[物理]流体力学基础ppt课件.ppt

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1、工程流体力学（第三版）湖南科技大学机电学院　罗柏文博士第一章绪　论一、流体力学的任务；二、流体力学的研究对象；三、流体力学发展简史；四、流体力学的研究方法。一、流体力学的任务流体力学是研究由于外部原因而引起的流体运动，而对于流体的分子运动是不考虑的。它主要研究流体运动的规律，以及流体与固体、液体和气体界面之间的相互作用力问题。它是力学的一个重要分支。二、流体力学的研究对象流体力学的研究对象是液体和气体。液体与气体的共性：流动性液体与气体的个性：液体具有一定的容积，具有一个自由表面；气体容易压缩。三、流体力学发展简史1、第一阶段：16世纪以前，流体力学形成的

2、萌芽阶段；2、第二阶段：16世纪文艺复兴以后-18世纪中叶，流体力学成为一门独立学科的基础阶段；3、第三阶段：18世纪中叶-19世纪末，流体力学沿着两个方向发展——欧拉、伯努利；4、第四阶段：19世纪末以来，流体力学飞跃发展。第一阶段（16世纪以前）：流体力学形成的萌芽阶段公元前2286年－公元前2278年大禹治水——疏壅导滞（洪水归于河）公元前300多年李冰都江堰——深淘滩，低作堰公元584年－公元610年隋朝——南北大运河、船闸应用埃及、巴比伦、罗马、希腊、印度等地——水利、造船、航海产业发展系统研究古希腊哲学家阿基米德《论浮体》（公元前250年）奠定

3、了流体静力学的基础第二阶段（16世纪文艺复兴以后-18世纪中叶）流体力学成为一门独立学科的基础阶段1586年斯蒂芬——水静力学原理1650年帕斯卡——“帕斯卡原理”1612年伽利略——物体沉浮的基本原理1686年牛顿——牛顿内摩擦定律1738年伯努利——理想流体的运动方程即伯努利方程1775年欧拉——理想流体的运动方程即欧拉运动微分方程第三阶段（18世纪中叶-19世纪末）流体力学沿着两个方向发展——欧拉（理论）、伯努利（实验）工程技术快速发展，提出很多经验公式1769年谢才——谢才公式（计算流速、流量）1895年曼宁——曼宁公式（计算谢才系数）1732年比

4、托——比托管（测流速）1797年文丘里——文丘里管（测流量）理论1823年纳维，1845年斯托克斯分别提出粘性流体运动方程组（N-S方程）第四阶段（19世纪末以来）流体力学飞跃发展理论分析与试验研究相结合量纲分析和相似性原理起重要作用1883年雷诺——雷诺实验（判断流态）1903年普朗特——边界层概念（绕流运动）1933-1934年尼古拉兹——尼古拉兹实验（确定阻力系数）……流体力学与相关的邻近学科相互渗透，形成很多新分支和交叉学科四、流体力学的研究方法理论分析方法、实验方法、数值方法相互配合，互为补充理论研究方法力学模型→物理基本定律→求解数学方程→分析

5、和揭示本质和规律实验方法相似理论→模型实验装置数值方法计算机数值方法是现代分析手段中发展最快的方法之一第二章流体及其物理性质一、流体作为连续介质的假设；二、作用在流体上的力；三、流体的主要物理性质；四、流体的表面性质。一、流体作为连续介质的假设流体的连续介质假设就是不考虑分子间存在的空隙，把流体视为由无数连续分布的流体微团所组成的连续介质。理想流体——不考虑粘性的流体。流体不可压缩性——密度为常数1.表面力：外界对所研究流体表面的作用力，作用在外表面，与表面积大小成正比应力切线方向：切向应力——剪切力内法线方向：法向应力——压强ΔFΔAΔFnΔFτ表面力具

6、有传递性流体相对运动时因粘性而产生的内摩擦力二、作用在流体上的力2.质量力（或称体积力）：作用在所研究的流体质量中心，与质量成正比质量力包括重力和惯性力。单位质量力重力常见的密度（在一个标准大气压下）：4℃时的水20℃时的空气三、流体的主要物理性质——惯性、密度、重度、压缩性、膨胀性、粘性1惯性：物体维持原有运动状态的性质。一般用物体的质量来表征物体惯性的量度。2密度：单位体积流体的质量。比体积（又称比容）：相对密度：某流体的密度与4℃时的水的密度的比值。混合气体的密度：按各组分气体所占体积百分数计算。3重度（又称容重）：，单位体积流体的重量。比重：实际上

7、就是相对密度。4压缩性和膨胀性压缩性——当不计温度效应时，压强的变化引起流体体积和密度的变化。膨胀性（热胀性）——当流体受热时，体积膨胀，密度减小的性质。a.压缩系数在一定温度下，密度的变化率与压强的变化成正比——体积模量（弹性模量），单位：Pab.膨胀系数在一定压强下，体积的变化率与温度的变化成正比单位：c.气体的压缩（膨胀）性理想气体状态方程R——气体常数　空气R=8.31/0.029=287J/kg·K等温过程：压缩系数等压过程：膨胀系数绝热过程：压缩系数低速（标准状态，v<68m/s）气流可按不可压缩流体处理5粘性：在外力作用下，流体微元间出现相对

8、运动时，随之产生阻抗相对运动的内摩擦力。这种内摩擦力又称为粘滞力或