第一章 流体力学 绪论ppt课件.ppt

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1、流体力学教研室：环境与市政工程系水力水文教研室目录第一章绪论第二章流体静力学第三章流体运动学第四章流体动力学基础第五章量纲分析和相似原理第六章流动阻力和水头损失第七章孔口、管嘴出流和有压管流第八章明渠流动第九章堰流第十章渗流第一章绪论本章导读§1.1流体力学及其任务§1.2作用在流体上的力§1.3流体的主要物理性质§1.4牛顿流体和非牛顿流体本章小节本章导读本章主要阐述了流体力学的概念与发展简史，分析了流体所受的作用力，阐述了描述流体运动的两种研究方法及流体的主要物理性质，引入流体的连续介质模型概念，以此为基础上引出了理想流体与实际流体、可压缩流体与

2、不可压缩流体、牛顿流体与非牛顿流体等概念。第一章绪论本章导读§1.1流体力学及其任务§1.2作用在流体上的力§1.3流体的主要物理性质§1.4牛顿流体和非牛顿流体本章小结§1.1流体力学及其任务研究对象：流体⑴定义：所谓流体就是液体和气体的合称。⑵基本特征是具有流动性。所谓流动性是指流体的微小切力作用下，连续变形的特性。只要切力存在，流动就持续进行。流动性是区别流体和固体的力学特征。2、连续介质模型1.问题的引出微观：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，在时间和空间上不连续，致使流体的物理量随时间、空间的变化而变化。宏观：一般工程

3、中，所研究液体的空间尺度要比分子距离大得多，即考虑宏观特性，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。2.流体的连续介质假设a定义：不考虑分子间的间隙，把流体视为由无数连续分布的流体微团组成的连续介质。b液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。３.采用流体连续介质假设的优点a　避免了流体分子运动的复杂性，只需研究流体的宏观运动。b　可以利用教学工具来研究流体的平衡与运动规律。理论研究方法、实验研究方法、数值研究方法相互配合，互为补充1.理论研究方法力学模型→物理基本定律→求解数学方程→分

4、析和揭示本质和规律理论方法中，引用的主要定律有：（1）质量守恒定律：（2）动量守恒定律：（3）牛顿运动第二定律：（4）机械能转化与守恒定律：动能+压能+位能+能量损失=Const2.实验研究方法相似理论→模型实验装置主要形式：原型观测、系统实验、模型试验3.数值研究方法计算机数值方法是现代分析手段中发展最快的方法之一3、流体力学的研究方法第一章绪论本章导读§1.1流体力学及其任务§1.2作用在流体上的力§1.3流体的主要物理性质§1.4牛顿流体和非牛顿流体本章小结§1.2作用在流体上的力1、作用在流体上的力表面力质量力2、定义：表面力：外界对所研究流

5、体表面的作用力，直接作用在外表面，与表面积大小成正比。质量力：作用在所取流体体积内每一质点上的力，其大小与质量成正比例，称为质量力。表面力质量力§1.2作用在流体上的力§1.2作用在流体上的力应力：表面力在隔离体表面某一点的大小（集度）用应力来表示。ΔFΔPΔTAΔAVτ法向应力pA周围流体作用的表面力切向应力表面力具有传递性(例如某深度的压强随表面压强增大而增大)为上的平均压应力为上的平均剪应力应力法向应力：切向应力：为A点的剪应力应力：为A点压应力，即A点的压强应力的单位是帕斯卡（pa），1pa=1N/㎡ΔFΔPΔTAΔAVτ法向应力pA周围流体

6、作用的表面力切向应力二、质量力质量力中最常见的有重力，惯性力，离心力（非惯性学）。质量力的大小由单位质量力来表示设均质流体的质量为m，所受的质量力为，则单位质量力单位为单位质量力在各坐标轴的分量分别用X,Y,Z来表示单位质量力的单位：m/s2，与加速度单位一致。若作用在流体上的质量力只有重力，则单位质量力X=0，Y=0，负号表示质量力的方向与Z轴方向相反.其中§1.3流体的主要物理性质主要指：惯性、粘性、压缩、膨胀性一流体的基本特征1.物质的三态主要形式有：固体、液体和气体。流体和固体的区别:从力学分析，对外力抵抗能力不同。a固体：既能承受压力，也能

7、承受拉力与抵抗拉伸变形。b流体：只能承受压力，一般不能承受拉力与抵抗拉伸变形。液体和气体的区别：(1)气体易于压缩；而液体难于压缩；(2)液体有一定的体积，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。液体和气体的共同点：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。二、惯性惯性是物体保持原有状态的性质，凡改变物体的运动状态，都必须克服惯性的作用。质量是物质的基本属性之一，是物体惯性大小的量度，质量越大，惯性也越大。单位体积流体的质量称为密度（density），以ρ表示，单位：kg/m3。对于均质流体，设

8、其体积为V，质量m，则为密度对于非均质流体，密度随点而异。若取包含某点在内的体积，其中质量，则该点密度需要用