工程流体力学第章绪论讲义

水力学

（工程流体力学）技术基础课系统地掌握流体运动的基本概念、基本理论、基本计算方法和水力实验的基本操作技能，具备一定的分析问题和解决问题的能力，为学习专业课程，从事专业工作和进行科学研究打下一定的基础。

第1章绪论第2章流体静力学第3章流体运动学及动力学基础第4章

阻力阻力与水头损失第5章

孔口、管嘴出流和有压管流第6章

明渠恒定流动第7章

堰流和闸孔出流第8章

渗流第9章

模型试验基础※第10章

一元气体动力学基础主要内容第1章绪论学习重点§1-1概述§1-2流体的连续介质模型§1-3流体的主要物理性质§1-4作用在流体上的力

返回流体及其基本特性。连续介质和理想流体的概念。流体的主要物理性质。作用在流体上的两种力。返回

学习重点§1-1概述一、课程属性力学的一个分支技术基础课二、课程的研究对象及任务研究流体处于平衡状态和流动状态时的运动规律及其在工程技术领域中的应用。将流体流动作为宏观机械运动进行研究，而不是研究流体的微观分子运动。

研究任务水利—引水、防洪；机械—液压传动、润滑；石油—采油、输油；化工—分离、成型、输送；土木—基坑排水、材料输送；环境—水污染治理；农业—灌溉；交通—桥涵、港口；海洋—海流、潮汐、海浪；医疗—微循环、血液流变；军事—导弹、投弹、鱼雷；体育—游泳、赛艇；市政—水源取水、水厂净化、管网输水、废水收集、管渠输送、泵站提升以及污水厂处理等。三、流体的特性流体：在任何微小剪切力的持续作用下能够连续不断变形的物质。液体与气体的异同点四、本课程的研究内容研究流体平衡、宏观机械运动规律及其在工程中应用的科学，是力学的一个分支学科。包括：基本原理基本原理的应用实验研究理论分析数值模拟三种方法互相结合，为发展流体力学理论，解决复杂的工程技术问题奠定了基础。对于一些重要的工程流体力学问题的研究，通常采用理论分析、数值模拟和实验研究相结合的途径。本书主要介绍理论分析和实验研究方法。五、流体力学的研究方法§1-2流体的连连续介质质模型推导流体体力学基基本方程程的两条条途径1.统计方法法：把流体看看作由运运动的分分子组成成，认为为宏观现现象起源源于分子子运动，，运用力力学定律律和概率率论预测测流体的的宏观性性质。2.连续介质质方法：：把流体看看作连续续介质，，而忽略略分子的的存在，，假设场场变量（（速度、、密度、、压强等等）在连连续介质质的每一一点都有有唯一确确定的值值。连续续介质遵遵守质量量、动量量和能量量守恒定定律。从从而推导导出场变变量的微微分方程程组。1753年欧拉拉提出连续介质质模型：流体是充充满运动动空间的的连续体体，即流流体是由由无数质质点组成成、而质质点之间间毫无空空隙的连连续体。。质点：含有大量量分子的的，与一一切流动动空间相相比体积积可忽略略不计的的具有一一定质量量的液体体微团。。§1-3流体的主主要物理理性质一、密度度：流体在空空间某点点质量的的密集程程度质量密度度：ρ=M/V;SI单位：Kg/m3重度，γ=G/V,SI单位：N/m3γ=ρg工程上，，取g=9.8m/s2，清水密度度ρ=1000kg/m3γ=9800N/m3常温下水水银的密密度ρ汞=13600kg/m3。相对密度度：液体的重重量与同同体积的的4℃、、一标准准大气压压下的水水的重量量之比。γ相=γ/γ水=ρ/ρ水一般：水水的重度度：9.8×103N/m3,水的密度度：1000kg/m3一、密度度二、粘性性（一）粘粘性的概概念粘滞性：：由于流体体的相对对运动产产生内摩摩擦力而而抵抗其其相对运运动的性性质（二）牛牛顿内摩摩擦定律律科学实验验证明：：牛顿内摩摩擦定律律：μ：动力粘滞滞系数，，随流体体种类不不同而异异的比例例系数。。国际单单位：：牛顿顿•秒／米2适用范围围：牛顿顿流体流速梯度度。剪切变形形速度。运动粘滞滞系数，国际单位位：米2／秒。。EXIT二、粘性性

水和空气的粘滞系数随温度变化曲线图水和空气的运动粘滞系数随温度的变化曲线可见：对于水（液体）随温度上升而减少，对于空气其随温度上升增大。（四）理理想流体体模型理想流体体：忽略略粘滞性性实际流体体：存在在粘滞性性牛顿流体体满足牛牛顿粘性性定律（（常数数）非牛顿流流体切应应力不仅仅与切变变率成非非线性关关系，，而且还还可能与与时间有有关。（五）牛顿流流体和非非牛顿流流体三.压缩性与与膨胀性性压缩性：：流体受压压后，分分子间距距减小，，体积缩缩小，密密度增大大，除去去外力作作用后能能恢复原原状的性性质。膨胀性：：流体受热热后，分分子间距距增大，，体积膨膨胀，密密度减小小，当温温度下降降后能恢恢复原状状的性质质。（一）液液体的压压缩性体积压缩缩系数弹性模量量对于大多多数液体体，随压压强的增增加稍为为减小。。三.压缩性与与膨胀性性（一）液液体的压压缩性K越大，愈愈不易压压缩在常温下下，温度度每升高高1℃，，水的体体积相对对增量仅仅为万分分之一点点五；温温度较高高时，如如90～～100℃，也也只增加加万分之七七。对于大多数液液体，随压强强的增加稍为为减小。（二）液体的的膨胀性体积膨胀系数数αV=αV越大，液体越越易膨胀。三.压缩性与膨胀胀性（三）气体的的压缩性与膨膨胀性与温度和压强强有关。常用用气体密度、、压强和温度度之间的关系系，符合完全全气体状态方方程，即工程上，不同同压强和温度度下气体的密密度按下式计计算ρ0为标准状态(0℃,101325Pa)下气体的密度度。三.压缩性与膨胀胀性（四）不可压压缩流体模型型不可压缩流体体：忽略压缩性性，密度等于于常数的流体体。四.表面张力特性性（一）液体的的表面张力用表面张力系系数σ来度量量不同的液体在在不同温度下下具有不同表表面张力值;随温度上升升而下降液体的表面张张力较小，一一般对液体的的宏观运动不不起作用,可可忽略不计。。某些情况下要要考虑。(二)毛细管现象液体在细管中中能上升或下下降的现象四.表面张力特性性空化（气穴））空化（气穴））：由于压强降降低而产生气气泡的现象。。是液体的相相变现象。空蚀（气蚀））：大量气泡连续续溃灭的后果果；§1-4作用在流体上上的力根据作用方式式，可分为两两类：一、质量力（（体积力）重力、直线运运动惯性力、、离心惯性力力dFm=dm·am=dm(Xi+Yj+Zk)单位质量力