流体力学1d课件

流体力学

（水力学）

同济大学2008年学年春季试用版参考书：第一章绪论液体：主要指水相对与固体而言，液体和气体称为流体力：墨子：公元前490-405《墨经》：“力，重之谓也”与重力作斗争力学mechanics严复1894-1896年翻译英国科学家赫胥黎的《进化论与伦理学》---《天演论》名，质，数，力逻辑学，化学，数学，力学水力学是研究液体的机械运动规律及其应用的科学瞿塘峡的雄伟，巫峡的秀丽，西陵峡的险峻

葛洲坝是我国万里长江上建设的第一个大坝。葛洲坝水利枢纽工程的研究始于50年代后期。1970年12月30日破土动工。1974年10月主体工程正式施工。整个工程分为两期，第一期工程于1981年完工，实现了大江截流、蓄水、通航和二江电站第一台机组发电；第二期工程1982年开始，1988年底整个葛洲坝水利枢纽工程建成。挡水大坝全长2595米，最大坝高47米，水库库容约为15．8亿立方米。船闸为单级船闸。

三峡工程建设历程1前期准备阶段（1992年―1994年）2一期工程任务圆满完成（1995年―1997年）3二期工程建设阶段（1998年―2002年6月）4三峡工程三期库底清理工作进入全面实施阶段左岸电站装有14台机组，右岸电站，安装12台机组。三峡大坝轴心线全长2309米，坝顶海拔高程185米，最大坝高181米。

世界上最大的升船机就是个“巨无霸电梯”，一次可以将一艘3000吨级的客货轮提升113米。世界之最世界防洪效益最为显著的水利工程。水库调洪可消减洪峰流量达2．7万立方米每秒--3．3万立方米每秒。世界最大的电站。三峡水电站总装机1820万千瓦，年发电量846．8亿千瓦时。世界建筑规模最大的水利工程。三峡大坝坝轴线全长2309．47米，泄流坝段长483米，水电站机组70万千瓦×26台，双线5级船闸和升船机。世界工程量最大的水利工程。三峡工程主体建筑土石方挖填量约1．34亿立方米，混凝土浇筑量2794万立方米，钢筋46．30万吨。世界施工难度最大的水利工程。三峡工程2000年混凝土浇筑量为548．17万立方米，月浇筑量最高达55万立方米，创造了混凝土浇筑的世界记录。施工期流量最大的水利工程。三峡工程截流流量为9010立方米每秒，施工导流最大洪峰流量79000立方米每秒。世界泄洪能力最大的泄洪闸。三峡工程泄洪闸最大泄洪能力为10．25万立方米每秒。世界级数最多、总水头最高的内河船闸。三峡工程的双线五级船闸，总水头113米。世界水库移民最多、工作最为艰巨的移民建设工程。三峡工程水库动态移民最终可达113万人。1992年4月3日，七届全国人大五次会议通过《关于兴建三峡工程的决议》，完成三峡工程的立法程序并进入实施阶段。赞成票1767票,反对票177票,弃权票664票,未投票25票。1.1流体力学及其任务1.1.1流体力学史第一时期：公元前30000世纪-公元前20世纪旧石器时代早期（公元前30000世纪-公元前2000世纪）：抛掷物中期（公元前2000世纪-公元前400世纪）：飞石索后期（公元前400世纪-公元前90世纪）：石镞新石器时代（公元前90世纪始）人工灌溉，开沟引渠（土耳其，伊拉克，叙利亚，中国）独木舟，木浆（英国，埃及，荷兰，中国）帆提水装置（木桶）陶制单壶滴漏（计时，水钟）第二时期：公元前20世纪-17世纪下叶埃及：尼罗河与红海的运河土耳其：井中国：治理黄河，大运河，都江堰管仲（前725-前645）：修渠鲁班（前507-前444）和墨子（前468-前370）：竹木雀葛洪（284-363）：竹蜻蜓（飞车）-螺旋桨、直升机旋翼公元1161年：战争火箭式“霹雳炮”公元前2世纪：黄帝内经—血液循环地中海地区（前200）：水磨伊朗（7世纪）：风车15世纪：达芬奇（定常流），帕斯卡（1674年，流体静力学，1671，旋涡），马里奥特（1686年，空气动力学始祖）第三时期：17世纪下叶-20世纪初叶1678年：牛顿：粘性流体运动方程1732年：皮托：流体总压与静压（皮托管）1738年：贝努利：贝努利方程1775年：欧拉：流体运动方程1781年：拉格朗日：动力学条件1845年：亥姆霍兹：旋涡1883年：雷诺：层流与紊流1892年：瑞利：量纲分析法第四时期：20世纪初叶-中叶1921年：卡门：涡系（卡门涡街）1904年：普朗特：边界层1910年：儒可夫斯基：机翼理论1939年：钱学森：机翼理论改进1947年：计算机问世后：J.von.诺伊曼，计算激波，计算流体力学第五时期：20世纪中叶后研究领域石油能源化工环保交叉学科生物流体力学天体物理流体力学磁流体力学稀薄气体流体力学……………有关历史摘自《中国科学纵横》2002，12在地球45亿年的岁月中，有35亿年存在着生命。而人类出现不过是200万年前的事。假设45亿年是一幕24小时的戏剧，那么人类只出场了38秒钟。换句话说：夜里11点59分22秒的时候，才轮到人类登场。更不要说，这38秒中，有文字记载的5000年只占大约0.09秒！1.1.2流体力学的研究对象流体力学是研究流体的机械运动规律及其应用的科学流动性：在静止时不能承受切力在任何微小的切力作用下，流体将连续不断变形。固体没有流动性流动性是区别流体和固体的力学特性1.1.3连续介质模型流体由分子组成分子间距离微小宏观机械运动的规律统计平均欧拉（1755年提出连续介质模型）密集质点（流体微元）大小：微不足道大量分子有一定质量无空隙连续体流体运动的物理量空间坐标时间坐标连续函数数学分析方法1.2作用在流体上的力1.2表面力表面力:直接接触施加于接触面分析：隔离体，周围流体表面力是隔离体表面某一点接触力的大小（集度）用应力表示A点的微小面积：总的表面力：法向分力和切向分力平均压应力平均切应力取极限：A点的压应力，压强A点的切应力单位：帕斯卡Pa,

