伯努利方程推导省名师优质课赛课获奖课件市赛课一等奖课件.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,本资料仅供参考，不能作为科学依据。谢谢,基本概念：,流体：,含有流动性液体或气体；,流体动力学：,研究流体运动规律以及流体与其它物体之间相互作用力学；,第1页,理想流体稳定流动,一,.,基本概念,1.,流体粘滞性：,实际流体在流动时其内部有相对运动相邻两部分之间存在类似两固体相对运动时存在摩擦阻力,(,内摩擦力,),，流体这种性质称为粘滞性。,2.,流体可压缩性：,实际流体在外界压力作用下、其体积会发生改变，即含有可压缩性；,3.,理想流体模型：,绝不可压缩、没有粘滞性流体叫做,理想流体,；,普通情况下，密度不发生改变气体或者液体、粘滞性小流体均可看成理想流体,第2页,2.,定常流动,：,流体质点经过空间各点流速即使能够不一样，但假如空间每一点流速不随时间而改变，这么流动方式称为,定常流动,，也称为,稳定流动,是一个理想化流动方式。,二,.,流体运动形式：,1.,普通流动形式：,通常流体看做是由大量,流体质点,所组成连续介质。,普通情况流体运动时，因为流体各部分能够有相对运动，各部分质点流动速度是空间位置函数，又是时间,t,函数,第3页,三,.,流线、流管,流线：,为了形象地描述定常流动流体,而引入假想直线或曲线,流线上任意点,切线方向,就是流体质点流经该点速度方向,稳定流动时，流线形状和分布不随时间改变，且流线与流体质点运动轨迹重合；,流线疏密程度可定性地表示流体流速大小；,流线不相交；,2.,流管：,流体内部，经过某一个截面流线围成管状空间；,流体质点不会任意穿出或进入流管；,（与实际管道相同）,流体可视为由无数个稳定流管组成，分析每个流管中流体运动规律，是掌握流体整体运动规律基础；,第4页,四,.,连续性原理,1.,推导过程：,假设：,.,取一个截面积很小,细,流管，垂直于流管同一截面上各点流速相同；,.,流体由左向右流动；,.,流体含有,不可压缩性；,.,流体质点不可能,穿入或者穿出流管；,.,在一个较短时间,t,内，流进流管流体质量等于流出流管流体质量（,质量守恒,），即：,第5页,2.,理想流体连续性方程,(,连续性原理、流量方程,),：,流体在同一,细流管,中作稳定流动时，经过任一截面,S,体积流量,保持不变。,推广，对于不可压缩实际流体，,任意流管、真实导流管、流体管道,都满足连续性原理。,假如同一截面上流速相同，不可压缩流体在流管中做稳定流动时流体流速,与流管截面积,S,成反比，,即截面大处流速小，狭窄处流速大。,体积流量：,表示单位时间内流过任意截面,S,流体体积，称为体积流量，简称,流量,，用,Q,V,表示，单位为,m,3,/s.,第6页,伯努利方程,伯努利方程：,理想流体在,重力场,中作稳定流动时，,能量守衡定律,在流动液体中表现形式。,伯努利方程,是瑞士物理学家伯努利提出来，是理想流体作稳定流动时基本方程，对于确定流体内部各处压力和流速有很大实际意义、在水利、造船、航空等部门有着广泛应用。,伯努利个人介绍：,（,Daniel Bernouli,1700,1782,）瑞士物理学家、数学家、医学家。他是伯努利这个数学家族（,4,代,10,人）中最出色代表，,16,岁时就在巴塞尔大学攻读哲学与逻辑，后取得哲学硕士学位，,17,20,岁又学习医学，并于,1721,年获医学硕士学位，成为外科名医并担任过解剖学教授。但在父兄熏陶下最终仍转到数理科学。伯努利成功领域很广，除,流体动力学,这一主要领域外，还有天文测量、引力、行星不规则轨道、磁学、海洋、潮汐等等。,第7页,一,.,伯努利方程推导：,稳定流动理想流体中，忽略流体粘滞性，任意,细流管,中液体满足,能量守恒和功效原理,！,设：流体密度,，细流管中分析一段流体,a,1,a,2,:,a,1,处：,S,1,，,1,，,h,1,p,1,a,2,处：,S,2,，,2,，,h,2,p,2,经过微小时间,t,后，,流体,a,1,a,2,移到了,b,1,b,2,从整体效果看，相当于,将流体,a,1,b,1,移到了,a,2,b,2,设,a,1,b,1,段流体质量为,m,，,则：,机械能增量：,第8页,第9页,二,.,对于,同一流管,任意截面，伯努利方程：,含义,：,对于理想流体作稳定流动，在同一流管中任一处，每单位体积流体,动能、势能和该处压强之和,是一个恒量。