流体力学第一章38076

1、1流体力学电子教案流体力学电子教案12流体力学电子教案流体力学电子教案21-2 流体的连续介质假设流体的连续介质假设1-3 作用在流体上的力作用在流体上的力1-4流体的主要力学性质流体的主要力学性质第一章 绪 论1-1 流体力学的研究任务和方法流体力学的研究任务和方法3流体力学电子教案流体力学电子教案3 主要任务： 研究流体在静止和运动过程中所遵循的基本规律以及流体与流体、流体与固体之间在静止和运动时相互之间作用力的计算。 1-1 流体力学的研究任务和方法流体力学的研究任务和方法4流体力学电子教案流体力学电子教案4 研究方法：研究方法：理论分析 根据工程实际中流动现象的特点，建立流体运动的方程

2、及边界条件，运用数学工具准确地或近似地求出。 实验研究 根据模化理论对所研究的流动进行模拟，通过观察和测量，获得所需结果，可直接解决工程中复杂的问题，并能发现新的流动现象。 5流体力学电子教案流体力学电子教案5 应用：应用： 流体力学在工程技术中有着广泛的应用。在能源、化工、环保、机械、建筑（给排水、暖通）等工程技术领域的设计、施工和运行等方面都涉及到流体力学问题。流体力学也是众多应用科学和工程技术的基础。6流体力学电子教案流体力学电子教案6 人类利用超高速气体动力学，物理化学流体力学和稀薄气体力学的研究成果，制造出航天飞机，建立太空站，实现了人类登月的梦想。7流体力学电子教案流体力学电子教案

3、7 排水量达50万吨以上的超大型运输船 时速达200公里的新型艇它们的设计都建立在水动力学，船舶流体力学的基础之上。8流体力学电子教案流体力学电子教案8在空气动力学的研究成果的基础上人类研制出2-3倍声速的战斗机F-22阵风9流体力学电子教案流体力学电子教案9使重量超过3百吨，面积达半个足球场的大型民航客机，靠空气的支托象鸟一样飞行成为可能，创造了人类技术史上的奇迹。10流体力学电子教案流体力学电子教案10 大型水利枢纽工程，超高层建筑，大跨度桥梁等的设计和建造离不开水力学和风工程。二滩水电站11流体力学电子教案流体力学电子教案11 大型水利枢纽工程，超高层建筑，大跨度桥梁等的设计和建造离不开

4、水力学和风工程。总长8346米，其中主桥全长846米 12流体力学电子教案流体力学电子教案12塔科马海峡大桥塔科马海峡大桥 通车日期：1940年7月1日坍塌日期：1940年11月7日 此次事件由于空气动力学和结构分析不严密所致。以后所有的桥梁，无论是整体还是局部，都必须通过严格的数学分析和风洞测试。 大桥是被风吹跨的，当时的风速大约为每小时40英里。 13流体力学电子教案流体力学电子教案13 大型水利枢纽工程，超高层建筑，大跨度桥梁等的设计和建造离不开水力学和风工程。14流体力学电子教案流体力学电子教案14 当然，流体力学需要进一步发展，需要与其他工程交叉，这样会给人类的生存和生活质量的提高提

5、供更大的帮助。气象预报（卫星云图）15流体力学电子教案流体力学电子教案15灾害预报与控制火山与地震预报16流体力学电子教案流体力学电子教案16 流体力学与生命科学交叉，在学科交叉中开拓新领域，建立新理论，创造新方法。毛细血管流动17流体力学电子教案流体力学电子教案17土木工程专业主要探讨以水为代表的液体的平衡和 运动规律。 流体力学具体地研究内容流体的平衡，流体流动形式中的速度分布、压力分布、能量损失，以及流体同固体之间的相互作用。流体力学研究对象液体和气体。 国际单位制的基本单位：长度单位（m）,时间单位（s）质量单位（kg）,其他均为导出单位。 因次的概念量纲。18流体力学电子教案流体力学

6、电子教案18 1-2 流体的连续介质假设流体的连续介质假设 从微观角度看，流体和其它物体一样，都是由大量不连续分布的分子组成，分子间有间隙。 但是，流体力学所要研究的并不是个别分子的微观运动，而是研究由大量分子组成的宏观流体在外力作用下的宏观运动。 因此在研究流体宏观运动时，可以忽略分子间的间隙，而认为流体是连续介质。19流体力学电子教案流体力学电子教案19 流体作为连续介质的假设对大部分工程技术问题都是适用的，但对某些特殊问题则不适用。 例如，火箭在高空非常稀薄的气体中飞行，其分子距与设备尺寸可以比拟，不再是可以忽略不计了。这时不能再把流体看成是连续介质来研究。 本书只研究连续介质的力学规律

