流体力学第一章课件

第一章流体的物理性质与流体运动学1.流体的物理性质1.1物质结构1.2连续介质假设1.3流体的可压缩性与热膨胀性1.4流体的输运性质2.流体运动学2.1流体运动的描述2.2迹线、流线和脉线2.3流场中的速度分解2.4作用于流体上的力2.5本构关系物质的宏观形态(固体↔液体↔气体)固体和液体间并没有明显的界限

触变质(如胶冻或油漆)：当它们被静放一段时间后，其性质为弹性固体；当它们受到摇晃、搅动等剧烈变形后，又失去弹性而像液体沥青：在一般情形下为固体，但如果施加长时间的力，它的变形也象流体那样可以无限增大浓的高分子溶液，也具有固液两类行为气体和液体之间的差别不是本质的都是稳定的相态，都呈现出流动性(或易变形性)区别：密度，体积弹性(可压缩性)1.1物质结构物质的微观性质宏观性质的差异直接与“物质的分子热运动状态和分子之间的相互作用存在着不同的情形”有关任何物质都不是连续体，而是由处于分离状态的大量粒子所组成，即分子、原子，它们之间存在相互作用力物质呈现一定的宏观状态，是由于某种平均能量水平的大量分子，在分子制约下所采用的排列方式和运动方式的宏观表现粒子间的作用力粒子电离后形成的库仑力(Columb)粒子与粒子间的共价结合力粒子极化产生的范德华力(VandeWaals)1.1物质结构物质的微观性质p13分子间作用力与分子间距的关系对于简单分子组成的物质，常温常压下，分子间距的量级气相分子：液相分子(水):固相分子：~d0

（液体分子间的距离比固体的稍大，1／3左右

）1.1物质结构物质的微观性质

固体分子间距~d0，固体分子的热运动是处于低能量状态，每个分子的运动受到分子间作用力的强大束缚，因而只能围绕着一个固定位置振动典型的固体是晶体，晶体的分子或原子在相当大的范围内(一个晶粒)作规则整齐的排列，这种物质结构称为“长程有序”。由于大量分子整齐排列并处于强相互作用之下，这种结构有很强的保持能力，宏观上表现出很大的刚度。另一类不典型的固体，如玻璃，称为非晶态固体或无定形固体，其原子或分子的排列表现为“短程有序”和“长程无序”。这类物质分子的排列方式和液体很接近，不同点只是非晶态固体在常温下仍具有阻止物体继续变形的极大抗拒力，因而可以看成是粘度极高的“过冷液体”。(非晶态固体的粘性系数值高达天文数字，从力学的角度看，把它们归为流体很不实际，故通常仍旧作为固体对待)1.1物质结构物质的微观性质液体液体分子间距：~d0从简单的宏观测量来看，液体分子排列的紧密程度和固体并没有多大的差别固体溶化成液体后，密度一般只有百分之几的变化液体分子之间也有强相互作用。到目前为止，用以揭示液体分子结构的各种物理实验(如中子衍射，电阻测量等)，都支持这样一种观点：液体分子的排列也是有一定结构的，但在整齐排列的每个液体分子群中，分子数要比固体晶粒中的分子数少得多。这种情况称为“短程有序”。在宏观行为上，却像气体一样具有易流动性，而不能保持固定的形状→在力学上，液体和气体同归属于流体的范畴。

1.1物质结构物质的微观性质固、液、气的微观性质比较1.1物质结构1.2连续介质假设1.2连续介质假设1.2连续介质假设(适用范围)1.3流体的可压缩性与热膨胀性1.3流体的可压缩性与热膨胀性1.3流体的可压缩性与热膨胀性1.3流体的可压缩性与热膨胀性（作业）1.当压强增量为50000Pa时．某种流体的密度增加了0.02％。试求该流体的体积弹性模量。2.空气(R0＝287.1N·m／(kg·K))在压强为p＝105Pa,温度为T＝20℃时，分别求其等温压缩系数和热膨胀系数。()提示：1.4流体的输运性质1.4流体的输运性质1.4流体的输运性质1.4流体的输运性质1.4流体的输运性质1.4流体的输运性质1.4流体的输运性质1.4流体的输运性质1.4流体的输运性质更精确计算对空气，温度为288K时实测结果1.4流体的输运性质1.4流体的输运性质1.4流体的输运性质1.4流体的输运性质异性1.4流体的输运性质1.4流体的输运性质1.4流体的输运性质（作业）第一章流体的物理性质与流体运动学1.流体的物理性质1.1物质结构1.2连续介质假设1.3流体的可压缩性与热膨胀性1.4流体的输运性质2.流体运动学2.1流体运动的描述2.2迹线、流线和脉线2.3流场中的速度分解2.4作用于流体上的力2.5本构关系2.1流体运动的描述2.1流体运动的描述2.1流体运动的描述2.1流体运动的描述2.1流体运动的描述？加速度2.1流体运动的描述2.1流体运动的描述2.1流体运动的描述2.1流体运动的描述加速度2.2迹线、流线和脉线2.2迹线、流线和脉线2.2迹线、流线和脉线2.2迹线、流线和脉线2.2迹线、流线和脉线2.2迹线、流线和脉线2.2迹线、流线和脉线2.2迹线、流线和脉线2.2迹线、流线和脉线4流线、迹线和脉线的关系4流线、迹线和脉线的关系4流线、迹线和脉线的关系流线与迹线4流线、迹线和脉线的关系2.2迹线、流线和脉线2.2迹线、流线和脉线2.3流场中的速度分解2.3流场中的速度分解2.3流场中的速度分解2.3流场中的速度分解2.3流场中的速度分解2.3流场中的速度分解2.3流场中的速度分解2.3流场中的速度分解2.3流场中的速度分解2.3流场中的速度分解2.3流场中的速度分解2.3流场中的速度分解2.3流场中的速度分解2.3流场中的速度分解2.3流场中的速度分解2.3流场中的速度分解2.3流场中的速度分解2.3流场中的速度分解2.4作用于流体上的力F=P=2.4作用于流体上的力2.4作用于流体上的力吴望一，《流体力学》上，p131,(张量知识)2.4作用于流体上的力2.4作用于流体上的力2.4作用于流体上的力实际流体都是有粘性