流体力学第一章(20151010)

1、第一章绪论王浩12519341.1 1.1 任务及发展史任务及发展史1.2 1.2 连续介质的假设及性质连续介质的假设及性质1.3 1.3 作用在流体上的力作用在流体上的力1.4 1.4 工程液体力学的研究方法工程液体力学的研究方法本章概论本章概论1.1.1任务任务1.1 任务及发展史任务及发展史 空气空气和水是地球上广泛存在的物质，所以与流体和水是地球上广泛存在的物质，所以与流体运动关联的力学问题是很普遍的。流体力学在许多学运动关联的力学问题是很普遍的。流体力学在许多学科和工程领域有着广泛的应用，其重要性科和工程领域有着广泛的应用，其重要性不言而喻。不言而喻。侧重理论侧重理论理论流体力学理论

2、流体力学侧重应用侧重应用工程流体力学工程流体力学侧重应用侧重应用水力学（研究对象是水流）水力学（研究对象是水流） 1.1 任务任务及发展史及发展史第一阶段（第一阶段（1616世纪以前）：流体力学形成的萌芽阶段世纪以前）：流体力学形成的萌芽阶段 公元前公元前22862286年公元前年公元前22782278年年大禹治水大禹治水疏壅导滞（洪水归于河）疏壅导滞（洪水归于河） 公元前公元前300300多年多年李冰李冰 都江堰都江堰- -深淘滩，低作堰深淘滩，低作堰 公元公元584584年公元年公元610610年年隋朝南北大运河、船闸应用隋朝南北大运河、船闸应用埃及、巴比伦、罗马、希腊、印度等地水利、造船

3、、航海产业发展埃及、巴比伦、罗马、希腊、印度等地水利、造船、航海产业发展 系统研究系统研究古希腊哲学家阿基米德古希腊哲学家阿基米德论浮体论浮体（公元前（公元前250250年）奠定了流体静力年）奠定了流体静力学的基础（第一篇阐述流体静力学）学的基础（第一篇阐述流体静力学）1.1.2发展史发展史第二阶段（文艺复兴第二阶段（文艺复兴-18-18世纪中叶世纪中叶) )流体力学成为独立学科的阶段流体力学成为独立学科的阶段1.1、任务及发展史、任务及发展史 15861586年斯蒂芬年斯蒂芬水静力学原理水静力学原理 16501650年帕斯卡年帕斯卡“帕斯卡原理帕斯卡原理” 16121612年伽利略年伽利略物

4、体沉浮的基本原理物体沉浮的基本原理 16861686年牛顿年牛顿牛顿内摩擦定律牛顿内摩擦定律 17381738年伯努利年伯努利理想不可压缩流体的运动能量方程即理想不可压缩流体的运动能量方程即 伯努利方程伯努利方程 17751775年欧拉年欧拉理想流体的运动微分方程即欧拉运动微分理想流体的运动微分方程即欧拉运动微分方程方程1.1.2发展史发展史1.1、任务及发展史、任务及发展史第三阶段（第三阶段（1818世纪中叶世纪中叶-19-19世纪末）流体力学沿着两个方向发世纪末）流体力学沿着两个方向发展展欧拉（理论）、伯努利（实验）欧拉（理论）、伯努利（实验）工程技术快速发展，提出很多经验公式工程技术快速

5、发展，提出很多经验公式17691769年谢才年谢才谢才公式（计算流速、流量）谢才公式（计算流速、流量）18951895年曼宁年曼宁曼宁公式（计算谢才系数）曼宁公式（计算谢才系数）17321732年比托年比托比托管（测流速）比托管（测流速）17971797年文丘里年文丘里文丘里管（测流量）文丘里管（测流量）理论理论18231823年纳维，年纳维，18451845年斯托克斯分别提出粘性流体运动年斯托克斯分别提出粘性流体运动方程组（方程组（N-SN-S方程）方程）1.1.2发展史发展史1.1、任务及发展史、任务及发展史第四阶段（第四阶段（1919世纪末以来）流体力学飞跃发展世纪末以来）流体力学飞跃发

6、展 理论分析与试验研究相结合理论分析与试验研究相结合 量纲分析和相似性原理起重要作用量纲分析和相似性原理起重要作用18831883年雷诺年雷诺雷诺实验（判断流态）雷诺实验（判断流态）19031903年普朗特年普朗特边界层概念（绕流运动）边界层概念（绕流运动）1933-19341933-1934年尼古拉兹年尼古拉兹尼古拉兹实验（确定阻力尼古拉兹实验（确定阻力系数）系数）1.1.2发展史发展史1.2 连续介质假设 流体的主要物理性质1.2.1 连续介质假设连续介质假设 1 1、液体质点、液体质点u宏观宏观，流体质点足够小，只占据一个空间几何点，体积趋于零。u微观微观，流体质点是一个足够大的分子团，

7、包含了足够多的流体分子，以致于对这些分子行为的统计平均值将是稳定的，作为表征流体物理特性和运动要素的物理量定义在流体质点上。 2 2、连续介质、连续介质 将流体作为由无穷多稠密、没有间隙的流体质点构成的连续介质，这就是1755年欧拉提出的“连续介质模型”。 其目的是在流体力学研究中，利用连续函数的概念和场论的方法 其物理特性和运动要素在空间是连续分布的。1.2 连续介质假设 流体的主要物理性质1.2.2 流体的主要物理性质流体的主要物理性质粘性粘性 库仑把一块薄圆板用细金属丝平吊在液体中，将圆板绕中心转过一角度后放开，靠金属丝的扭转作用，圆板开始往返摆动，由于液体的粘性作用，圆板摆动幅度逐渐衰

8、减，直至静止。库仑分别测量了普通板、涂腊板和细沙板，三种圆板的衰减时间。三种圆板的衰减时间均相等三种圆板的衰减时间均相等。衰减衰减的原因，不是圆板与液体之间的的原因，不是圆板与液体之间的相互摩擦相互摩擦 ，而是液体内部的摩擦，而是液体内部的摩擦 。 dtddydvx它表明：它表明： 粘性切应力与速度梯度成正比；粘性切应力与速度梯度成正比； 粘性切应力与角变形速率成正比；粘性切应力与角变形速率成正比； 比例系数称动力粘度，简称粘度，比例系数称动力粘度，简称粘度，是粘是粘性流体的物理属性性流体的物理属性。粘性粘性1、的全称为动力粘动力粘度度,粘度的单位在SI制中是帕秒2、工程中常常用到运运动粘度动

9、粘度用下式表示 单位:(m2/s）气体热运动气体热运动T 液体液体吸引力吸引力T表面张力表面张力发生在液气接触的周界、液固接触的周界、不同液体接触的周界注意：表面张力仅在自由表面存在，液体内部并不存在表面张力。 液体的表面张力较小，一般对液体的宏观运动不起作用可忽略不计由于表面张力作用，玻璃管中液面和与之连同的大容器中的液面不在同一水平面上，这种现象叫毛细现象。浸润液体在细管里升高的现象和不浸润液体在细管里降低的现象. grhcos2h1.3 作用在流体上的力作用在流体上的力 流体不能承受集中力，只能承受分布力。分布力按表现形式又分为：质量力、表面力质量力、表面力。1、质量力质量力（重力和惯性力） 作用在隔离体内每一个流体质点上，其大小与质量成比例的力。在均质流体中，它和流体的体积亦成比例。 单位质量