流体力学第1章

流体力学安徽理工大学机械工程学院绪论一、流体力学的研究对象

三、流体力学的研究方法

二、流体力学的发展概况

流体力学：主要研究流体与流体、流体与固体之间的相互作用力，即研究流体的机械运动规律。四、单位制

一、流体力学的研究对象水利工程等关系到国计民生的大工程—理论计算、设计、勘察。如：三峡水利工程、西气东输、南水北调等等。船舶工业：很显然，船舶工业更是离不开流体力学。船舶、舰艇的外形直接影响到他们的航行速度、稳定性等特性，在设计时必须考虑在流体力学上如何使船体线型达到最佳。

航空航天领域—空气动力学、稀薄空气动力学。飞机、火箭、人造地球卫星、宇宙探测器、航天飞机等航空器都是在大气层内活动的飞行器。飞机为什么能飞？—各种飞机都是靠空气动力克服自身重力实现升空的。高速列车龙卷风高层建筑物离心泵风机管路空气压缩机二、流体力学的发展公元前10世纪到1世纪中国木橹和尾舵约公元前700年管仲科学地总结了中国的治河与修渠经验约两世纪后阿基米德提出了浮力的定量理论流体的基础：阿基米德的浮力理论和帕斯卡静压理论1、流体静力学以前时期2、理想流体力学时期

1500年意大利达·芬奇一维不可压缩流体的质量守恒方程

1738年伯努利定常不可压流伯努利定理

1748年俄国科学家罗蒙诺索夫质量守恒定律

1752年达伯朗流体连续方程

1775年欧拉提出了流体运动的描述方法和无黏性流体运动的方程组，并开始研究理想无旋流体的平面和空间流动，为理论流体力学奠定了基础。

1781年拉格朗日引进流函数概念，并提出了理想无旋流体运动时所应满足的动力学条件（拉格朗日定理）及解决这类流的复位势法，进一步完善了理想流体力学的基本理论。3、流体动力学时期研究特征：18世纪末和19世纪中叶，理论与实验相结合。纳维与斯托克斯1823年和1845年N-S方程黏性流体运动。哈根和泊肃叶1839年和1840年细小圆管中层流流动的实验结果雷诺、弗洛德、瑞利相似理论实验流体力学的基础。亥姆霍兹和汤姆逊漩涡理论普朗特边界层流理论，冯·卡门湍流理论中国周培原钱学森郭永怀4、计算流体力学

理论流体力学、计算流体力学和实验流体力学构成了流体力学的完整体系。三、流体力学的研究方法四、单位制第一章流体及其物理性质第一节流体的概念

第三节流体的压缩性与膨胀性第二节流体的密度和重度第四节流体的黏性第一节流体的概念1、流体定义：在静力平衡时，不能承受剪切力的物质。特点：①有一定体积和自由面；②分子间距较大。流体与固体的区别：①固体的变形与受力的大小成正比；②任何一个微小的剪切力都能使流体发生连续的变形。1）实际流体微观内部流体分子之间不连续，有间隙。2、流体的连续介质模型2）流体质点（或称流体微团）忽略尺寸效应但包含无数分子的流体最小单元。说明：①流体质点的体积远远大于流体分子之间的间距，可容纳足够多的流体分子，是流体分子集团，个别分子运动参数的变化不影响这群分子运动参数的平均统计值。②流体质点是流体的最小构成单元。③流体质点之间无任何间隙。④流体质点没有固定形状，但有能量。3）连续介质模型的引入

流体由流体质点组成，假设流体质点连续的、无间隙的分布于整个流场中。说明：①流体是由无穷多个、无穷小的、紧密毗邻、连绵不断的流体质点组成的绝无间隙的连续介质。②连续介质的概念来自数学，实验证明基是正确的。连续介质假设的优点：①避免了流体分子运动的复杂性，只需研究流体的宏观运动。②可以利用数学工具来研究流体的平衡与运动规律。第二节流体的密度和重度一、流体的密度密度：均质流体密度或流体平均密度定义为单位体积的质量流体密度是空间某点单位体积的平均质量标准状态：在一个标准大气压下，5℃时水的密度水银的密度重度：与密度定义类似。单位：二、流体的重度第三节流体的压缩性与膨胀性一、流体的压缩性液体压缩性：流体的体积随压力的增大而变小的特性。

压缩系数

体积弹性模数

液体膨胀性（热膨胀性）：是指在压强不变的情况下，流体体积随温度升高而变化的特性。膨胀系数

气体的压缩性与膨胀性二、流体的膨胀性第四节流体的黏性一、流体的黏性定义：流体流动时，相邻流层或质点间产生内摩擦力以反抗剪切变形的特性称为黏性。二、牛顿内摩擦定律当板间距很小时，速度分布视为线性分析（如右图）。（1）动力黏性系数（物理常数）（2）运动黏性系数三、流体的黏性系数（3）相对黏度（恩式黏度）指200ml的某温度下的液体从恩氏黏度计从直径为2.8mm小孔流出的时间t，与200ml的20℃蒸馏水流出恩氏黏度计的时间的比值t0，即

流体的黏性随温度和压力而变化，分别称为黏温特性和黏压特性。四、黏温特性和黏压特性液体：分子内聚力是产生黏度的主要因素。温度↑→分子间距↑→分子吸引力↓→内摩擦力↓→黏度↓气体：分子热运动引起的动量交换是产生粘度的主要因素。温度↑→分子热运动↑→动量交换↑→内摩擦力↑→黏度↑（1）实际流体相互接触的流体层之间有剪切应力作用，在固体表面上其流速与固体的速度相同（壁面不滑移条件）。（2）理想流体（无黏性流体）流体层之间没有剪切力，在固体表面上发生相对滑移。（3）静止流体五、理想流体与实际流体例1：汽缸内壁的直径D=12cm，活塞的直径d=11.96cm，活塞长度L=14cm，活塞往复运动的速度为1m/s，润滑油的μ=0.1Pa·s。求作用在活塞上的粘性力。解：例2：半径为R的圆盘与平板间隙为，旋转角速度为，油液粘度为，试研究圆盘的