工程流体力学资料

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1、工程流体力学（水力学）授课教师：陈永超电话：27971441绪　论重、难点1.连续介质和理想液体的概念。2.流体的主要物理力学性质，重点是流体的易流动性和粘滞性。牛顿内摩擦定律。3.作用在液体上的力：质量力、表面力。1绪　论1.1流体力学及其发展史1.1.1流体力学的研究对象流体力学是研究流体平衡和机械运动规律及其应用的科学，是力学的一个重要分支。流体力学研究的对象——流体（液体和气体）。从力学意义上看，它们抵抗外力的能力不同。流体和固体的区别固体：既能承受压力，也能承受拉力。流体：只能承受压力，一般不能承受拉力。液体和气体的区别气体易于压缩；液体难于压缩；液体有一定的体

2、积，存在一个自由液面；气体能充满任意形状的容器，无一定的体积，不存在自由液面。流体的流动性两者均具有易流动性，即在任何微小切应力作用下都会发生变形或流动，故二者统称为流体。液体和气体的共同点流体在任何微小的切向力作用下，均会产生连续不断的变形的性质。呈现流动性？流体固体液体、气体与固体的区别有无固定的体积？能否形成自由表面？是否容易被压缩？流体气体无否易液体有能不易1.1.2连续介质模型微观：流体是由大量做无规则运动的分子组成的，分子之间存在空隙，但在标准状况下，1cm3液体中含有3.3×1022个左右的分子，相邻分子间的距离约为3.1×10-8cm。1cm3气体中含有

3、2.7×1019个左右的分子，相邻分子间的距离约为3.2×10-7cm。例如研究高空稀薄气体中的物体运动时，稀薄气体不能视为连续介质；血液在微血管中运动时，血液不能当作连续介质，而在动脉血管中流动时可视为连续介质。宏观：考虑宏观特性，在流动空间和时间上所采用的一切特征尺度和特征时间都比分子距离和分子碰撞时间大得多。连续介质（continuum/continuousmedium）：质点连续地充满所占空间的流体或固体。连续介质模型（continuum/continuousmediummodel）：把流体视为没有间隙地充满它所占据的整个空间的一种连续介质，且其所有的物理量都是空间

4、坐标和时间的连续函数的一种假设模型：u=u(t,x,y,z)。（1）定义排除了分子运动的复杂性。物理量作为时空连续函数，则可以利用连续函数这一数学工具来研究问题。（2）优点问题：按连续介质的概念，流体质点是指:A、流体的分子；B、流体内的固体颗粒；C、几何的点；D、几何尺寸同流动空间相比是极小量,又含有大量分子的微元体。流体力学的研究内容流体力学分类①理论流体力学（流体力学）②应用流体力学（工程流体力学）工程流体力学研究流体静止和运动的力学规律及其在工程技术上的应用的一门学科。力学流体力学（水力学）的学科性质研究对象力学问题载体宏观力学分支遵循三大守恒原理流体力学水力学流体

5、水力学强调水是主要研究对象比较偏重于工程应用土建类专业常用流体力学的主要研究内容固定边界：水工建筑物、河床、海洋平台等运动边界：飞机、船只等研究内容①流体在外力作用下，静止与运动的规律；②流体与边界的相互作用。课程地位数理、力学基础课程流体力学专业基础课程学科有关专业课程流体力学的使用领域空气和水是地球上广泛存在的物质，所以与流体运动关联的力学问题是很普遍的。流体力学在许多学科和工程领域有着广泛的应用。流体力学海洋水利航空航天交通运输环境气象石油化工机械冶金生物航天航空工业（空气动力学）造船工业（水动力学）深潜达数百米的核动力潜艇；石油化工工业单价超过10亿美元，能抵御大风

6、浪的海上采油平台；电力工业水电站、火电站、核电站、地热电站机械工业中涧滑、冷却、液压传动汽轮机叶片水轮机水利工程水资源运用、泄洪消能、河道整治土建工程公路与桥梁工程路基的沉陷、崩竭、滑坡、桥梁、涵洞、倒虹吸管和透水贻堤的修建等杨浦大桥大型水利枢纽工程，超高层建筑，大跨度桥梁等的设计和建造离不开水力学和风工程。杨浦大桥21世纪人类面临许多重大问题的解决，需要流体力学的进一步发展，它们涉及人类的生存和生活质量的提高。全球气象预报；（卫星云图）环境与生态控制；灾害预报与控制；火山与地震预报；发展更快更安全更舒适的交通工具；各种工业装置的优化设计，降低能耗，减少污染等等。流体力学需

7、要与其他学科交叉，如工程学，地学，天文学，物理学，材料科学，生命科学等，在学科交叉中开拓新领域，建立新理论，创造新方法。星云流体力学需要与其他学科交叉，如工程学，地学，天文学，物理学，材料科学，生命科学等，在学科交叉中开拓新领域，建立新理论，创造新方法。毛细血管流动流体力学需要与其他学科交叉，如工程学，地学，天文学，物理学，材料科学，生命科学等，在学科交叉中开拓新领域，建立新理论，创造新方法。工程学、材料学、气象学排球足球网球游泳赛艇铁饼高尔夫球赛跑赛车标枪乒乓球羽毛球大部分竞技体育项目与流体力学有关大部分竞技体育