流体力学-第1章

2022/12/20流体力学第一章绪论

1流体力学FluidMechanics

2022/12/20流体力学第一章绪论

2第一章绪论第一章绪论2022/12/20流体力学第一章绪论

3一、课程的性质和任务一、课程的性质和任务

流体力学是土木工程专业的一门主要技术基础课程；是必修课程。1.课程的性质成绩的组成期末考试：70％；实验：10％；平时20％2022/12/20流体力学第一章绪论

42课程的任务使学生掌握流体力学的基本概念、基本理论、基本计算方法与基本实验技能，通过本课程的学习应使学生掌握分析流体力学问题的方法；培养解决相关工程问题的能力；为从事工程技术工作，开拓新技术领域和进行科学研究打下必要的基础。一、课程的性质和任务2022/12/20流体力学第一章绪论

5二、流体力学的发展流体：液体和气体的统称。流体力学是力学的一个独立分支，流体力学是研究流体静止或运动的力学规律、及其在工程技术中应用。二、流体力学的发展1.流体力学的概念2022/12/20流体力学第一章绪论

62.流体力学的发展流体力学的萌芽，是自距今约2200年以前希腊学者阿基米德写的“论浮体”一文开始的。我们中国4000多年前的“大禹治水”的故事，秦朝在公元前256—公元前210年修建了我国历史上的三大水利工程（都江堰、郑国渠、灵渠）。二、流体力学的发展2022/12/20流体力学第一章绪论

7流体力学的发展历史

流体力学的萌芽，2200年以前，希腊学者阿基米德写的“论浮体”一文开始的。流体力学：牛顿时代开始，1687年牛顿在名著《自然哲学的数学原理》中讨论了流体的阻力、波浪运动等内容，使流体力学开始成为力学中的一个独立分支。此后，流体力学的发展主要经历了三个阶段：2022/12/20流体力学第一章绪论

8流体力学发展的三个阶段Bernoulli：提出的液体运动的能量估计；Euler：提出的液体运动的解析方法，为研究液体运动的规律奠定了理论基础，形成了一门属于数学的古典“流体力学”。

Navier-Stokes：提出了著名的实际粘性流体的基本运动方程——N-S方程，从而为流体力学的长远发展奠定了理论基础。从19世纪末起，提出了相似理论和量纲分析，边界层理论和紊流理论等，在此基础上，最终形成了理论与实践并重的研究实际流体模型的现代流体力学。在20世纪60年代以后，由于计算机的发展与普及，流体力学的应用更是日益广泛。2022/12/20流体力学第一章绪论

9我国早期流体科学发展在公元前256—公元前210年修建了我国历史上的三大水利工程（都江堰、郑国渠、灵渠）——明渠水流、堰流

分水鱼嘴、飞沙堰、宝瓶口

2022/12/20流体力学第一章绪论

10三、教材及参考教材教材：流体力学（自编）参考教材：[1]刘鹤年.流体力学，中国建筑出版社，第2版[2]刘建军、章宝华主编.流体力学，北京大学出版社[3]蔡增基、龙天渝主编.流体力学泵与风机，第4版，建工出版社[4]闻德荪主编.流体力学(水力学)，第2版，高等教育出版社三、教材及参考教材2022/12/20流体力学第一章绪论

11四、学习方法理解概念前后内容联系认真独立完成作业勤学多问注意单位：国际标准单位国际基本单位kg—m—s四、学习方法2022/12/20流体力学第一章绪论

121.1

作用在流体上的力

1.质量力(massforce

)1.1作用在流体上的力1.质量力2022/12/20流体力学第一章绪论

131.1

作用在流体上的力

2.表面力(surfaceforce

)1.1作用在流体上的力2.表面力压应力A切应力//A2022/12/20流体力学第一章绪论

141.2流体的主要物理性质1.2流体的主要物理性质流动性惯性、重力特性粘滞性压缩性和热胀性表面张力特性抗压性2022/12/20流体力学第一章绪论

151.2流体的主要物理性质1.流动性流动性流动性流体区别于固体的本质特征。在剪切力作用下发生连续变形，或者说流体在静止时不能承受任何剪切力。2022/12/20流体力学第一章绪论

161.2流体的主要物理性质2.惯性和重力特性惯性(inertia

)和重力特性惯性的大小用质量来度量，符号m，(kg)。密度，符号ρ，(kg/m3)常温、常压下：水：ρ=1000kg/m3；空气:ρ=1.2kg/m3水银：ρ=13.6×10-3kg/m32022/12/20流体力学第一章绪论

17惯性和重力特性重量：符号G，(N)容重，符号γ，(N/m3)密度与容重的关系计算中：g=9.8

m/s21.2流体的主要物理性质2.惯性和重力特性2022/12/20流体力学第一章绪论

181.2流体的主要物理性质3.粘性粘性(viscosity

)(1)定义相互运动的流体质点或流层之间会产生抵抗相对运动的内摩擦力，这种内摩擦力称为粘力。

2022/12/20流体力学第一章绪论

19(2)牛顿的内摩擦定律1.2流体的主要物理性质3.粘性2022/12/20流体力学第一章绪论

201)粘性系数1.2流体的主要物理性质3.粘性动力粘性系数（Pas）

——动力粘度(dynamicviscosity

)动力粘度（Pas）—表征流体的粘性大小运动粘度（m2/s）—表征流体流动性好坏运动粘性系数（m2/s）

——运动粘度（kinematicviscosity

）2022/12/20流体力学第一章绪论

212)粘性系数随温度的变化1.2流体的主要物理性质3.粘性液体：温度升高，粘性系数减小。气体：温度升高，粘性系数减小。影响流体粘性的的因素液体的粘性主要取决于分子间距。气体的粘性主要取决于分子的热运动程度。分子之间的距离：间距增大，粘性减小。分子热运动的程度：热运动剧烈，粘性增大。2022/12/20流体力学第一章绪论

223)速度梯度1.2流体的主要物理性质3.粘性速度梯度的实质是流体的剪切变形角的变化速率2022/12/20流体力学第一章绪论

234)粘性力的计算1.2流体的主要物理性质3.粘性T2022/12/20流体力学第一章绪论

24例1：已知平板面积A＝1m2，与台面之间的距离为δ＝1mm，充满粘性系数为μ＝0.1Pa·s的液体，现平板以速度u＝2m/s的速度，求拖动平板所需的力。1.2流体的主要物理性质3.粘性2022/12/20流体力学第一章绪论

25例2：如图，气缸内壁的直径D＝12cm、活塞的直径d＝11.96cm，活塞的长度l=14cm，活塞往复运动的速度为1m/s，润滑油液的＝0.1Pa，求作用在活塞上的粘性力。

1.2流体的主要物理性质3.粘性2022/12/20流体力学第一章绪论

265)无粘性流体—又称为理想流体1.2流体的主要物理性质3.粘性6)牛顿流体与非牛顿流体2022/12/20流体力学第一章绪论

271.2流体的主要物理性质4.压缩性和热胀性压缩性和热胀性(1)液体的压缩性2022/12/20流体力学第一章绪论

281.2流体的主要物理性质4.压缩性和热胀性(2)液体的热胀性(3)气体的压缩性和热胀性空气是理想气体(4)不可压缩性流体：空气、水：速度<68m/s2022/12/20流体力学第一章绪论

291.2流体的主要物理性质5.表面张力表面张力——毛细管现象(1)定义(2)表现2022/12/20流体力学第一章绪论

301.2流体的主要物理性质