“工程流体力学”教案轮机工程学院.ppt

1、工程流体力学教案涡轮工程学院，目录，第三章流体运动学，第四章流体动力学基础，第五章粘性流体的一元流动，第二章流体静力学，第一章绪论，第六章有势流动，第七章边界层理论基础，第一章流体力学的研究内容，流体力学是研究流体的平衡与运动规律以及流体与固体之间相互作用关系的科学，主要是研究流体的在流体力学中研究最多的流体是水和空气。 在水和空气以外的流体中，还包括作为汽轮机工作介质的水蒸气、润滑油、石油、含土砂的水体、血液、熔化状态的金属和燃烧后产生的成分复杂的气体、高温条件下的等离子体等。 1.1流体力学研究的内容和方法、流体力学是一门古老而新兴的学科，存在着极其广阔的研究天地。 例如航空、宇宙、航海、

2、天文气象、地球物理、水利水电、热能制冷、土建环境保护、石油化学工业、气液输送、燃烧爆炸、冶金采矿、生物海洋、军需原子能、机械制造、机械工程等部门都存在很多流体力学问题。 流体和固体是物质的不同表现形式，它们都具有以下物质基本属性：2，流体的物理属性，1 .由大量分子组成的2 .分子不断做随机热运动3 .分子与分子之间有分子力的作用。 流体，但这三种物质的基本属性在气体、液体、固体方面有量和质的差别。 相同体积内的分子数，因为气体比液体少，液体比固体少，所以气体分子间距离大，引力小，液体如下。 根据这些微观差异的宏观形象，固体具有一定的体积和一定的形状。液体具有一定的体积，不具有一定形状的气体既

3、没有一定的体积也没有一定的形状。 从力学性质来看，固体具有抵抗压力、拉力和剪切力的3种能力，因此，由于外力的作用，通常只产生小的变形，而且在一定程度后变形停止。 由于流体的分子间引力小，不能保持一定的形状，只能抵抗压力就不能抵抗拉伸力和剪切力，剪切力一起作用，就会一边连续变形一边流动。 这就是固体和流体的区别。 液体和气体有什么区别？ 3、流体质点的概念，定义：从微观结构来看，流体分子和分子之间有很大的间隙，是不连续的，但对于研究宏观规律的流体力学来说，一般不需要讨论分子的微观结构，可以对流体的物理实体进行建模。 流体微块流体中的宏观尺寸非常小，微观尺寸足够大的任何物理实体都有自己的体积和质量

4、。 在流体质点流体中可以忽略线性比例的最小单元。 4、连续介质假设，从而可以很好地利用连续函数和场论等数学工具研究流体运动和平衡问题。 欧拉在1753年提出了连续介质力学模型的假说： a .把真正的流体看作连续的，没有空隙和分子运动的假想的流体b .表示流体属性的诸物理量，例如密度、速度、压力、剪应力、温度等是流体连续流动时时间和空间坐标变量的单值，连续可微1.2流体力学发展的简史及其在工程实践中的地位，1 .发展的简史(分为五个时期) : 1 .约史前至公元前20世纪火、水、 风的初步利用2 .公元前20世纪至17世纪下叶理论上3360公元前250年论浮体工程上3360伯努力总是确定非压缩流

5、体伯努力定理的欧拉流体运动的记述方法和非粘性流体运动的方程拉格朗日流函数雷诺实验，雷诺方程纳维斯托克斯粘性流体的运动微分方程。 4.20世纪中叶航空理论与实践发展的黄金时代5.20世纪中叶以后的学科交叉，新学科产生了流体力学，开始研究气象、海洋、石油、化工、能源、环境保护和建筑等领域的流体力学问题，并与相关的邻近学科相互渗透，形成了许多新的分支。 尖端-湍流、流动稳定性、涡流和非定常流交叉学科和新分支：工业流体力学气体力学环境流体力学稀薄气体力学； 电磁流体力学微机电系统宇宙气体力学液体动力学微尺度流动和传热地球流体力学非牛顿流体力学生物流体力学； 多相流体力学物理化学流体力学渗流力学和流体机

6、械等，二.流体力学在工程实践中的地位： 1 .基础性强、应用性广的学科2 .研究领域包括宇宙飞行、大气、海洋、航运、水利、化工、机械、动力、医学等。 1.3作用于流体的力，作用于流体的力可分为表面力和质量力两种。 1 .质量力(体积力)1.定义：某力场中的流体，所有质点都受到与质量成比例的力。(重力场、电磁场)2.单位质量力、质量力的大小通过作用于单位质量流体的质量力，即单位质量力进行测定。 在重力场中，对应于单位质量力的重力值等于重力加速度g，单位为m/s2。 在正交坐标系中，如果质量力分别是投影到各坐标轴上的Wx、Wy、Wz，则如果各坐标轴上的单位质量力的成分分别相等，则是作用于2 .表面

7、力1 .定义：所取得的脱离体表面的力(单位： Pa) 2.表面力的特征：1 )有方向性。 2 )只有压应力3 )静止流体不存在剪应力3 .质量力和表面力的差异1.4流体的力学性质1 .流体的密度、比容和重度1 .密度2 .比容3 .重度4 .混合气体的密度2 .随着流体的膨胀性和压缩性温度的提高，流体的体积膨胀，这是所有流体的共同1 .流体的膨胀性在一定的压力下，流体的体积随着温度的上升而增大的性质称为流体的膨胀性。 流体膨胀性的大小用体积膨胀系数表示，表示压力变化时的每单位温度的流体体积的相对增加量，即式中的流体的体积膨胀系数，1/，1/K，表1的水的体积膨胀系数(1/)，2，表1的水的压缩

8、性是一定的温度，流体的体积随着压力上升而缩小的性质是流体的压缩流体的压缩性的大小用体积压缩系数表示。 这表示在保持温度恒定的情况下，由单位压力的增加引起的流体体积的相对缩小量，即式中的流体的体积压缩系数，1/Pa，气体：3，体积弹性模量，4，可压缩流体和非压缩流体，压缩性是流体的基本属性。 任何流体都可以压缩，只是可以压缩的程度不同。液体的压缩性都很小，随着压力和温度的变化，液体的密度只有很小的变化，大多数情况下，可以忽略压缩性的影响，认为液体的密度是一定的。=0的流体称为非压缩流体。 5 .正压流体和斜压流体，三.流体的粘性1 .粘性力定义了当流体因外力而在流体微块之间出现相对运动时，随之产生阻碍流体层间相对运动的一对摩擦力，称为内摩擦力或粘性力。 产生这种内摩擦力的性质称为粘性。 2 .牛顿内摩擦定律3 .粘度1 )运动粘度2 )运动粘度4 .理想流体和粘性流体5 .牛顿流体和非牛顿流体6 .粘度和温度的关系，粘性是流体抵抗变形的能力，是流体的固有属性。 f，本章的主要内容，1 .流体力学研究的主要内容。 2、连续介质假设的含义、依据和意义。 3、作用于流体的