7、。 20流体力学电子教案流体力学电子教案20 1-3 作用在流体上的力作用在流体上的力一、质量力、质量力 质量力又称体积力，它是所在力场作用在流体各质点上的力。与周围流体的存在没直接关系。在均匀流体中，质量力与受作用流体的体积成正比。单位为N。 由于流体处于地球的重力场中，最普遍的一个质量力就是重力。 当用达朗伯原理使动力学问题变为静力学问题时，虚加在流体质点上的惯性力也属于质量力。 作用在流体上的力可以分为两大类，质量力和表面力。 21流体力学电子教案流体力学电子教案21 为方便起见，通常用单位质量的质量力 来表示质量力，简称单位质量力。单位为m/s2。f 在重力场中，当z轴向上时，单位质量

8、力重力在坐标轴上的投影为： fx=fy=0，fz=-gkfjfiffzyx 在直角坐标系中，单位质量力的解析表达式为：22流体力学电子教案流体力学电子教案22二、表面力、表面力 表面力是周围相接触流体或固体作用于所研究流体（或称分离体）表面上的力，与周围流体的存在有直接的关系。 表面力可分解成两个分力，即与流体表面垂直的法向力P和与流体表面相切的切向力T。 作用在流体上的表面力23流体力学电子教案流体力学电子教案23 在连续介质中，表面力不是一个集中的力，而是沿表面连续分布的。 因此，通常用单位表面积上所作用的表面力(称为应力)来表示。应力可分为法向应力和切向应力两种。APAPpAddlim0

9、ATATAddlim024流体力学电子教案流体力学电子教案24 1-4 流体的主要力学性质流体的主要力学性质 一一 流动性流动性 流体具有流动性，这是流体区别于固体的最根本特性。 由于流体的流动性，使得流体不能承受拉力，只能承受压力。一般静止流体也不能承受剪切力。25流体力学电子教案流体力学电子教案25二二 流体的密度（惯性）流体的密度（惯性） 与固体一样，流体也具有惯性。密度是惯性的量度。它反映了流体在空间某点质量的密集程度，流体的密度定义为：单位体积流体所具有的质量，用符号来表示。对于流体中各点密度相同的均质流体，其密度Vm对于各点密度不同的非均质流体，某点的密度为VmVmVddlim02

10、6流体力学电子教案流体力学电子教案26三三 流体的黏性流体的黏性现通过一个实验来进一步说明流体的黏性。 将两块板相隔一定距离水平放置，其间充满液体，使下板固定不动，上板以速度u0向右平行移动。 紧贴上板的一薄层流体将以速度u0跟随上板一起向右运动，而紧贴下板的一薄层流体将和下板一样静止不动。1 1、流体的黏性、流体的黏性 流体内部层与层之间发生相对运动时会产生内摩擦力（内力），以反抗相对运动的性质称为黏性。此内摩擦力又称为黏滞力。27流体力学电子教案流体力学电子教案272 2、牛顿内摩擦定律、牛顿内摩擦定律 根据牛顿实验研究的结果得知，运动的流体所产生的内摩擦力F的大小 （1）与两流层间速度差

11、du成正比，与层流距离dy成反比； （2）与层流间接触面的面积A成正比； （3）并与流体的种类有关； （4）而与接触面上压强P无关。 内摩擦力的数学表达式可写为dyuduu28流体力学电子教案流体力学电子教案28yuAFdd写成等式为yuAFddyuAFdd流层间单位面积上的内摩擦力称为切向应力du/dy速度梯度，表示速度沿y方向上的变化率，1/s； 动力黏度，简称黏度。单位Pas。29流体力学电子教案流体力学电子教案29速度梯度 还代表流体的角变形速率 dudy 故速度梯度不仅反映了速度的变化率，而且反映了角变形的大小。du dtdtgdyduddydtddt30流体力学电子教案流体力学电子

