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  課程顧問(wèn)-小管家 2023-04-25 12:19:57

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  　　什么是流體力學(xué)?

  　　首先，什么是流體?

  　　物質(zhì)的三種常見(jiàn)狀態(tài)是固體、液體和氣體。

  　　流體不是液體就是氣體。

  　　如果表面效應(yīng)不存在，流動(dòng)在所有普通流體中表現(xiàn)相似，無(wú)論是氣體還是液體。

  　　流體的形式定義流體是一種在剪切應(yīng)力作用下連續(xù)變形的物質(zhì)。

  　　壓力的定義壓力被定義為作用在無(wú)窮小表面元素上的每單位面積的力。

  　　壓力兼具兩者大小(單位面積力)和方向，方向相對(duì)于應(yīng)力作用的表面。

  　　有正常的應(yīng)力和正切的壓力。

  　　壓力是一個(gè)正常的應(yīng)力，并向內(nèi)作用于表面，并垂直于表面。

  　　剪應(yīng)力就是一個(gè)例子正切的應(yīng)力，即它沿著平行于表面的表面作用。流體粘度引起的摩擦是流體中剪應(yīng)力的主要來(lái)源。

  　　人們可以構(gòu)建一個(gè)小流體粒子的自由體圖，以可視化作用在物體上的法向應(yīng)力和剪應(yīng)力:

  　

  　　考慮一個(gè)微小的流體元素(非常小的流體塊)，在這種情況下，流體是靜止的(或者在一條直線上勻速運(yùn)動(dòng))。靜止的液體只能有正常的應(yīng)力，因?yàn)殪o止的流體不能承受剪應(yīng)力。在這種情況下，所有力的總和必須平衡流體元素的重量。這種情況被稱為流體靜力學(xué)。

        在這里，壓力是唯一存在的正應(yīng)力。壓力總是正向向內(nèi)。顯然，流體元件底部的壓力必須略大于頂部的壓力，這樣總壓力才能平衡元件的重量。同時(shí)，右側(cè)面的壓力必須等于左側(cè)面的壓力，這樣水平方向的力之和為零。

  　　[注:這個(gè)圖是二維的，但實(shí)際的流體元素是三維的。因此，正面的壓力也必須平衡背面的壓力。]

  　　自由體圖，運(yùn)動(dòng)中的流體粒子：

  　　

  　　考慮一個(gè)微小的流體元素(非常小的流體塊)，它在某個(gè)流場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)。因?yàn)榱黧w是運(yùn)動(dòng)的，所以它既有正應(yīng)力，也有剪應(yīng)力，如自由體圖所示。作用在流體元素上的所有力的矢量和必須等于元素的質(zhì)量乘以其加速度(牛頓第二定律)。

  　　同樣，繞物體中心的凈力矩可以通過(guò)將每個(gè)剪應(yīng)力乘以其力臂得到。當(dāng)流體單元的尺寸縮小到“零”，即微乎其微時(shí)，作用在單元一個(gè)面上的剪應(yīng)力必須與作用在其他面上的剪應(yīng)力大小相同。否則會(huì)有凈力矩，導(dǎo)致流體元素快速旋轉(zhuǎn)!

  　　[注:要獲得力，必須將每個(gè)應(yīng)力乘以它作用的表面積，因?yàn)閼?yīng)力定義為單位面積的力。]

  　　的定義剪毛壓力-剪應(yīng)力被定義為每單位面積的作用力平行的無(wú)窮小的表面元素。

  　　剪切應(yīng)力主要是由流體粘度引起的流體顆粒之間的摩擦引起的。

  　　靜止的流體不能抵抗剪切應(yīng)力;換句話說(shuō)，當(dāng)一個(gè)剪切應(yīng)力作用在靜止的流體上時(shí)，流體不會(huì)保持靜止，而是會(huì)因?yàn)榧羟袘?yīng)力而運(yùn)動(dòng)。

  　　為了更好地說(shuō)明這一點(diǎn)，考慮在施加剪切應(yīng)力的情況下流體和固體的比較:通過(guò)施加剪切應(yīng)力，流體可以很容易地與固體區(qū)分開(kāi)來(lái)，因?yàn)楦鶕?jù)定義，靜止的流體不能抵抗剪切應(yīng)力。

  　　如果對(duì)固體表面施加剪切應(yīng)力，該固體將稍微變形，然后保持靜止(以其新的變形形狀)。人們可以說(shuō)固體(靜止時(shí))能夠抵抗剪應(yīng)力。

  　　

  　　現(xiàn)在考慮一種流體(在容器中)。當(dāng)流體表面受到剪切應(yīng)力時(shí)，流體會(huì)不斷變形，即在容器內(nèi)形成某種流動(dòng)模式。換句話說(shuō)，可以說(shuō)流體(靜止時(shí))不能抵抗剪應(yīng)力。也就是說(shuō)，在剪切應(yīng)力的作用下，它不能保持靜止。

  　　

  　　另一種說(shuō)法是:靜止的流體不能抵抗剪應(yīng)力。

  　　然而，請(qǐng)注意，靜止的流體可以抵制正常的壓力。

  　　接下來(lái)，什么是力學(xué)?

  　　字典上說(shuō)力學(xué)是“...力和運(yùn)動(dòng)定律的應(yīng)用...有兩個(gè)分支，靜力學(xué)和動(dòng)力學(xué)。..."

  　　所以，綜合起來(lái)看，流體力學(xué)是力和運(yùn)動(dòng)定律對(duì)流體，即液體和氣體的應(yīng)用。

        流體力學(xué)有兩個(gè)分支:

  　　流體靜力學(xué)或者流體靜力學(xué)是對(duì)靜止液體的研究。為此需要的主要方程是牛頓第二定律，適用于非加速體，即。

  
  

  　　流體動(dòng)力學(xué)是對(duì)流體運(yùn)動(dòng)的研究。為此需要的主要方程是加速物體的牛頓第二定律，即。

  　　流體力學(xué)是一門(mén)重要的學(xué)科，研究流體在受力系統(tǒng)作用時(shí)運(yùn)動(dòng)的各個(gè)方面。在這個(gè)視頻系列中，我們將根據(jù)物理學(xué)的一般規(guī)律和實(shí)驗(yàn)證據(jù)來(lái)看這個(gè)主題。我們將從流體的性質(zhì)開(kāi)始，然后逐漸涵蓋流體靜力學(xué)和動(dòng)力學(xué)，并以流體機(jī)械，如泵、渦輪機(jī)等來(lái)結(jié)束教程。

  　　課程包括:

  　　流體的性質(zhì);壓力測(cè)量;表面上的靜水壓力;浮力和漂浮;流體流動(dòng)動(dòng)力學(xué);流體流動(dòng)的運(yùn)動(dòng)學(xué);滯流;湍流;流入管道;因次分析;邊界層理論;可壓縮流;噴氣式飛機(jī)的影響;水輪機(jī);離心泵;流體力學(xué)的入門(mén)問(wèn)題;。

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