第一章绪论(流体力学60学时)教材

流体力学与泵与风机流体力学58+6(实验)/4.0教材:《流体力学与泵与风机》

建筑设备教研室薛永飞流体

:易于流动的物体

流体力学

:宏观(微观)的机械性质;

外力作用下平衡及运动规律易流动性:不能抵抗无论多么小的拉力和剪切力研究方法：理论分析实验研究数值计算第一章----绪论一.流体力学学科发展简介特点阿基米德浮力定律漏壶计时水轮机,皮老虎第一时期----17世纪中叶以前1823-1845年Novier--Stokes方程1840年泊萧叶流动1845年亥姆霍兹定理1883年雷诺的发现1891年速度环量概念特点1678年牛顿实验1738年伯努力方程1752年达朗伯佯谬1775年欧拉运动方程1781年复位势理论第二时期----17世纪末叶至19世纪末叶1912年卡门涡街1921年动量积分关系式1932年热线流速计1947年电子计算机1954年湍流特性的出色测量特点1902年库塔定理1904年边界层理论1910-1945年机翼理论与实验的极大发展第三时期----20世纪初叶至20世纪中叶特点前沿--湍流,流动稳定性,涡旋和非定常流交叉学科和新分支:

工业流体力学;气体力学;环境流体力学稀薄气体力学;电磁流体力学;微机电系统宇宙气体力学;液体动力学;微尺度流动与传热地球流体力学;非牛顿流体力学生物流体力学;多相流体力学

物理--化学流体力学;渗流力学和流体机械等第四时期----20世纪中叶以后卡门涡街D美国著名的塔科马海峡大桥1940年11月7号在八级大风中崩塌,是卡门涡街造成巨大破坏的例子.顺风侧风侧逆风“阻力危机”应用:有‘麻点’的高尔夫球比光滑的阻力小天衣无缝流体质点连续介质力学并不万能连续介质假设，认为流体质点连续地充满了流体所在的整个空间，流体的宏观物理量(如v、p、T)满足一切应该遵循的物理定律及输运性质，但某此常数仍需实验来确定。（分子平均自由程远小于特征尺寸）1mm3体积水:3.31019

个分子空气:2.71016个分子10-10mm3

体积(相当于一粒灰尘体积)空气:2.7106个分子失效情况:稀薄气体激波二.连续介质假说质量力:均匀作用于流体质点上,其大小与流体的质量成正比：重力、惯性力表面力:作用于流体表面上的应力：切向分力和法向分力0PnZYXdA大小为法向应力与n平行,压强切向应力与n垂直，表面张力方向为三.作用在流体上的力表面张力和接触角P

P0R液体气体

表面张力:-----单位长度所受拉力接触角概念:当液体与固体壁面接触时,在液体,固体壁面作液体表面的切面,此切面与固体壁在液体内部所夹部分的角度称为接触角,当为锐角时,液体润湿固体,当为钝角时,液体不润湿固体水与玻璃的

=80—90

水银的=1380毛细现象

h

水在玻璃管中上升高度h=29.8/d(mm)水银在玻璃管中下降高度h=10.5/d(mm)四.主要力学性质1。密度与容重2。压缩性和热胀性3。粘滞性4.表面张力特性？易流动性1.流体的密度和容重x0yz·P

体积膨胀系数

a

=(dv/v)/dT=-(d/)/dTdm=d(v)=0-dv/v=d/弹性模量E=1/2.压缩性和热胀性体积压缩系数F=µAU/H

=µdu/dyYXU0dyFu+duuH3.粘滞性牛顿流体粘性实验CDBAd

bady即du/dy等于流体微团的角变形速率,也称为剪切应变率称动力粘性系数,单位为N.s/m2

，Pa.s

为运动粘性系数,单位为m2/s，1cm2/s=1st流体的粘性随温度的变化:对液体与气体因机理不同变化趋势是不同的

=µdu/dy

=µdu/dy各项物理意义

=F/A,单位面积的粘滞力，paµ指单位速度梯度下的粘滞力，具有力的因次，N.s/m2,故名动力粘滞系数指单位速度，单位体积质量下的粘滞力，与质量无关，名运动粘滞系数du/dy，速度梯度，指速度u沿方向y的变化率粘性的温度特性:µ随液体温度升高而降低，随气体温度升高而增加。机理是由于温度升高时，液体的分子引力减小，气体的分子热运动增强，导致动量交换的不同例1-5格式问题解：认为间隙的速度变化呈线性，轴表面的速度为：粘滞应力为：所需功率为：粘滞阻力为：五.流体的力学模型1.连续介质模型连续介质假设2.不可压缩流体模型3.理想流体模型

三个理想模型可压缩流体模型：大温差水流，高速