,伯努利方程,，是理想流体作稳定流动时基本方程；,对于实际流体，假如粘滞性很小，如：水、空气、酒精等，可应用伯努利方程处理实际问题；,对于确定流体内部各处压力和流速有很大实际意义、在水利、造船、航空等部门有着广泛应用。,第10页,在水平流动流体中，流速大地方压强小；流速小地方压强大。,在粗细不均匀水平流管中，依据连续性原理，管细处流速大，管粗处流速小，因而管细处压强小，管粗处压强大；,如：水流抽气机、喷雾器、内燃机汽化器基本原理都基于此；,一,.,水平,流管伯努利方程：,伯努利方程应用,第11页,生活中实例：,在海洋中平行航行两艘大轮船，相互不能靠得太近，不然就会有相撞危险，为何？,逆流航行船只行到水流很急岸边时，会自动地向岸靠拢；,汽车驶过时，路旁纸屑常被吸向汽车；,简单试验,：用两张窄长纸条，相互靠近，用嘴从两纸条中间吹气，会发觉二纸条不是被吹开而是相互靠拢，就是“速大压小”道理。,打开门窗，有风吹过，门窗会自动闭合，然后又张开；,第12页,6.,飞机机翼翼型使得飞行中前面空气擦过机翼向后时，流经机翼上部空气要经过旅程大于流经机翼下部空气经过旅程，所以,上部空气流速,大于,下部空气流速,，上部空气对机翼向下压力就会小于下部空气对机翼向上压力，从而产生升力；,第13页,应用实例,.,水流抽气机、喷雾器,空吸作用,：当流体流速增大时压强减小，产生对周围气体或液体吸入作用；,水流抽气机、喷雾器,就是依据空吸作用原理（,速度大、压强小,）设计。,第14页,应用实例,1-3,.,文丘利流量计,文丘利管：特制玻璃管，两端较粗，中间较细，在较粗和较细部位连通着两个竖直细管。,文丘利管水平接在液体管道中能够测定液体流量；,流速：,体积流量：,只要读出两个竖管高度差，就能够测量流速和流量,第15页,应用实例,4.,小孔流速：,敞口液槽内离开液面,h,处开一小孔，液体密度为,，液面上方是空气，在液槽侧面小孔处压强为大气压,p,0,求小孔处液体流速？,托里拆利定律：,忽略粘滞性，任何液体质点从小孔中流出速度与它从,h,高度处自由落下速度相等；,注：因为液槽中液面下降很慢，能够看成是稳定流动，把液体作为理想流体；,第16页,粘滞流体,：如植物组织中水分，人体及动物体内血液以及甘油、蓖麻油。,粘滞流体流动,一,.,牛顿粘滞定律 粘滞系数,层流,:,实际流体在流动时，同一横截面上各点流速并不相同，管中轴心处流速最大，越靠近管壁，流速越小，在管壁处流速为零。,这种各层流体流速有规则逐步改变流动形式，称为层流；,每一层为与管同轴薄圆筒，每一层流速相同，各层之间有相对运动但不相互混杂，管道中流体没有,横向,流动。,（流速小时展现流动形式：河道、圆形管道）,第17页,粘滞力,：,粘滞流体在流动中各层流速不一样，,相邻两流层,之间有相对运动，互施摩擦力，快一层给慢一层以向前拉力；慢一层则给快一层以向后阻力，这种摩擦力称为内摩擦，又称粘滞力；,粘滞力和哪些原因相关？,流体内相邻两层内摩擦力大小：,与两流层接触面积大小相关；,还与两流层间速度改变快慢相关；,第18页,垂直于流速方向上有相距,y,两个流层，速度差为,；,速度改变快慢程度：,其物理意义是：,垂直于流速方向上相距单位距离两个流层速度改变率。,垂直于流速方向流速梯度,(,或,速度梯度,),：,y,第19页,流体湍流 雷诺数,层流不是流动唯一形式；,湍流,：,流体在管道内流动，当流速超出某一临界值，流体层流状态将被破坏，各流层相互混同，局部有横向流动，展现不规则涡状流动，这种流动状态称为,湍流,。,在自然现象中，比较普遍流动状态是湍流，如,江河急流、烟囱排出废气流、大气流动,等。,层流与湍流区分：,层流：无横向流动；,湍流：总体向前流动，但局部有横向流动；,第20页,试验表明：由层流变成湍流条件用,雷诺数,Re,来确定：,Re-,雷诺数，一个无量纲纯数,-,流体密度；,-,流体粘滞系数；,-,流体在管道中平均流速；,D-,管道直径或流体中运动物体,第21页,雷诺数,Re,来判断层流变成湍流条件,:,P55,表,1-7,表明：,植物组织中水分流动雷诺数很小，属于稳定层流；,动物组织中血液流动比较复杂，但在正常生理条件下，生物体系中液体流动可视为层流；,第22页,