流体力学B课件 第一章

1、流体力学 李 旭武汉理工大学工程结构与力学系2014年9月任课教师简介李旭，讲师教育背景：20002005，上海大学，土木工程系，本科20052008，中国科学技术大学，近代力学系，硕士20082012，中国科学技术大学，近代力学系，博士工作经历：2012至今，武汉理工大学，工程结构与力学系承担课程：CAD建模、有限元分析、流体力学等电话Email：课程相关介绍成绩：平时15%+实验15%+考试70%Attendance, Exercise, Answer questions in class etc.教材 丁祖荣，流体力学（第2版），高等教育出版社参考书 吴望一，流

2、体力学，北京大学出版社 庄礼贤，流体力学，中国科学技术大学出版社流体力学的研究任务流体的宏观平衡流体力学流体的运动规律力学流体静力学流体动力学 基础知识高等数学，大学物理，理论力学旋转球生活中的流体力学 玛格努斯效应生活中的流体力学高尔夫球，表面光滑还是粗糙？ 高尔夫球表面有很多窝坑 在同样大小和重量下，飞 行距离为光滑球的5倍 当时人们认为汽车的阻力主要来自前部对空气的撞击，因此早期的汽车后部是陡峭的，称为箱型车，阻力系数很大，约为0.8。 实际上汽车阻力主要来自后部形成的尾流，称为形状阻力汽车的阻力 19世纪末工程中的流体力学工程中的流体力学汽车的阻力 20世纪30年代甲壳虫型 CD =

3、0.6 20世纪50-60年代船型 CD = 0.45工程中的流体力学汽车的阻力 80年代鱼型 CD = 0.3 90年代楔型 CD = 0.2工程中的流体力学汽车的阻力 90年代以后未来型汽车 CD= 0.137工程中的流体力学机翼升力 环量的存在导 致升力Boeing 74770.764.4 19.41 (m) 395 000kg医学中的流体力学传统工业中的流体力学水过热蒸汽推动汽轮机转子旋转在汽机叶栅中膨胀、加速热能机械能汽轮机带动发电机发电机械能电能经锅炉加热流体力学的应用流体力学环境气象能源医学水利交通航空体育海洋土建流体力学的发展历程古典流体力学阿基米德（Archimedes,28

4、7-212 B.C.希腊）浮力定律流体力学的发展历程古典流体力学牛顿运动定理与微积分流体力学的发展历程古典流体力学拉格朗日（J-L.Lagrange，17361813，意大利)欧拉（L.Euler, 1707-1783,瑞士）描述流体运动的方法流体力学的发展历程古典流体力学伯努利方程伯努利（D.Bernouli 17001782，瑞士）流体力学的发展历程古典流体力学粘性流体运动方程纳维（L.Navier） 和 斯托克斯（G.Stokes）（17851836，法国）（18191903，英国）流体力学的发展历程古典流体力学层流与湍流雷诺（O.Reynolds，18421912，爱尔兰）流体力学的发

5、展历程现代流体力学边界层理论普朗特（L.Prandtl，18751953，德国）流体力学的发展历程现代流体力学卡门涡与泰勒涡卡门（V.Karman，18811963，美国）泰勒（G.Taylor，18861975，英国）流体力学的发展历程现代流体力学湍流理论、气动力学周培源（19021993）钱学森（19112009）流体力学的研究方法理论分析方法建立模型推导方程求解方程解释结果 理论分析揭示了流动的内在规律，具有 普遍适用性，但分析范围有限流体力学的研究方法实验方法相似理论模型试验测量数据分析 反映实际流动规律，发现新现象，检验 理论结果等，但结果的普适性较差流体力学的研究方法数值模拟方法数

6、学模型离散化编程计算检验结果 能求解理论方法无法求解或难于的数学方程，适用范围受数学模型的正确性和计算机的性能所限制流体力学的学习难点与固体力学（如弹性力学）的对比 总的来说，流体力学的研究对象较固体力学更为抽象，因此在研究方法和思路上也有所差别，需要适应；但某些本质的内容是相同的，要善于抓住。流体的运动过程流动的形态变化较难观察较难想象在任意微小剪切力持续作用下即可发生连续变形的物质称为流体。流体定义和特征固体液体气体形状体积压力拉力剪切力流体的定义（1）剪切力作用下：固体发生有限的变形；流体发生持续的变形。流体定义和特征流体的易变形性（2）撤销剪切力作用后：固体的变形部分或完全恢复；流体的

7、变形无任何恢复。（3）固体内的剪切应力由剪切变形量决定；流体内的剪切应力由剪切变形率决定。流体的连续介质模型第一个问题： 流体是由大量作无规则热运动的分子组成的，研究流体运动，是否有必要以分子为基本考察对象？第二个问题： 如果不以离散分子为对象，那么应该以多大尺度的流体物质为研究对象？流体的连续介质模型 组成流体的最小物质实体是流体质点。 流体由无限多的流体质点在空间中无间隙的连续组成。流体质点的尺度：宏观足够小、微观足够大。流体的连续介质模型 分子平均自由程 流体质点尺度 0油漆淀粉糊水du/dy理想流体理想流体粘性系数为零的流体 实际流体都具有粘性，粘性是流体的基本 属性流体的粘性例1例：

8、已知轴承长 L = 0.5m，轴径d = 150mm，转速n = 400r/min，轴与轴承间隙= 0.25mm，作用在转轴上的摩擦力矩 M = 10.89Nm，求解：1、切应力流体的粘性例1几个概念转速 n (r/min)角速度 (rad/s) = 2n/60线速度u (m/s) = r = d/2功率N (w) = F.u = F.r =M 转矩 M (N.m) = F.r = F.d/2 流体的粘性例12、速度梯度（角变形率）流体的粘性例2例题2: 一块可动平板与另外一块不动平板之间充满了某种液体,两块板相互平行,间距h=0.5m.若可动平板以v=0.25m/s的水平速度向右运动,且维持该速度需要单位面积上的作用力为2N/m2.求平板间液体的动力粘度.v=0.25m/sv流体的粘性例2解：根据牛顿内摩擦定律假定 两板间的液体速度呈线性分布，故：小结1流体的定义不能承受剪切力连续介质模型流体质点连续介质模型