12、教案30 由内摩擦力公式可知，(1)当速度梯度等于零时，内摩擦力也等于零。所以，当流体处于静止状态或以相同速度运动(流层间没有相对运动)时，内摩擦力等于零，此时流体有黏性，流体的黏性作用也表现不出来。(2)当流体没有黏性(=0)时，内摩擦力等于零。 在流体力学中还常引用动力黏度与密度的比值，称为运动黏度，用符号表示，即 式中运动黏度，m2/s。 31流体力学电子教案流体力学电子教案31 水的黏度与温度的关系水的黏度与温度的关系 32流体力学电子教案流体力学电子教案32 空气的黏度与温度的关系空气的黏度与温度的关系 33流体力学电子教案流体力学电子教案333 3、影响黏性的因素、影响黏性的因素

13、（1）流体黏性随压强的变化而变化。 在通常的压强下，压强对流体的黏性影响很小，可忽略不计。 在高压下，流体(包括气体和液体)的黏性随压强升高而增大。 （2）流体黏性随温度的变化而变化。流体的黏性受温度影响很大，而且液体和气体的黏性随温度的变化是不同的。 液体的黏性随温度升高而减小，气体的黏性随温度升高而增大。34流体力学电子教案流体力学电子教案34 造成液体和气体的黏性随温度不同变化的原因是由于构成它们黏性的主要因素不同。 分子间的吸引力是构成液体黏性的主要因素，温度升高，分子间的吸引力减小，液体的黏性降低； 构成气体黏性的主要因素是气体分子作不规则热运动时，在不同速度分子层间所进行的动量交换

14、。温度越高，气体分子热运动越强烈。35流体力学电子教案流体力学电子教案354. .牛顿内摩擦定律的适用条件牛顿内摩擦定律的适用条件1）层流2）牛顿流体符合牛顿切应力公式者为牛顿流体，如水，空气等。 不符合牛顿切应力公式者为非牛顿流体，如油漆，高分子化合物液体。我们所研究的流体仅限于牛顿流体。36流体力学电子教案流体力学电子教案36 5 5、理想流体的、理想流体的假设假设 实际流体都是具有黏性的，都是黏性流体。不具有黏性的流体称为理想流体，这是客观世界上并不存在的一种假想的流体。 当黏性的影响较小不起主要作用，可以把黏性流体考虑成理想流体。37流体力学电子教案流体力学电子教案37四四 流体的压缩

15、性和膨胀性流体的压缩性和膨胀性 流体与固体相比有较大的压缩性和膨胀性。 1 1、流体的压缩性、流体的压缩性 在一定的温度下，流体的体积随压强升高而缩小的性质称为流体的压缩性。流体压缩性的大小用体积压缩系数 来表示。它表示当温度保持不变时，单位压强增量引起流体体积的相对缩小量，即 式中 流体的体积压缩系数，m2/N；VVpppdd1dd1p38流体力学电子教案流体力学电子教案3839流体力学电子教案流体力学电子教案39 压缩系数 的倒数E称为流体的体积弹性模量。pddpdVdpVVdVdpE1E的单位与压强单位相同。实验指出，液体的体积压缩系数很小。 例如水，当压强在(1490)107Pa、温度

16、在020的范围内时，水的体积压缩系数仅约为二万分之一。气体的压缩性要比液体的压缩性大得多。RTp对于完全气体，服从理想气体状态方程气体常数；R热力学温度T40流体力学电子教案流体力学电子教案402 2、流体的膨胀性、流体的膨胀性 在一定的压强下，流体的体积随温度的升高而增大的性质称为流体的膨胀性。 流体膨胀性的大小用体积膨胀系数 来表示，它表示当压强不变时，升高一个单位温度所引起流体体积的相对增加量，即 VVdVTVd1实验指出，液体的体积膨胀系数很小。41流体力学电子教案流体力学电子教案41 3、可压缩流体和不可压缩流体、可压缩流体和不可压缩流体 压缩性是流体的基本属性。任何流体都是可以压缩的。液体的压缩性都很小，随着压强和温度的变化，液体的密度仅有微小的变化，在大多数情况下，可以忽略压缩性的影响，认为液体的密度是一个常数。 这样的的流体称为不可压均质流体。 我们主要研究不可压均质流体。42流体力学电子教案流体力学电子教案42 五五 液体的表面张力和毛细现象液体的表面张力和毛细现象 1 1、表面张力、表面张力 由于分子间的吸引力，在液体的自由表面上能够承受及其微小的张力表面张力。 常会出现一些特殊现象，例如空气中的