哈工大水力学(流体力学)课件

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1、流体力学哈尔滨工业大学第1章绪论¢§1.1流体力学及其发展史¢§1.2作用在流体上的力¢§1.3流体的主要物理性质¢§141.4牛顿流体和非牛顿流体2§1.1流体力学及其任务一、流体力力究学的研究对象象1.定义流体力学：研究流体机械运动规律及其应用。工程流体力学：研究流体力学的基本原理及其在工程上的应用。2.流体的力学特征固体物质三态液体流体（易流动性）气体3§1.1流体力学及其任务∑流体具有流动性的力学解释抗拉静止：抗压固体抗压流体不抗拉运动：抗压、抗切抗剪切∑液体和气体的区别气体易于压缩液体难于压缩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有一定的体

2、积，存在一个自由液面4§1.1流体力学及其任务二、流体的连续介质模型微观：流体是由大量做无规则运动的分子组成，分子之间存在空隙，在标准条件下，1cm3水中含有3.3×1022个左右的水分子，分子间距离是3×10-8cm。宏观：流体力学是研究流体宏观机械运动规律（微观运动的宏观表现），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的多。5§1.1流体力学及其任务1.连续介质模型（ContinuousMediumModelContinuousMediumModel）：把流体视为密集质点（含有大量分子、体积忽略不计、具有一定质量的流体微团）构成的

3、无空隙连续介质，且其所有的物理量都是空间坐标和时间的连续函数的一种假设模型。u=u()(t,x,y,z)2.优点1）排除了分子运动的复杂性。2）物理量是时空连续函数，则可以利用连续函数这一数学工具来研究问题。6§1.1流体力学及其任务三、流体力学的研究方法理论研究方法：通过对液体物理性质和流动特性的科学抽象（近似），提出合理的理论模型。实验研究方法：通过对流动的观察和测量认识流动规律。数值研究方法：将流场离散化，利用计算机进行数值模拟。已形成专门学科——计算流体力学(ComputationalFluidDynamics,CFD)。7图起火房间烟火羽流随时间的演化8§1.

4、1流体力学及其任务四、流体力学的发展史1.流体力学的发展历史1）萌芽阶段¾上古大禹治水疏壅导滞——顺水之性，治水须引导和疏通¾为满足农业灌溉（都江堰、郑国渠、灵渠）¾用来作为计时工具的“铜壶滴漏”——孔口出流¾古埃及、古巴比伦、古希腊、古印度、古罗马、玛雅文化—农业渠系、航运、城市供排水系统¾公元前250年左右古希腊学者阿基米德提出浮力定律—奠定流体静力学基础9§1.1流体力学及其任务赵州桥古代的计时工具“铜壶滴漏”10§1.1流体力学及其任务2）主要发展阶段始于17世纪资本主义制度下社会化大生产的要求，于18世纪初步确定了流体力学的基本概念¾1687年牛顿的名著《自然

5、哲学的数学原理》讨论流体的阻力、波浪运动等内容，使流体力学开始变为力学中的一个独立分支。¾1783年瑞士数学家伯努利在名著《流体动力学》中提出了伯努利方程。¾1755年欧拉在名著《流体运动的一般原理》中提出理想流体概念，并建立了理想流体基本方程和连续方程，同时提出了速度势的概念。11§1.1流体力学及其任务¾1781年拉格朗日首先引进了流函数的概念。¾1826年法国工程师Navier，1845年英国数学家、物理学家Stokes提出了著名的N-S方程。¾1876年雷诺发现了流体流动的两种流态：层流和紊流¾1858年亥姆霍兹指出了理想流体中旋涡的许多基本性质及旋涡运动理论，

6、并于1887年提出了脱体绕流理论¾19世纪末，相似理论提出，实验和理论分析相结合。¾1904年普朗特提出了边界层理论。1213§1.1流体力学及其任务3）迅速发展阶段¾高速空气动力学（空气热动力学）、空气热化学、等离子体力学（电磁流体力学）、辐射流体力学、稀薄流体力学¾流变学（非牛顿流体力学）、多相流体力学、计算流体力学、环境流体力学、生物流体力学20世纪后现代工业迅猛发展，理论与实验方法融为一体，20世纪60年代以后，随着计算机的发明，利用数值方法，产生新的研究方法——计算流体力学（波音飞机的无纸化设计、航天飞机设计）14§1.1流体力学及其任务2.流体力学的分类∑按

7、其研究内容的侧重点不同理论流体力学（流体力学）：主要采用严密的数学推理方法，力求准确性和严密性。工程流体力学（应用流体力学、水力学）：侧重于解决工程实际中出现的问题，而不去追求数学上的严密性。15§1.1流体力学及其任务∑从历史发展角度分¾古典流体力学：在古典力学的基础上，运用严密的数学工具，建立有关理想流体及实际流体的基本运动方程，但理论中假设与实际不尽相符。Bernoulli、Euler数理学家。某些理论的假设与实际有出入或基本方程求解遇到数学上的困难。¾实验流体力学：工程技术人员用实验方法制定一些经验公式，满足工程需要，但有些公式缺