流体力学讲义.docx

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1、57工程流体力学(水力学)第一章绪论学习重点：流体的粘性及牛顿内摩擦定律。尤其是牛顿内摩擦定律应熟练掌握。了解工程的发展及在工程中的应用C§1—1工程流体力学简介1.工程流体力学一一是利用实验和理论分析的方法研究流体的平衡和运动规律及其在工程中的应用的一门学科。2.自然界中物质的存在形式有：(1)固体一相应的研究学科有材料力学、弹性力学等。(2)液体】(3)气体上一统称流体。相应的研究学科即流体力学。1-13.流体与固体的比较：(1)从微观上说，流体分子之间的距离相对较大，分子运动丰富(振动、转动、移动)

2、。(2)从宏观上说，流体没有固定的形状，易流动、变形，静止的流体不能承受剪力及拉力。4.发展史(随着生产的发展，继固体力学之后发展起来的一门学科)：论浮体生产发展tk力学(建立在实验、直观基础上)自然科学发展计算流体力学古典水力学(纯理论分析、理论模型)57575.意义：流体力学已经发展成一门涉及多专业的基础性学科。工程流体力学在工程中的应用也越来越广泛。例如：给排水、农田灌溉、道路、桥涵、港口设计等等。§12连续介质假设流体的主要物理性质.连续介质假设1.流体的组成：由大量不断运动的分子组成，分子之间有

3、间隙，不连续。2.假设：假设将流体看作是由无数质点组成的连续的介质。因为我们研究的是流体的宏观机械运动而不是微观运动，这样的假设可以满足工程需要。3.连续介质：假定流体在充满一个体积空间时，不留任何空隙，整个空间均被流体质点所占据。4.质点一一宏观体积足够小(可以忽略线性尺寸)，但又包含大量分子的集合体。5.注：流体的分子运动是客观存在的，在一般的工程计算中可以把流体看成连续的介质，但在特殊情况下还是应加以考虑的.流体的主要物理性质1.易流动性一一是指流体在静止时不能承受切力及不能抵抗剪切变形的性质。一般

4、的，固体可承受一定的拉力、压力及剪力；而静止的流体只能承受一定的压力单位“kg/m3”。2.质量和密度—一(1)质量一一用“m”表示，单位“kg”o(2)密度一一单位体积内流体所具有的质量。用“p”表示,一〜m1＞对于均质流体：P=一-v..L2＞对于非均质流体：P=lim—mLvQ3V(3)流体的密度随温度、压强的变化关系见表1—2p5..3.重量与重度(1)重量一一G=mg单位"N”、“KN”(2)重度一一单位体积内流体所具有的重量。用“pg”表示，单位“N/m31＞对于均质流体:pg=G/v572>

5、对于非均质流体:gg=lim(AG/Av)△vT04.粘性——流体在运动时，具有抵抗剪切变形能力的性质。(1)内摩擦力(粘滞力)：流体的质点与质点之间，层与层之间发生相对运动时,在其交界面上会出现一对大小相等、方向相反的力来阻止相对运动的发生，流体的这种性质称为流体的粘性，所产生的这一对力称为内摩擦力，也称为粘滞力注意：内摩擦力(即粘滞力)与粘性是两个不同的概念。其中内摩擦力是流体处于相对运动时，流体粘性的表现形式,(2)产生内摩擦力的原因：1＞分子之间的不规则运动。一主要影响气体的粘性；2＞分子之间的引

6、力。一主要影响液体的粘性；(3)内摩擦力的计算一一应用牛顿内摩擦定律1＞实验方法：牛顿平板实验UT■।口T'粘性是流体本身所固有的特性，可通过内摩擦力表现出来；而当流体处于静止状态时，流体没有内摩擦力，粘性不能显现。温度升高-分子热运动加剧-粘性增加。温度升高-分子之间的距离增加-粘性减小。分析：当两平板间的缝隙h、上面平板的匀速运动速度U都不太大时，平板间流体的速度在法线方向上呈直线分布，即:uy”(y)=h2＞实验结论：牛顿内摩擦定律流层间的内摩擦力与接触面积成正比，与流体的速度梯度成正比。即：T二，

7、Adu(N)dy「」du(N/m2)'dy注：du/dy速度梯度，也称剪切变形角速度(i/s)3＞定律的应用：第一：牛顿内摩擦定律只适用于作层流运动的、牛顿流体；第二：对于理想流体，因为在计算中可以不考虑流体的粘性，故内摩擦力可视为零。5.压缩性和膨胀性(以下计算式均为对液体而言，对于气体应利用状态方程)(1)压缩性一一流体受压增加时，其宏观体积缩小、密度增大的性质。1＞压缩系数3dvdp(m2/N)或：B=(dp/p)/dp2＞弹性模量k由于液体的压缩性很小，在一般的工程计算中可以忽略不计，但在特殊情况

8、下应予以考虑。(2)膨胀性一一当流体的温度升高时，流体宏观体积增大的性质。热胀系数aT(%)：d：：下:a=———(1/T)6.表面张力一一是液体所特有的，卜iE质。idT指液体自由表面呈现收缩的现象。是由液体分子之间的引力所形成的一种物理现象。(1)表面张力一一液体自由表面在分子作用半径一薄层内由于分子间的引力大于斥力，而在液体表层沿表面方向所产生的拉力57(2)表面张力系数b——液体自由表面上单位长度上所受的拉力(N/m)