第一章 流体力学绪论

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1、《流体力学》主讲教师：王艳城建与环境学院授课内容学时第一章绪论4第二章流体静力学6第三章流体动力学8第四章流体阻力与能量损失8第六章量纲分析与相似原理4第十一章一元气体动力学基础6合计36二、内容多，难理解三、成绩——平时成绩20%(考勤、作业、随堂测验)+期末考试80%一、流体力学的三个重要环节掌握流体力学的基本原理了解仪器的结构和应用掌握解析的各种方法第一章绪论重点：流体的定义和特征、连续介质的假设、作用在流体上的力、流体的主要物理性质、液体的表面性质。难点：流体的连续介质的假设、流体的黏性和液体的表面

2、张力等都是以前未曾接触过的新概念，必须准确理解。流体力学的任务和研究对象流体力学是力学的一个分支，它主要研究流体本身的静止状态和运动状态，以及流体和固体界壁间有相对运动时的相互作用和流动的规律。主要研究对象是空气和水。主要基础是牛顿运动定律和质量守恒定律，常常还要用到热力学知识，有时还用到宏观电动力学的基本定律、本构方程和物理学、化学的基础知识。发展史古时中国有大禹治水疏通江河的传说；秦朝李冰父子带领劳动人民修建的都江堰大约与此同时，古罗马人建成了大规模的供水管道系统等等。气象、水利的研究，船舶、飞行器、叶

3、轮机械和核电站的设计及其运行，可燃气体或炸药的爆炸，以及天体物理的若干问题等等，都广泛地用到流体力学知识。许多现代科学技术所关心的问题既受流体力学的指导，同时也促进了它不断地发展。1950年后，电子计算机的发展又给予流体力学以极大的推动。发展史对流体力学学科的形成作出第一个贡献的是古希腊的阿基米德，奠定了流体静力学的基础；直到15世纪，意大利达•芬奇的著作才谈到水波、管流、水力机械、鸟的飞翔原理等问题；17世纪，帕斯卡阐明了静止流体中压力的概念。发展史17世纪，提出了牛顿粘性定律；法国皮托发明了测量流速的皮

4、托管；达朗贝尔对运河中船只的阻力进行了许多实验工作，证实了阻力同物体运动速度之间的平方关系；瑞士的欧拉采用了连续介质的概念，把静力学中压力的概念推广到运动流体中，建立了欧拉方程，正确地用微分方程组描述了无粘流体的运动；发展史1738年伯努利出版他的专著时，首先采用了水动力学这个名词并作为书名；1880年前后出现了空气动力学这个名词；普朗特普朗特学派从1904年到1921年逐步将纳维－斯托克斯方程（N-S方程）作了简化：1935年以后，人们概括了这两方面的知识，建立了统一的体系，统称为流体力学。流体力学的应用

5、航空航天领域——空气动力学、稀薄空气动力学飞机、火箭、人造地球卫星、宇宙探测器、航天飞机等航空器都是在大气层内活动的飞行器。例：飞机为什么能飞？——各种飞机都是靠空气动力克服自身重力实现升空的。（2）船舶工业很显然，船舶工业更是离不开流体力学。船舶、舰艇的外形直接影响到他们的航行速度、稳定性等特性，在设计时必须考虑在流体力学上如何使船体线型达到最佳。（3）水利工程等关系到国计民生的大工程—理论计算、设计、勘察例：三峡工程：五级连续船闸——U形管原理（连通器）§1.1流体的定义和特征自然界物质存在的主要形态：

6、一、流体的定义流体与固体的区别具有流动性的物体（即能够流动的物体）。液体和气体是流体固态、液态和气态固体的变形与受力的大小成正比；任何一个微小的剪切力都能使流体发生连续的变形。§1.1流体的定义和特征三、流体的特点温度对粘性的影响：产生粘性的主要因素不同（1）气体：T升高，µ变大分子间动量交换为主（2）液体：T升高，µ变小内聚力为主§1.1流体的定义和特征一、流体的定义（续）液体与气体的区别二、流体的特征流动性液体的流动性小于气体；--在微小剪切力作用下汇发生连续变形的特性液体具有一定的体积，并取容器的形状

7、；气体充满任何容器，而无一定体积。§1.2流体的连续介质假设微观：流体是由大量做无规则热运动的分子所组成，分子间存有空隙，在空间是不连续的。宏观：一般工程中，所研究流体的空间尺度要比分子距离大得多。问题的引出：§1.2流体的连续介质假设定义：不考虑流体分子间的间隙，把流体视为由无数连续分布的流体微团组成的连续介质。流体微团必须具备的两个条件必须包含足够多的分子；体积必须很小。一、流体的连续介质假设§1.2流体的连续介质假设避免了流体分子运动的复杂性，只需研究流体的宏观运动。2.可以利用数学工具来研究流体的平

8、衡与运动规律。二、采用流体连续介质假设的优点3、假设的局限性：对稀薄气体，不能适用，必须考虑为不连续流体。流体在各种不同水力现象中的表现，取决于：内因：流体本身的物理性质——第三节外因：作用在流体上的力——第二节§1.3作用在流体表面上的力两类作用在流体上的力：表面力和质量力一、表面力1.应力分离体以外的流体通过流体分离体表面作用在流体上的力，其大小与作用面积成比单位面积上的表面力。§1.3作用在流体表面上的力一