速（假想的流速），其实质是同一过水断面上各点流速“对A的算术平均值。工程上常说的管道中

14、流体的流速即是八可进而理解：就是体积流量被过水断面面积除得的商。）c=qvA江西电力技师学院江西机电学校教案纸课程：流体力学第9页授课日期：班级：课题：21作用在流体上的力、21静压力的概念和表示方式目的要求：理解作用在流体上的力、掌握静压力的概念和表示方式重点难点:作用在流体上的力、静压力的概念和表示方式教案审批:教学方法、教具：讲授作业布置：21作用在流体上的力1、质量力质量力（G）：质量t,Gt长程力。质量力包括重力和惯性力。在流体力学中，常用单位质量力来衡量质量力的大小。x、y、Z分别代表单位质量力在直角坐标轴X、）、Z方向的分量，那么X=且y=且mmZ=屋单位与加速度的单位相同，均是

15、ms2om2、外表力：外表力近程力。外表切向力（为摩擦力）：一切应力或摩擦应力外表法向力（压力）。;一压应力简称为压强。口由流体粘性所引起的内摩擦力是外表切向力，平衡流体或理想流体，不存在外表切向力，只有外表法向力。21静压力的概念和表示方式一、流体静压强如图，在均质的静止流体中任取一别离体，将此别离体用一平面A3切成I、H两局部,并取走I局部。去掉后，要保持H局部的平衡，在面48上必须加上原来I局部流体对11局部的作用力。设作用在机点周围微小面积A上的合力为P,根据压强的定义，其平均压强为P=-(N/m2)M当面积A无限缩小到用点时：那么得P=Iim包(N/m?或P”)静止液体中的别离体JATOAP一一外部流体作用在流体内部加点上而产生的压力，称流体静压力。流体静压强一一作用在单位面积上的力。压强的存在：举生活中的实例二、流体静压强的特性流体静压强有两个重要特性：(1)流体