流体力学基础知识分解.pptx

流体力学基础知识流体力学基础知识绪论一二目录Contents流体静力学三流体运动学四流体动力学第一章：绪论1.1流体力学的研究对象流体力学是研究流体平衡与运动的规律以及它与固体之间相互作用规律的科学。其中流体包括液体和气体，相对于固体，它在力学上表现出以下特点：流体不能承受拉力。流体在宏观平衡状态下不能承受剪切力。对于牛顿流体（如水、空气等）其切应力与应变的时间变化率成比例，而对弹性体（固体）来说，其切应力则与应变成比例。1.2连续介质模型连续介质　　流体微元——具有流体宏观特性的最小体积的流体团理想流体　　不考虑粘性的流体不可压缩性　　ρ=c1.3流体力学的研究方法理论分析方法、实验方法、数值方法相互配合，互为补充理论研究方法　　力学模型→物理基本定律→求解数学方程→分析和揭示本质和规律实验方法　　相似理论→模型实验装置数值方法　　计算机数值方法是现代分析手段中发展最快的方法之一1.4流体力学的发展史第一阶段（16世纪以前）：流体力学形成的萌芽阶段第二阶段（16世纪文艺复兴以后-18世纪中叶）流体力学成为一门独立学科的基础阶段第三阶段（18世纪中叶-19世纪末）流体力学沿着两个方向发展——欧拉、伯努利第四阶段（19世纪末以来）流体力学飞跃发展第一阶段（16世纪以前）：流体力学形成的萌芽阶段公元前2286年－公元前2278年　　大禹治水——疏壅导滞（洪水归于河）公元前300多年　　李冰　　都江堰——深淘滩，低作堰公元584年－公元610年　　隋朝　　南北大运河、船闸应用　　埃及、巴比伦、罗马、希腊、印度等地水利、造船、航海产业发展系统研究　　古希腊哲学家阿基米德《论浮体》（公元前250年）奠定了流体静力学的基础第二阶段（16世纪文艺复兴以后-18世纪中叶）流体力学成为一门独立学科的基础阶段1586年　斯蒂芬——水静力学原理1650年　帕斯卡——“帕斯卡原理”1612年　伽利略——物体沉浮的基本原理1686年　牛顿——牛顿内摩擦定律1738年　伯努利——理想流体的运动方程即伯努利方程1775年　欧拉——理想流体的运动方程即欧拉运动微分方程第三阶段（18世纪中叶-19世纪末）流体力学沿着两个方向发展——欧拉（理论）、伯努利（实验）工程技术快速发展，提出很多经验公式　　　1769年　谢才——谢才公式（计算流速、流量）　　　1895年　曼宁——曼宁公式（计算谢才系数）　　　1732年　比托——比托管（测流速）　　　1797年　文丘里——文丘里管（测流量）理论　　　1823年纳维，1845年斯托克斯分别提出粘性流体运动方程组（N-S方程）第四阶段（19世纪末以来）流体力学飞跃发展理论分析与试验研究相结合量纲分析和相似性原理起重要作用　　1883年　雷诺——雷诺实验（判断流态）　　1903年　普朗特——边界层概念（绕流运动）　　1933-1934年　尼古拉兹——尼古拉兹实验（确定阻力系数）　　……流体力学与相关的邻近学科相互渗透，形成很多新分支和交叉学科第二章：流体静力学2.1作用在流体上的力一、表面力表面力是指作用于流体表面上并与作用表面积成比例的力。表面力按作用方向分为：法向表面力—压力和切向表面力—摩擦力。二.质量力质量力指作用在流体全部质点上并与受作用的流体质量成比例的力。如重力、惯性力等。在流体力学中，往往不直接用质量力，而用单位质量流体上的质量力，简称单位质量力。则：2.2流体的主要物理性质惯性、粘性、压缩（膨胀）性1.惯性密度常见的密度（在一个标准大气压下）：4℃时的水　　　　　　　　20℃时的空气容重（重度）比重2.粘性：在外力作用下，流体微元间出现相对运动时，　　　　随之产生阻抗相对运动的内摩擦力微观机制：分子间吸引力、分子不规则运动的动量交换牛顿内摩擦定律：切应力：zvv+dvvxzdzya.速度梯度　　的物理意义——角变形速度（剪切变形速度）vdt(v+dv)dtdvdtdzdθ流体与固体在摩擦规律上完全不同正比于dv/dz正比于正压力，与速度无关b.动力粘度（系数）μ：与流体性质有关　Pa·S运动粘度（系数）：　　　　　　　　　m２/s微观机制：液体　吸引力　T↑　μ↓气体　热运动　T↑　μ↑τdv/dz牛顿流体o牛顿流体——服从牛顿内摩擦定律的流体（水、大部分轻油、气体等）c.牛顿流体与非牛顿流体ττ0dv/dzo塑性流体非牛顿流体塑性流体——克服初始应力τ0后，τ才与速度梯度成正比（牙膏、新拌水泥砂浆、中等浓度的悬浮液等）3.压缩（膨胀）性a.压缩系数β在一定温度下，密度的变化率与压强的变化成正比——体积模量（弹性模量）b.膨胀系数α在一定压强下，体积的变化率与温度的变化成正比2.3静止流体中应力的性质一、静压强1.含义流体处于静止状态下所受到的压强，称为静压强，区别于流体运动状态下的所谓动压强。2.实质