一章 流体及其主要物理性质ppt课件.ppt

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1、第一章流体及其主要物理性质流体力学汽车学院同济大学TongjiUniversity上海地面交通工具风洞中心ShanghaiAutomotiveWindTunnelCenter目录绪论第一章流体及其主要物理性质第二章流体静力学第三章流体运动学基础第四章流体动力学基础第五章相似原理和量纲分析第六章理想流体的无旋流动和有旋流动第七章粘性流体力学第八章定常一元可压缩气流第九章计算流体力学第一章流体及其主要物理性质§1流体的连续介质模型§2流体的主要物理性质1）流体的密度2）压缩性和膨胀性3）流体的粘性§3作用在流体

2、上的力（表面力质量力）§4理想流体中的压力与方向无关§5*液体的表面张力§1流体的连续介质模型从微观上看:流体(包括液体和气体)与固体是物质的不同表现形式，它们都有下列三个物质基本属性：1、由大量分子组成；2、分子不断作随机热运动；3、分子与分子之间存在着分子力的作用：1、同样体积内的分子数目，气体少于液体．液体又少于固体；2、同样分子距上的分子力，气体小于液体，液体小于固体。3、气体的分子运动有较大的自由程和随机性，液体则较小，而固体分子只能围绕自身位置作微小的振动。一、流体的物理属性从宏观上看：宏观性质是微

3、观性质的统计平均，表现出一定的特征：1、液体有一定的体积而无一定的形状2、气体既无一定的体积也无一定的形状3、液体流动性小，气体流动性大4、液体可压缩性小，气体可压缩性大§1流体的连续介质模型5、流体在力学性能上表现出两个特点：1）流体不能承受拉力，因而流体内部永远不存在抵抗拉伸变形的拉应力2）流体在宏观平衡状态下不能承受剪切力，任何微小的剪切力都会导致流体连续变形、平衡破坏、产生流动说明可以从宏观上开展流体力学问题研究§1流体的连续介质模型二、流体的连续介质模型任何流体都是由无数分子组成的，分子与分子间有空隙

4、，所以微观上流体并不是连续分布的物质。但是流体力学并不研究微观的分子运动，因此在研究流体宏观运动时，要对流体作力学模型假设。1753年欧拉提出了“连续介质模型”假说，从而使流体力学研究摆脱了从流体分子运动层面上着手的繁琐困难的劳动，转而研究模型化了的连续流体介质。通过引进微分方程等强有力的数学工具，整个流体力学研究得到了飞速发展，这与引入连续介质模型是密不可分的。假定组成流体的最小物理实体是流体质点而不是流体分子，即：流体是由无穷多个、无穷小的、紧密毗邻、连绵不断的流体质点所组成的一种绝无间隙的连续介质。连续介

5、质模型§1流体的连续介质模型1、流体质点的概念所谓流体质点就是流体中宏观尺寸非常小而微观尺寸又足够大的任意一个物理实体。流体质点具有下述四层含义：a)流体质点的宏观尺寸非常小。用数学用语来说就是流体质点所占据的宏观体积极限为零。b)流体质点的微观尺寸足够大。所谓微观尺寸足够大，就是说流体质点的微观体积必然大于流体分子尺寸的数量级，这样在流体质点内任何时刻都包含有足够多的流体分子，个别分子的行为不会影响质点总体的统计平均特性。x0yz·PVV’Vc)流体质点是包含有足够多分子在内的一个物理实体。在任何时刻

6、流体质点都应该具有一定的宏观物理量。例如：流体质点具有质量（质点所包含分子质量之和）；流体质点具有密度（质点质量除以质点体积）；流体质点具有温度（质点所包含分子热运动动能的统计平均值）；流体质点具有压强（质点所包含分子热运动互相碰撞从而在单位面积产生的压力的统计平均值）。流体质点还具有流速、动量、动能、内能等等宏观物理量。d)流体质点的形状可以任意划定。质点和质点之间可以完全没有空隙，流体所在的空间中，质点紧密毗邻、连绵不断、无所不在。于是也就引出下述连续介质的概念。§1流体的连续介质模型§1流体的连续介质模型

7、2、连续介质模型及其重要性a)假定组成流体的最小物理实体是流体质点而不是流体分子，即：流体是由无穷多个、无穷小的、紧密毗邻、连绵不断的流体质点所组成的一种绝无间隙的连续介质。b)连续介质假定的重要性在于:流体中取任意小的一个微元部分，当该微团的体积无限缩小并以某一坐标点为极限时，流体微团就成为处在这个坐标点上的一个流体质点，它在任何瞬时都应该具有一定的物理量．如质量、密度、压强、流速等等。因此，连续介质中流体质点的一切物理量必然都是坐标与时间(x,y,z,t)变量的单值、连续、可微函数，从而形成各种物理量的标量

8、场和矢量场(也称为流场)，这样我们就可以顺利地运用连续函数和场论等数学工具研究流体运动和平衡问题。§1流体的连续介质模型3、连续介质模型局限性使用连续介质模型有一定的范围，在某些特殊流动中，它不适用。当研究的工程实际尺寸与分子的自由行程有相同或接近的数量级时，就不能再应用连续介质作为研究模型了。连续介质模型失效情况:稀薄气体火箭在空气稀薄的高空中飞行激波(厚度与气体分子平均自由程同量级