第1章-流体及其主要物理性质

流体力学

fluiddynamic主讲:俞接成教材：《流体力学》景思睿张鸣远编西安交通大学出版社参考书《粘性流体动力学》F.MWhite机械工业出版社，1982.1991年有英文第二版。《流体力学基础》潘文全机械工业出版社，1982《流体力学》(上、下)吴望一北京大学出版社，1982本课程共56学时，讲解第1～8章流体力学课程的考核方法与学习要求考核方法：百分制1.平时20％；

每缺一次作业扣1分（没有正当理由，不接受晚交）；每旷课一次扣1分；每迟到一次扣0.5分；旷课超过3次取消考试资格2.期末考试占80％。学习要求：树立良好学风希望大家上课能认真听讲，独立完成作业。第一章流体及其主要物理性质1概述1.1什么是流体力学？1.2学习流体力学的目的1.3流体力学的发展沿革1.4流体力学的学习方法1.1什么是流体力学？研究流体（液体、气体）运动规律的一门科学。是专业基础课。1.2学习流体力学的目的在本专业中的重要地位学习后续课程的基础日常生活中的广泛应用工程上的广泛应用节水，虹吸管。。。 能源动力、石油化工、空调制冷、军事1.3流体力学的发展沿革Archimedes(阿基米德，希腊公元前287～212年）——浮力假设LeonardodaVinci（1500,意大利）——一维不可压缩粘性流体的质量守恒方程。理想流体力学：Euler(1755Euler’sEq.),d’Alembert(1752),Laplace(1749-1827),Lagrange(1736-1813),Bernoulli……IsaacNewton(1687)——流体阻力，牛顿流体Navier（1823）-Stokes（1845）提出的N-S方程。Reynolds(1880)-提出Re数，判别流体流动方式。Prandtl（1904）——边界层理论的提出Blasius(布拉休斯）——平板边界层的理论解。E.Buckingham(1914)——量纲分析方法1.3流体力学的发展沿革

流体力学分为理想流体力学和粘性流体力学（真实流体力学、水力学）理想流体力学——无粘性项，数学的完美推导。

d’Alembertparadox.水力学——放弃理论，以试验测量为基础。Prandtl边界层理论的提出才使两者能有机地结合起来。粘性流体力学——加入粘性项1.4流体力学的学习方法从掌握的角度：从应试的角度学好数学，多看书。注重对物理概念的理解上课认真听讲，独立完成作业。2流体与连续介质模型流体（液体与气体）具有易流动性、粘性和可压缩性。不能承受拉力，在剪切力作用下会发生连续不断的变形，产生流动。定义：在任何剪切力持续作用下连续变形的物质。从微观角度：流体都是由大量分子组成且处于不断热运动状态，它的空间位置和运动速度具有随机性质。流体力学研究流体的宏观平衡和运动规律，所考虑的尺寸远大于分子的平均自由程，因此，需要建立模型进行研究。2流体与连续介质模型连续介质模型流体质点相对于宏观很小，相对于微观，又包含足够多的分子。连续介质模型假设组成流体的最小物质实体是流体质点，流体由无限多的流体质点连绵不断地组成，质点之间不存在间隙。便于运用数学研究3流体的粘性粘性流体抵抗剪切变形(或相对运动)的一种属性。牛顿平板实验试验结论：速度呈线性分布摩擦力与速度梯度呈正比牛顿流体与非牛顿流体3流体的粘性粘性系数动力粘性系数μ，单位：Pa.s,运动粘性系数ν，单位：m2/s3流体的粘性粘性系数例如：20℃时，空气ν=0.151×10-4m2/s,

水ν=0.1×10-5m2/s粘性系数与温度的关系液体的粘性主要取决于液体分子间的距离和分子间的吸引力，所以温度升高粘性下降。气体的粘性主要取决与气体分子热运动所产生的动量交换，所以温度升高粘性增大。3流体的粘性例1-1已知L=0.5m;n=400rpm；δ=0.25mm;测得M=10.89J。求μ3流体的粘性例1-2μ=0.5Pa.s的流体沿着壁面流动，速度分布为抛物线，y1=60mm,umax=1.08m/s，抛物线的顶点在A点，分别求y=0,20,40,60mm各点的切应力。3流体的粘性实际流体实际流体与理想流体理想流体认为粘性系数为零便于数学研究实际流体的研究更为复杂自然界中实际存在的流体，由于都具有粘性，也称为粘性流体。N-S方程至今只找到70多种边界条件的解。4流体的可压缩性4.1可压缩性4.2可压缩流体与不可压缩流体4.1可压缩性所有流体都具有一定的可压缩性压缩性系数β4.1可压缩性体积弹性模量Eν气体等温过程压缩性系数β4.1可压缩性体积弹性模量Eν气体等熵过程液体没有简单的解析表达式，一般通过实验测压强与密度的关系，然后近似求导。4.2可压缩流体与不可压缩流体不可压缩流体ρ=C当流体的体积弹性模量很大或压强改变量很小时，流体的密度改变量很小，可看作不可压缩流体。便于数学处理一般液体和流速较低的气体均可看作不可压缩流体可压缩流体ρ≠C流体的密度改变量不可忽略时。我们所涉及的问题一般均以不可压缩流体来对待。5液体的表面张力5.1表面张力5.2毛细现象6作用在流体上的力质量力（体积力）非接触力，如重力，惯性力表面力接触力，如压力，剪切力第一章总结1流体的性质易流动性，粘性，可压缩性2连续介质模型3液体和气体的粘性与温度的关系4牛顿平板试验，摩擦