流体力学A 1-1

1、1流体力学流体力学A任课教师：程友良热能教研室2 流体力学及其研究对象 学习这门课程的重要性和必要性 如何学好这门课程 其它事项绪 论绪 论3流体力学及其研究对象力学：研究物体物体在各种力各种力作用下移动移动和平衡平衡所具有规律规律的科学。物体状态：固体、液体、气体和等离子体。流体：液体和气体的统称。流体力学：研究流体流体在各种力各种力作用下移移动动和平衡平衡所具有规律规律的科学。随着学科学科本身本身的发展及其对工程实际背景的渗透渗透，流体力学又产生出了许多新的分支新的分支。绪 论4流体力学及其研究对象力学固体力学流体力学流体力学静力学静力学，运动学运动学，动力学动力学:水动力学水动力学、气动

2、力学气动力学或空气空气力学力学，；燃烧流体力学燃烧流体力学，环境流体力环境流体力学学，计算流体力学计算流体力学，。绪 论5流体力学及其研究对象研究对象：平衡平衡时的规律：如压强分布、总压力等。流体流过某种物体或通道时的运动运动规律：如速度分布、压强分布、质量、动量、能量等；与其它物质形态（固体、液体或气体）之间的相互作用相互作用（作用力、传热、传质及能量转换、能量损失等）规律。绪 论6这门课的重要性和必要性在许多工业技术领域有广泛应用广泛应用 农田、水利， 造船、航运； 航空、航天； 能源、电力； 绪 论7农田、水利绪 论8农田、水利绪 论都都江江堰堰水水利利工工程程9绪 论造船、航运10绪

3、论航空、航天11绪 论能源、电力12绪 论能源、电力13汽轮机系统汽轮机系统循环水泵循环水泵凝结水泵凝结水泵锅炉给水泵锅炉给水泵 锅炉系统锅炉系统送风机送风机引风机引风机排粉风机排粉风机疏水泵疏水泵补给水泵补给水泵 灰渣泵灰渣泵冲灰水泵冲灰水泵火力发电厂系统简图能源、电力14这门课的重要性和必要性n在其他许多工业技术领域也有广泛应用也有广泛应用 机械； 冶金； 石油； 化工； 土木；建筑； 海洋； 大气； 人体循环系统；n与日常生活日常生活密切相关：可以举出若干方面的例子n更是学习后继课程的需要重要的专专业基础课业基础课(学时72、学分4.5)绪 论15与其他学科的关系基础课基础课专业专业基础

4、课基础课专业课专业课高等数学、工程数学、物理学工程力学（理论、材料）工程热力学、流体力学流体力学、传热学汽轮机原理、锅炉原理16如何学好这门课程充分(思想)准备和计划长学期课程；正确处理好与所学课程的关系温故而知新；认真完成老师布置的作业及时复习和预习；注重基础知识、基本方法和基本技能憨实基础；提高提出、分析及解决问题的能力适当研究性学习。绪 论17 其它事项 教材流体力学（王松岭主编）； 参考文献教材后及随课相应布置； 交作业交作业 第一次：前两章； 第二次：第三、四章； 第三次：第五章； 第四次：第十二、六、七章； 第五次：第八、九、十章； 第六次：第十一章。绪 论18 其它事项答疑时间星

5、期四下午3:005:00答疑地点我的办公室（Tel:2224)绪 论19 第一章 流体的基本物理性质主要内容 流体的概念 流体的密度 流体的压缩性和膨胀性 流体的粘性 液体的表面张力和毛细现象第一章 流体的基本物理性质20 1.1 流体的概念vF1. 流体的定义和特征1）定义：在微小微小剪切力剪切力持续持续作用作用下都能连连续不断续不断变形变形的物体物体。2）基本特征：易流动易流动和不具有固定形状不具有固定形状。3）液体和气体具有不同不同的特征：如压缩性、压缩性、粘性粘性等。4）表征流体属性的物理量物理量：, p, T, (u, v, w), 等。第一章 流体的基本物理性质21 1.1 流体的

6、概念vF分子分子结构结构固体：分子间距小，结构紧密，固固 定定形状和体积；液体：分子间距中等（约1倍直 径），分子吸引力中等，没没 有有固定形状；气体：分子间距大（约10倍直 径），分子吸引力小，分子 布朗运动，没有没有固定形状和 体积。第一章 流体的基本物理性质22 1.1 流体的概念2.连续介质假设1）内容： 真实流体可看成是由无数无数体积很小体积很小的连连 续分布续分布的流体微团流体微团（流体质点质点）所组成。2）解释： 体积很小体积很小宏观上充分小（与宏观特 征尺寸比较），微观上充分大（与分子 运动平均自由程相当），少数分子出入 不影响流体微团流体微团平均统计特性特性。第一章 流体的基

7、本物理性质23 1.1 流体的概念 连续分布连续分布忽略流体微团之间的间隙。 流体微团流体微团流体分子集合，几何上看 成一个点点。3）说明： 合理性考察流体宏观机械运动； 优越性可借助数学分析工具研究流 体运动规律； 局限性不适合不适合不满足条件的领域， 如稀薄气体稀薄气体等。第一章 流体的基本物理性质24 1.2 流体的密度1.流体的密度密度1）定义：单位体积单位体积流体所具有的质量质量,记 为。2）公式： 均质流体 非均质流体 特例完全气体完全气体状态方程及在等温等温 过程、等压等压过程、绝热绝热过程 下的不同形式；（板书公式）第一章 流体的基本物理性质25 1.2 流体的密度 注意单位、

