工程流体力学 第一章 流体及其物理性质ppt课件.ppt

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1、工程流体力学南京工业大学机械与动力工程学院李菊香2005.2前言工程流体力学与工程热力学、传热学一起构成了热能工程专业学生的三门主要专业基础课。所有后续的专业课程，都是这三门课程的综合和实际的应用。学好这三门课程，对热能工程专业学生，尤为重要。工程流体力学主要介绍流体的性质及其运动规律。学习这些知识，可以认识流体的平衡特性，流体的流动规律，流体的流动形态，流体流动的阻力特性等。这些知识都是生产实践中非常需要的。将会在后续课程中经常用到。流体力学在工业技术中有着广泛的应用，水利工程、造船工业、航空航

2、天、土木建筑、冶金化工中都离不开流体力学，热能工程中的许多实际问题，实际上就是流体力学问题。如锅炉中的气水循环，汽轮机的工作原理，水泵、风机的工作原理等都要用到流体力学的基本原理，因此学好流体力学就为将来从事热能工程的技术工作打下坚实的基础。总之，工程流体力学这门课非常重要，流体力学的知识今后会经常用到。大家一定要化力气扎扎实实地学好工程流体力学。前言第一章流体及其物理性质§1.1流体的定义和特征§1.2流体力学发展简史§1.3流体的连续介质假设§1.4国际单位制§1.5流体的密度§1.6流体的

3、压缩性和膨胀性§1.7流体的粘性§1.8液体的表面张力§1.1流体的定义和特征一、流体的定义流体是一种受任何微小剪切力作用都能连续变形的物质，只要这种力继续作用，流体就将继续变形，直到外力停止作用为止。这也称为流体的易流动性。而固体受到剪切力作用，仅产生一定程度的变形，且作用力保持不变，固体的变形就不再变化。∴流体的易流动性是流体的一大特征。二、液体和气体流体分为液体和气体。气体的密度大大小于液体。气体分子间的距离与分子直径相比很大，故分子间的吸引力很小。所以，分子可以自由运动或撞击器壁。故它极易

4、变形和流动，而且总是充满它所能达到的全部空间。液体的密度大于气体。液体分子间的距离较小，分子间的吸引力较大，故它不能象气体分子那样自由运动，只能在周围分子作用下作无规则的振动和在分子间的移动。所以，液体的流动性不如气体。而且，液体具有一定的体积，并取容器的形状。当液体和气体接触时，两者之间形成交界面，称为液体的自由表面。§1.2流体力学发展简史公元前—阿基米德（Archimedes）近代(1500-1899)理论(流体动力学Hydrodynamics):牛顿(Newton)、伯努里(Bernoul

5、li)、欧拉(Eular)、纳维-斯托克斯(Navior-Stokes)实验(水力学Hydraulics)：毕托(Pitot)、尼古拉兹(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。§1.3流体的连续介质假设一、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

6、，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,

7、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、流体的连续介质假设(模型)流体是由无数连续分布的流体质点组成的连续介质。而表征流体特性的物理量可由流体质点的物理量代表，且在空间连续分布。这就是流体的连续介质假设(模型)。例：流体质点的密度就作为P（x,y,z）点的流体密度，它在空间连续分布。有了连续介质模型，我们可认为流体及其物理量是空间和时间的单值连续可微函数，因此，可利用微分方程等数学工具去研究流体的运动规律了。五、连续介

8、质模型的适用性流体质点一方面要包含相当多的分子，对分子可视为非常大，另一方面，要通过流体质点反映流体及其物理量在空间的变化，故流体质点相对于整个流体力学问题的区域又是非常小，即微观无限大与宏观无限小。在大多数流体力学问题中，这个条件能够满足。例：许多工程问题，特征尺寸大于1mm，取Vmin=1mm3，以10-3cm作为流体质点的特征尺寸，δV′=10-9cm3，对于这个流体质点，考察在标准状况下的气体，则δV′中包含2.69×1010个分子，完全能得到与分子数无关的统计平均特性。而