流体力学课件 第一章.ppt

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1、第一章绪论流体力学研究的主要内容：1、建立描述流体平衡和运动规律的基本方程；2、确定流体流经各种通道时速度、压强的分布　规律；3、探求流体运动中的能量转换及各种能量损失　的计算方法；4、解决流体与限制其流动的固体壁面间的相互　作用力。§1-1流体力学的任务及发展简史公元前—阿基米德（Archimedes）近代(1500-1899)理论(流体动力学Hydrodynamics):牛顿(Newton)、伯努里(Bernoulli)、欧拉(Eular)、纳维-斯托克斯(Navior-Stokes)实验(水力学Hydraulics)：毕托(Pitot)、尼

2、古拉兹(Nikuradse)、莫迪(Moody)、达希(Darcy)现代(1900—)普朗特(Prandtl):提出边界层理论，将理论流体力学和实验流体力学有机结合。马赫(March):空气动力学—与空间飞行器的发展有关。目前：计算流体力学、生物流体力学、两相流体力学等。流体力学是研究流体（液体、气体）处于平衡状态和流动状态时的运动规律及其在工程技术领域中的应用。流体力学的基础理论由三部分组成。一是流体处于平衡状态时，各种作用在流体上的力之间关系的理论，称为流体静力学；二是流体处于流动状态时，作用在流体上的力和流动之间关系的理论，称为流体动力学；

3、三是气体处于高速流动状态时，气体的运动规律的理论，称为气体动力学。工程流体力学的研究范畴是将流体流动作为宏观机械运动进行研究，而不是研究流体的微观分子运动。流体力学在工程技术中有着广泛的应用。在能源、化工、环保、机械、建筑（给排水、暖通）等工程技术领域的设计、施工和运行等方面都涉及到流体力学问题。§1.2流体的连续介质模型一、流体的微观不连续性任何流体都是由分子组成。分子与分子之间存在空隙。因此，从微观角度看，流体及其物理量在空间不连续分布。二、流体力学研究的对象流体力学研究大量分子组成的流体的宏观运动，即大量分子的统计平均特性，而不是微观的分子

4、运动。这一宏观运动可以用包含大量分子的流体质点的运动来体现。三、流体质点的选取包含P（x,y,z）点的微元体δV,包含流体质量δm，求平均密度δm/δV。δm/δVρ0δV′δVδV→δV′δV/δm→ρ，体现稳定的统计平均特性。δV<δV′δV/δm不确定，出现随机波动，反映分子的个性。∴δV′是一种特征体积,是几何尺寸很小,但包含足够多分子,能体现分子统计平均特性的体积。微元体积δV′中的所有流体分子的总体就称为流体质点。δV′就是流体质点(微团)的体积。四、流体质点的概念流体质点——流体中由大量流体分子组成的，宏观尺度非常小，而微观尺度又足

5、够大的物理实体。（具有宏观物理量、T、p、v等）五、连续介质的概念连续介质模型——流体是由无穷多个，无穷小的，彼此紧密毗邻、连续不断的流体质点所组成的一种绝无间隙的连续介质。§1-3流体的主要物理性质一、密度limMV0V流体密度是空间位置和时间的函数。V.MP(x,y,z)zxyP=kg/m3对于均质流体：2、流体的相对密度流体的相对密度是指某种流体的密度与4℃时水的密度的比值，用符号d来表示。式中：—流体的密度，kg/m3；—4℃时水的密度，kg/m3。表1-1和表1-2列出了一些常用液体、气体在标准大气压强下的物理性质。表

6、1-1在标准大气压下常用液体的物理性质2021/7/2710表1-2在标准大气压和20℃常用气体性质2021/7/27111.3.2、流体的黏性粘性的概念及牛顿内摩擦定律内摩擦力——相邻流层间，平行于流层表面的相互作用力。定义：流体在运动时，其内部相邻流层间要产生抵抗相对滑动（抵抗变形）的内摩擦力的性质称为流体的粘性。yxv。v+dvvydyv0F其中：h——两平板间的距离，A——平板面积。若对上板施加力F，并使上板以速度U保持匀速直线运动，则内摩擦力T=F。通过牛顿平板实验得出：因流体质点粘附于固体壁上，故下板上流体质点的速度为零，紧贴上

7、板的液体质点速度为U。当h及U不太大时，板间沿法线方向的点流速可看成线性分布，即：所以，内摩擦力为：此式即为牛顿内摩擦定律公式。其中：为粘度系数,或动力粘度，表征流体抵抗变形的能力，它和密度的比值称为流体的运动粘度：在运用牛顿内摩擦定律公式时应注意:此式不仅适用于液体，也适用于气体。此式表明，流体内有相对运动时，流体内就会产生内摩擦力来抗拒此相对运动。切应力τ的大小与流体的粘性以及沿运动垂直方向上的速度梯度du/dy成正比。内摩擦力：以切应力表示：式中：µ——与流体的种类及其温度有关的比例常数；——速度梯度（流体流速在其法线方向上的变化率）。牛

8、顿内摩擦定律F—流体层接触面上的内摩擦力，N；A—流体层间的接触面积，m2；du/dy—垂直于流动方向上的速度梯度1/s；μ—动力黏度，