《流体力学》+第一章----导论.ppt

1、流体力学,流体力学 58+6(实验)/4.0 教材: 工程流体力学 莫乃榕主编 华中理工大学出版社, 2000年5月,能源与动力工程学院,2003-2004学年度第一学期 热能与动力工程 0104-0105 热能与动力工程 0109-0110,教师: 李光正 土木工程与力学学院 力学系流体力学教研室,第一章-导论,1-1 流体力学的研究任务和研究方法 1-2 连续介质假说 1-3 流体的密度 1-4 流体的粘性 1-5 表面张力,流体 : 易于流动的物体 流体力学 : 宏观的机械性质; 外力作用 下平衡及运动规律 易流动性: 不能抵抗无论多么小的拉力和剪切力,研究方法 理论分析 实验研究 数值

2、计算,流体力学学科发展简介,第一时期-17世纪中叶以前,特点 阿基米德浮力定律 漏壶计时 水轮机, 皮老虎,第二时期-17世纪末叶至19世纪末叶,特点 1678年牛顿实验 1738年伯努力方程 1752年达朗伯佯谬 1775年欧拉运动方程 1781年复位势理论,第二时期-17世纪末叶至19世纪末叶,1823-1845年Novier-Stokes方程 1840年泊萧叶流动 1845年亥姆霍兹定理 1883年雷诺的发现 1891年速度环量概念,第三时期-20世纪初叶至20世纪中叶,特点 1902年库塔定理 1904年边界层理论 1910-1945年机翼理论与实验的极大发展,第三时期-20世纪初叶至

3、20世纪中叶,1912年卡门涡街 1921年动量积分关系式 1932年热线流速计 1947年电子计算机 1954年湍流特性的出色测量,第四时期-20世纪中叶以后,特点 前沿-湍流,流动稳定性,涡旋和非定常流 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;微尺度流动与传热 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;渗流力学和流体机械等,几点结论,生产与生活的需要发展的动力 17世纪中叶以后的三百五十年中惊人的发展 实验的作用及其特殊意义 研究的前沿仍需努力 我国学者对流体力学发展的贡

4、献,卡门涡街,美国著名的塔科马海峡大桥1940年11月7号在八级大风中崩塌,是卡门涡街造成巨大破坏的例子.,顺 风,侧风,侧逆风,“阻力危机”,应用:有麻点的高尔夫球比光滑的阻力小,连续介质假说,天衣无缝 流体质点 连续函数 连续介质力学,1mm3 体积 水: 3.31019 个分子 空气: 2.7 1016个分子 10-10mm3 体积 (相当于一粒灰尘体积)空气: 2.7 106个分子,失效情况: 稀薄气体 激波(厚度与气体分子平均自由程同量级),流体的密度,体积膨涨系数,aT = (dv/v)/dT= -(d/)/dT,dm=d( v)=0 -dv/v = d/,弹性模量 E = 1/k

5、,体积压缩系数,F=AU/H,=du/dy,牛顿流体粘性实验,即du/dy是流体微团的角变形速 率, 也称为剪切应变率, 称动力粘性系数, 单位为 N.s/m2 为运动粘性系数, 单位为 m2/s,流体的粘性随温度的变化: 对液体与气体因机理不同 变化趋势是不同的,表面张力和接触角,表面张力: -单位长度所受拉力 接触角概念: 当液体与固体壁面接触时, 在液体,固体壁面作液体表面的切面, 此切面与固体壁在液体内部所夹部分的角度 称为接触角, 当 为锐角时, 液体润湿固体, 当 为钝角时, 液体不润湿固体,水与玻璃的 = 8090 水银的 = 1380,毛细现象,水在玻璃管中上升高度 h=29.

6、8/d(mm) 水银在玻璃管中下降高度 h=10.5/d(mm),内聚力: 液体分子间吸引力 附着力: 液体与固体分子间吸引力,(1)空气的体积弹性模数E (a). P (b). T (c). (d). RT,思考题,(a),(2) -是非牛顿流体 (a). 水 (b).空气 (c).血液 (d).沥青,思考题,( C) (D),(3) 流体的粘性与流体的-无关 (a). 分子内聚力 (b).分子动量交换 (c). 温度 (d). 速度梯度,思考题,(D),(4)温度升高时表面张力系数是- (A)增大 (B)减小 ( C)不变,思考题,(B),(5)毛细液柱高度h与-成反比 (A) 表面张力系数 (B) 接触角 ( C) 管径 (D) 粘性系数,思考题,( C),(6) 液滴内压强p与大气压强p0之差 ( p - p0) - 0 (a). 0 (b).=0 (c).0,思考题,(A),(7) 接触角=? 时,流体不湿润固体 (a) 1