流体力学-绪论

1、流流 体体 力力 学学Fluid Mechanics西安建筑科技大学西安建筑科技大学 理学院理学院 董俊哲董俊哲2课下作业课下作业 - 平时成绩平时成绩作业要求：作业要求： 步骤清晰，书写工整，解答正确。步骤清晰，书写工整，解答正确。 每周三上课之前交。每周三上课之前交。1.1. 独立完成。独立完成。课上作业：课上作业：随机随机总学时：总学时：40学时学时考察方式考察方式 作业成绩：作业成绩：20% (课下作业、课上作业、点名课下作业、课上作业、点名) 期末考试：期末考试：80%流体力学流体力学考察方式考察方式教材教材辅助教材辅助教材辅导教材辅导教材参考书：参考书：1流体力学，吴望一，北京大学

2、出版社，1982.2Fluid Mechanics，L. D. Landau，世界图书出版社，1987.3An Introduction to Fluid Dynamics，G. K. Batchelor，机械工业出版社，2004.4流体力学（第2版），李玉柱 苑明顺，高等教育出版社，2008.第一章 绪 论 11 流体力学的研究对象、任务和方法流体力学：流体力学： * *研究流体平衡和运动规律及其应用的科学。研究流体平衡和运动规律及其应用的科学。流体力学的研究方法： 1、较严密的数学推理； 2、实验研究； 3、数值计算。流体力学的实例流体力学的实例长江特大洪峰通过三峡大坝长江特大洪峰通过三峡

3、大坝日本海啸日本海啸流体力学的应用流体力学的应用流体力学的应用流体力学的应用卡门涡街卡门涡街卡门涡街的数值模拟流体力学的应用流体力学的应用卡门涡街造成风毁桥梁事故卡门涡街造成风毁桥梁事故 1940年7月，美国华盛顿州的塔科玛峡谷上花费640万美元，建造了一座主跨度853.4米的悬索桥。同年11月7日碰到了一场风速为19米/秒的风。虽风不算大，但桥却发生了剧烈的扭曲振动，且振幅越来越大（接近9米），直到桥面倾斜到45度左右，使吊杆逐根拉断导致桥面钢梁折断而塌毁，坠落到峡谷之中。当时正好有一支好莱坞电影队在以该桥为外景拍摄影片，记录了桥梁从开始振动到最后毁坏的全过程，它后来成为美国联邦公路局调查事

4、故原因的珍贵资料。 从1818年到19世纪末，由风引起的桥梁振动已至少毁坏了11座悬索桥。 流体力学的应用流体力学的应用塔科玛峡谷桥塔科玛峡谷桥（Tacoma Narrow Bridge） 流体力学的应用流体力学的应用汽车绕流汽车绕流流体力学的应用流体力学的应用孔板流量计孔板流量计流体力学的应用流体力学的应用高尔夫球：高尔夫球： 表面之所以设计有许多小凹坑，表面之所以设计有许多小凹坑，其目的是让高尔夫球飞得更远其目的是让高尔夫球飞得更远。 1-2 流体的概念及其模型化流体：可承受压力，几乎不可承受拉力，承受剪切力的能力极弱。易流性 在极小剪切力的作用下，流体就将产生无休止的（连续的）剪切变形（

5、流动），直到剪切力消失为止。流体没有一定的形状。固体具有一定的形状。一、流体的物质属性1、流体与固体、流体与固体固体：既可承受压力，又可承受拉力和剪切力，在一定范围内变形将随外力的消失而消失。 2、固体、液体和气体、固体、液体和气体固体：有一定的体积，有一定的形状。液体：有一定的体积，无一定的形状。气体：无一定的体积，无一定的形状。二、流体质点的概念及连续介质模型连续介质模型 流体是由无穷多个，无穷小的，彼此紧密毗邻、连续不断的流体质点所组成的一种绝无间隙的连续介质。流体质点 流体中由大量流体分子组成的，宏观尺度非常小，而微观尺度又足够大的物理实体。（具有宏观物理量 、T、p、v 等） 1-3

6、 流体的主要物理性质一、密度V. M P ( x,y, z ) zxyMVkg/m3对于均质流体：30limkg/mPVMV 如果流体密度是空间位置和时间的函数，则：比体积：0dlimdmVVvmm 相对密度：与4蒸馏水的密度w之比。wd二、压缩性1dVV dp ( m2/N )式中：dV 流体体积相对于V 的增量； V 压强变化前(为 p 时)的流体体积； dp 压强相对于p 的增量。体积压缩率（体积压缩系数）：可压缩性 流体随其所受压强的变化而发生体积（密度）变化的性质。 K 不易压缩。一般认为：液体是不可压缩的（在 p、T、v 变 化不大的“静态”情况下）。 则 = 常数 体积（弹性）模

7、量：0txyz1VdpKdV 或:( N/m2 )三、流体的粘性1、粘性的概念及牛顿内摩擦定律流体分子间的内聚力流体分子与固体壁面间的附着力。内摩擦力 相邻流层间，平行于流层表面的相互作用力。定义：流体在运动时，其内部相邻流层间要产 生抵抗相对滑动（抵抗变形）的内摩擦力的性质称为流体的粘性。 内摩擦力： 以切应力表示： 式中： 与流体的种类及其温度有关的比例 常数； 速度梯度（流体流速在其法线方 向上的变化率）。dvdydvFAdyFdvAdy牛顿内摩擦定律dudy0牛顿流体宾厄姆塑性体拟塑性流体00牛顿流体：凡是满足牛顿内摩擦定律的流体；反之牛顿流体：凡是满足牛顿内摩擦定律的流体；反之为非牛

8、顿流体为非牛顿流体 2、粘度及其表示方法、粘度及其表示方法粘度 代表了粘性的大小 的物理意义：产生单位速度梯度，相邻流层在单位面积上所作用的内摩擦力（切应力）的大小。dvdy常用粘度表示方法有三种：动力粘度 单位 ： Pa s （帕 秒） 1 Pa s = 1 N/m2 s 相对粘度 其它流体相对于水的粘度 恩氏粘度：E 中、俄、德使用 赛氏粘度 : SSU 美国使用 雷氏粘度: R 英国使用 巴氏粘度: B 法国使用 用不同的粘度计测定运动粘度： 单位：m2 / s 工程上常用：10 6 m2 / s (厘斯) mm2 / s油液的牌号：摄氏 40C 时油液运动粘度的平均厘斯( mm2 /s

9、 )值。3、粘压关系和粘温关系1粘压关系 压强其分子间距离（被压缩）内聚力粘度 一般不考虑压强变化对粘度的影响。2粘温关系（对于液体） 温度内聚力 粘度 温度变化时对流体粘度的影响必须给于重视。4、理想流体的概念理想流体假想的没有粘性的流体。 = 0 = 0实际流体事实上具有粘性的流体。同心环缝隙中的直线运动假定： 1. d。 2. v=v(r)呈线性分布。速度梯度：0ddvvr 切应力：0v摩擦面积：Ald流体对柱塞的摩擦力：柱塞克服摩擦所需要的功率：0v ldFA200v ldPFv 小 结1、流体力学的任务是研究流体的平衡与宏观机械运动规律。2、引入流体质点和流体的连续介质模型假设，把流体看成没有间隙的连续介质，则流体的一切物理量都可看作时空的连续函数，可采用连续函数理论作为分析工具。3、流体的压缩性，一般可用体积压缩系数 k 和体积模量 K 来描述。 在压强变化不大时，液体可视为不可压缩流体。 流体质点、流体的连续介质模型、粘性、粘度、粘温关系、理想流体。流体区别于固体的特性。