8、记号、气体常数气体常数随气 体种类不同3）说明： 一般情况下密度与压强、温度有关； 液体和气体，表现不同； 表1-1标准大气压下标准大气压下几种常用流体常用流体 的密度密度； 表1-2标准大气压标准大气压下不同温度不同温度的水水、 空气空气和水银密度水银密度。第一章 流体的基本物理性质26 1.2 流体的密度2. 流体的比容比容（比体积）：单位质量单位质量的流体所占有的体积体积，记为 【upsilon 】；3. 流体的容重容重（重度）重度）：= g ； 4. 流体的相对密度相对密度（比重）比重）： d= /w； w =1000kg/m3 ；5. 混合混合气体的密度密度：1niii 第一章 流体

9、的基本物理性质27 1.3 流体的压缩性和膨胀性1.流体的压缩性压缩性 1）定义： 2）压缩系数压缩系数：(0)pdV VdTdp 3）流体的体积弹性模量体积弹性模量：1pE 4）关系：压缩系数压缩性体积弹性模量压缩性pddpdpEd第一章 流体的基本物理性质28 1.3 流体的压缩性和膨胀性2.流体的膨胀性膨胀性 1）定义： 2）膨胀系数膨胀系数： 3）说明：与压强有关；5050C前后前后水的膨 胀性与压强的关系不同关系不同。(0)tdV VdpdT3.不可压缩不可压缩流体 1）定义： 2）说明：通常通常液体和低速低速气体。第一章 流体的基本物理性质29 1.4 流体的粘性1.粘性粘性的概念

10、 1）定义定义： 2）牛顿试验牛顿试验： 3）摩擦（切向）阻力摩擦（切向）阻力的大小和方向： 摩擦（切向）应力摩擦（切向）应力的大小和方向：uFAhuh第一章 流体的基本物理性质（阻力）；（应力）。hTyuF30流体流体温度温度动力粘度动力粘度液体气体 1.4 流体的粘性第一章 流体的基本物理性质4）动力粘度（动力粘度（）及其特性特性和机理机理：312.牛顿内摩擦定律 1）内容： 一般速度分布一般速度分布u=u(y)时，流体内部摩擦阻内部摩擦阻力力大小为 1.4 流体的粘性duFAdydudyy uy摩擦（切）应力摩擦（切）应力大小为牛顿内摩擦定律牛顿内摩擦定律第一章 流体的基本物理性质322

11、）说明： i) 直线分布为其特例特例； ii) 速度梯度速度梯度角变形速度角变形速度； iii) 速度相同相同或静止静止时。 1.4 流体的粘性dudy第一章 流体的基本物理性质33 1.4 流体的粘性4.牛顿流体牛顿流体和非牛顿流体非牛顿流体的定义：5.粘性流体粘性流体和理想流体理想流体的定义：3.运动粘度运动粘度：第一章 流体的基本物理性质34 1.5 液体的表面张力和毛细现象1.表面张力：1）定义：自由表面（由于分子间吸引力）收缩时，在收缩方向上必定有与收缩方向相反的作用力，这种力称为表面张力。 正是由于表面张力的存在，液体表面总是趋向收缩成最小面积。2）说明： 它是由于分子间存在吸引力

12、(只在距离第一章 流体的基本物理性质35 1.5 液体的表面张力和毛细现象约1nm（10-7cm)范围内才起作用)而产生的。 在不相混合液体间以及液体和固体间的分界面附近的分子都将受到两种介质吸引力的作用，沿着分界面产生表面张力，通常称为交界面张力。 表面张力的大小以作用在单位长度上的力表示，记作，单位为（N/m)。它的的大小与液体的性质、纯度、温度和与其接触的介质有关。第一章 流体的基本物理性质36 1.5 液体的表面张力和毛细现象02sin222ppR0/ppR3) 表面张力的种类：二维液体表面张力第一章 流体的基本物理性质37 1.5 液体的表面张力和毛细现象naa液体气体01211pp

13、RR三维液体表面张力第一章 流体的基本物理性质38是接触角，与液体，固体性质有关。 1.5 液体的表面张力和毛细现象2.毛细现象：液体在细管中能上升能上升或下降的下降的现象现象。由附着力附着力和内聚力内聚力的相对大小相对大小决定。第一章 流体的基本物理性质39 1.5 液体的表面张力和毛细现象2cos4dghd4coshgd第一章 流体的基本物理性质上升上升(附着力内聚力)或下降下降(附着力内聚力)的高度与管径有关。401rhM例1 液体粘度实验粘度实验（圆柱间隙 粘性流体）求：粘性系数 已知：11.93 cm,r 0.07 cm,7cm,h 10 r/min,n 0.0045 N mM 第一章 流体的基本物理性质课堂例题与练习411rdudy260n113122/Mrrhr h2a310.95210Ps2Mr h解：圆柱表面切应力，底部切应力不计圆柱扭矩：所以，第一章 流体的基本物理性质课堂例题与练习42例222/UFSrLUrL 汽缸 活塞UL活塞半径r第一章 流体的基本物理性质解：课堂例题与练习43例3rdr1r141022rrMrrdrr第一章 流体的基本物理性质解：课堂例题与练习44导出导出单位：其它根据其物理定义导出的相应单位 注意物理量的单位,msk g/ um s2/am