流体力学的基本概念ppt课件.ppt

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1、第一章流体力学的基本概念11.1流体连续介质模型宏观性质的差异直接与“物质的分子热运动状态和分子之间的相互作用存在着不同的情形”有关。任何物质都不是连续体，而是由处于分离状态的大量粒子所组成，即分子、原子，它们之间存在相互作用力。2宏观力学特性和微观物质结构之间存在着依赖关系。是否表示，要弄清物体变形、流动等宏观规律，一定得从研究单个物质分子的运动出发，把各个分子的运动情况掌握后才有可能？设想一下，即便使用较为简单的经典力学模型，给出一个质点的运动也需要解三个常微分方程；对于N个粒子的质点系，就要解3N个常微分方程组成的方程组。通常，N是与阿佛伽得罗常数(Avogadro，6.03×102

2、3)同量级的正整数。解这样庞大数目的方程组，连同初始条件给定的困难，不难想象。这条路子是根本无法走通的。分子动力论是用质点力学和统计学相结合的方法来研究物质宏观力学和热力学性质的科学。这一理论确实取得了很大的成就，但是，它目前也只能应用于某些简单的气体，远不能解决范围十分宽广的流体力学和固体力学中的大量问题。1.疑问32.解决办法?流体力学是研究流体的宏观运动的，研究的对象不直接是这些物质粒子本身，而是从这些物质抽象出来的一种模型—连续介质。?连续介质模型认为(假设)物质连续地无间隙地分布于物质所占有的整个空间，流体宏观物理量是空间点及时间的连续函数。?通常所说的流体力学，就是指建立在连续

3、介质假设基础上的流体力学。连续介质假设4新问题：怎样把一个由分子和原子组成的质点系统“等效地”代换为一个连续体？即应如何正确规定连续体的质量、动量、能量等物理量在空间的分布。连续介质假设的思想：?研究对象是物体的宏观运动，即大量分子的平均行为，而不是单个分子的个别行为，因而可以不去考虑物质的分子结构和单个分子的运动细节。事实表明，物质的分子结构和分子的热运动只对宏观运动存在间接的影响，即只能通过影响物质的热力学特性来影响物体的运动。?因此，类似于热力学方法，当研究物体的变形、流动等宏观运动特性时，就可以将物体作为一种连续体对待，而无须计及它的微观分子结构。53.连续介质密度的定义?其中，δ

4、V是在空间一点P近旁所取的一个微元体积。?δV→0，相当于一个分子体积那样的大小，那么就会出现这种情况：若δV中包含一个分子，ρ就是一个很大的值；若δV中不含任何粒子，ρ就为零。?ρ就会是随着P点位置改变而剧烈跳跃的函数。这样的函数不能应用连续统计学。61)当a=10-8m，δV中约有27个气体分子→分子的随机运动可能随时影响密度，因而引起密度值的很大波动；2)当a≈10-5m，δV中约有2.7×1010个气体分子(约包含3×1013个水分子)，完全可以获得一个确定的统计平均密度→宏观密度3.连续介质密度随尺度的变化(常温下)73)当a>L，流体的密度随空间变化，是一个空间分布的连续函数。

5、3.连续介质密度随尺度的变化(常温下)微元体积δV不是数学上的无限小，而应理解为“物理上的”无限小(唯象的方法)8宏观物理量的严格定义---系综平均3.连续介质?理论上，δV应当取成是真正的数学无限小，而对于给定的点和时间，密度ρ就是一个随机变量。求出这个随机变量的统计平均值，将得到一个确定的数，不同点和时间ρ的全体就是定义在时空四维连续体上的密度分布函数。•两种宏观物理量的描述方法不同，效果一样94连续介质假设的适用范围本节所建立的连续介质模型，应当理解为一种近似的数学模型，其正确性要由实践来加以检验。大量事实证明，连续介质力学在相当广泛的领域内给出了和实际吻合的结果。飞机、车船在周围流

6、体介质中运动?血液在动脉中的流动(红血球的直径约8×10-6m，动脉直径约为5×10-3m)10但是，也应当指出，对于研究对象的宏观尺度和物质结构的微观尺度量级相当的情况，连续介质模型将不再适用。当分析空间飞行器和高层稀薄大气的相互作用时，由于空气分子的平均自由程可以和飞行器尺度相当，连续介质流体力学将不再适用。?研究稠密大气中强激波的内部结构时，也会由于激波厚度与气体分子平均自由程量级相当，而使连续介质模型失去意义。在上述几个例子中，分子运动的微观行为对宏观运动都有着直接的影响。这时，分子动力论才是解决问题的正确方法。111.2流体的物理性质一.易流动性粘性是是指流体内部具有的抗拒变形，

7、阻碍运动的性质。粘性是流体的固有属性之一，任何一种流体都具有粘性。二.流体具有粘性对剪切力没有抵抗作用，在微小的剪切力的作用下就发生连续不断的变形，流体不能承受拉力，但能承受压力。12牛顿内摩擦定律y方向速度梯度满足此表达式的流体称为牛顿流体。不满足以上关系的流体成为非牛顿流体。0牙膏0>0油漆淀粉糊水du/dy剪切应变率13三.可压缩性体积压缩系数当温度保持不变，单位压强增量引起流体体积的相对缩小量—流体的体积压