1.2.2质量力质量力隔距离作用施加在每个质点上质量力离心力大小用单位质量力表示，单位：与加速度单位相同各分量：

质量力只有重力时单位质量力

1.3流体的主要物理性质1.3.1惯性惯性保持原有运动状态的性质物体要改变原有状态，要克服惯性惯性的量度质量是惯性大小的量度单位体积的质量为密度密度：单位：液体密度随压强、温度变化小，常数气体密度随压强、温度变化。1.3.2粘性粘性的表象平板间的距离为法线方向保持下板固定上板以运动当较小时，各流层速度沿法线呈直线分布粘性的表象上板带动下板运动,内部各层有切向力（内摩擦力）牛顿内摩擦定律内摩擦力与流速梯度成比例与流层的接触面积成比例与流体的性质有关与接触面上的压力无关流层法线方向上的变化率，速度梯度

物理意义取厚度为的流体微团这里微团就是质点（特殊的质点），只是考虑尺度效应（旋转，变形），称为微团。密集质点（流体微元）大小：微不足道大量分子有一定质量微团除平动位移外，还有剪切变形物理意义：微团的剪切变形速度（速率）

牛顿内摩擦定律：+牛顿内摩擦定律又表示为：物理意义：粘性是流体阻抗剪切变形的特性。是动力粘度，单位，流体粘性大小的量度，越大，流体越粘，流动性越差。运动粘度：

单位：水的粘度随温度升高而减小。分子距离小，分子间的引力即内聚力。温度升高，分子间距离增大，内聚力减小。空气的粘度随温度升高而增大。气体分子距离大，分子热运动引起的动量交换是粘性的主要因素。温度升高，热运动增大，动量交换大，粘性大。

理想流体实际流体，有粘性。无粘性的流体，小结：牛顿内摩擦定律选择题1.3.3压缩性流体的压缩性压缩系数表示一定温度，增加单位压强，体积的变化率。值越大，越易压缩。根据质量不变工程大气压，体积模量单位：膨胀性膨胀系数：一定压强下，单位温度升高，体积变化率。单位：水的压缩性可忽略，但在有压管道，水击。

不可压缩流体流体的每个质点在运动全过程中，密度不变化对于均质的不可压缩流体，常数。一般液体当作不可压缩流体