流体力学1章 流体的物理性质

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1、流体力学教材张兆顺，崔桂香.流体力学（第二版）.北京：清华大学出版社，2006参考书[1]吴望一.流体力学.北京：北京大学出版社，1983[2]费祥麟.高等流体力学.西安：西安交通大学出版社，1989[3]潘文全.流体力学基础.北京：机械工业出版社，1980[4]朱之樨，王希麟.流体力学理论例题与习题.北京：清华大学出版社，流体力学基本内容1.牛顿流体动力学基础；2.理想不可压流体动力学基础及典型求解；3.不可压流体动力学基础——气体动力学；4.粘性流体动力学基础：4.1粘性流体层流流动典型问题求解；4.2湍流基础：湍流描述、湍流模型、湍流典型问题求解；4.3边界层理论

2、：边界层理论、层流边界层、湍流湍流边界层；第一章流体的物理性质1.1流体的连续介质模型流体力学研究流体的宏观运动，宏观运动尺度远远大于微观分子运动尺度。单个分子运动对宏观运动没有影响，将流体视为连续介质。流体力学研究流体的宏观运动以及它们与周围物体的相互作用。流体力学实质是学习研究流体宏观运动的数学及物理方法连续介质力学模型1.流体是连续分布的物质，可以无限分割为具有均布质量的宏观微元体——流体微团，是研究流体运动的最小单元；3.微元体内流体状态服从热力学关系（化学反应和离解等非平衡热力学过程的流体流动除外）；连续介质力学模型第一章流体的物理性质2.流体的力学和热力学状

3、态参数在时空中连续分布，无限可微（激波等面除外）。流体微团的性质1.流体微团体积相对于被考察的流体运动尺度L无限小，，2.流体微团体积相对于分子平均自由程l无限大，。第一章流体的物理性质例如：流体中的质量分布设s为采样盒子边长，Ms为盒内流体质量，盒中流体密度当l>s时，分子随机行为显著；当L>>s>>l时，统计平均恒定，密度均匀；当s>L时，表现宏观不均匀性。流体微团的密度第一章流体的物理性质微团具有宏观无限小尺度，(在空间上可以一个点标记??，)微团的体积和表面积在宏观上都是无限小，发生在体积内和表面上的物理过程都属于宏观的力学和热力学过程。当不需要考虑该微团体积及

4、其变形，只研究其位移和各物理量状态时，就可将此微团看成质点。工程上大多数流体力学力学问题都可用连续介质流动模型。流体质点：可以忽略线性尺度效应（如膨胀、变形等）的最小单元（或最小微团）,在空间上可以一个点标记；流体微团：由大量流体质点组成的具有尺度效应、质量均匀分布的微小的流体团。第一章流体的物理性质1.2作用在流体上的体积力和表面力流体内任一微团受力表面力:周围流体或物体作用于微团表面上的力.通常与作用面大小成正比。体积力:作用于微团内均布质量的质心上,通常与体积成正比。体积力和体积力强度重力场中,微团体积为,质量为，所受的重力体积力强度：微团单位体积上作用的体积力第

5、一章流体的物理性质1.2作用在流体上的体积力和表面力体积力的合力：体积力相对某参考点的合力矩：式中r是任一微团相对于参考点矢径表面力和应力有限体积流体，表面上受到表面力应力：微元面积上单位面积的表面力下标n表示表面力作用面的法方向第一章流体的物理性质1.2作用在流体上的体积力和表面力说明：1.应力和作用面方向有关，同一点不同方向作用面上应力不同；2.约定：作用面的法向量以指向域外为正；3.一般，并不垂直于作用面，可以分解为法向分量，与平行于作用面的两个互相垂直的分量和；并约定（n,t,s,)组成右手直角坐标系。4.正应力：沿作用面法线方向的应力分量5.剪应力、：沿作用面

6、切线方向的应力分量第一章流体的物理性质1.2作用在流体上的体积力和表面力应力性质：1.相邻两微元面上的表面力是作用力与反作用力；2.相邻微元面上的正应力和切应力值都相等。令应力一点的应力张量及其性质只要知道通过一点三个互相垂直坐标面上的应力值（T1、T2、T3），就可以确定该点任意方向面上的应力。称（T1、T2、T3）为该点的应力状态。第一章流体的物理性质1.2作用在流体上的体积力和表面力一点的应力张量及其性质一点应力状态T可以表示为下标中，第一个指力作用面的外法线方向，第二个指力的作用方向。n1、n2、n3是应力作用面单位法向量方向余弦（，）定义：应力张量T第一章流体

7、的物理性质1.2作用在流体上的体积力和表面力任意面上应力或应力张量T是二阶张量，它有九个分量且应力张量的对称性即一点应力张量只有六个独立分量理想流体的应力张量理想流体：μ=0的流体，因此pij=0(其中i≠j)，只承受压应力。应力张量第一章流体的物理性质1.2作用在流体上的体积力和表面力单位张量（其中i≠j时，δij=0；i=j时，δij=1）理想流体任意面上应力Tn1.3流体的易流性和压缩性流体的易流性易流性：静止流体不承受剪应力，任何微小的剪应力驱使流体持续流动。静止流体只承受压力流体粘性：流体运动时，微团之间具有抵抗相互滑移运动的属