高等流体力学第三部分PPT讲解.ppt

高等流体力学Higher Fluid Mechanics Part I:　Fundamentals Part II: Advanced theory and application  Part I:　基础部分:高等工程流体力学 第一章　基础知识 第一章　绪论 人类的祖先在海洋里生活了40亿年,人类在空气中 也生活了700万年。虽然天天生活在流体环境中，人 们对流体及流体运动的感性认识却远远比不上对固体 及固体运动的感性认识。 1.高尔夫球:飞的远表面应光滑还是粗糙? 2.汽车:阻力主要来自前部还是后部? 3.机翼:升力来自下部还是上部? 流体力学 ： 　　内容:流体静止和运动的力学规律， 以及在工程中的应用。 　 对象:液体和气体 与从事的工作有何联系： 能源、交通、环境、工程建设， 气象、生物、体育、文学艺术等。 1. 学科简介： 　　 　 1500年意大利科学家、艺术大师----达?芬奇 研究孔口出流，著有论文 “论水的流动和测量”。 1678年伊萨克·牛顿在“原理”中讨论了流体阻力。 　　1738年伯努利（第一个提出“流体力学”名称）提 出了定常不可压缩流体的伯努利方程。 　　1775年欧拉提出了无粘流体运动方程组，并开始 研究理想无旋流体的平面运动。 1826-1845年纳维尔和斯托克斯建立了不可压缩 与可压缩粘性流体的运动方程组。 1904年普朗特为解决紊流问题提出了著名的边界 层理论。 　 1912年起卡门和泰勒等一批流体力学家在空气动 力学、紊流和涡旋理论等方面的卓越成就奠定了现代 流体力学基础。 　　进入1960年代以来，由于计算机技术的发展以及 宇宙航行、人造卫星、原子能、生物环境等学科的要 求，流体力学理论本身、它的工程应用及与之相关的 交叉学科已愈来愈完善。 　　目前，流体力学未获圆满解决的问题： 紊流、涡旋运动、流动稳定性、非定常流动、非 线性水波、流体力学的新分支及交叉学科的发展。 2.流体力学研究方法 3.流体力学的模型 虽然流体分子间有一定间隙，但在流体力学研究中，我们用一种简单的形式代替， 认为流体完全充满它所占有的空间而不留下任何间隙。 3.1 连续介质模型 　1)流体所占空间尺寸比分子本身尺寸大得无可比拟。 2)流体力学研究平均力学性质，是大量分子的统计平 均，而非某一个分子。 　　——宏观上可以把流体看成是由无数个流体质点 组成的稠密无隙的连续介质。 3.2 流体质点 流体质点：微观上非常大，包含足够多的分子;宏 观上非常小，体积小到可以近似看成一个几何点。 4. 流体的主要力学性质： 4.1 流体的本质特征 　　流体是相对于固体而言，通常流体容易改变形 状；容易流动输送，更易压缩等。其本质区别： 　　——无论怎么小的切应力作用下，都将持续地 发生切应变(Any shear stress applied to a fluid, no matter how small, will result in motion of that fluid.) 4.2 密度 、容重： 　 　微小体积 ，且 中包含的质量为 。　 　　 若 体积中，　为流体重力 　　容重　　 4.3 压缩性和热胀性： 　　压缩性： 流体受压，体积缩小，密度增大。 　　热胀性： 流体受热，体积膨胀，密度减小。 4.3.1 液体 　　压缩性： 设一体积为V，密度为ρ的流体, 有 一压强dp作用→V→V′，ρ→ρ+dρ； 密度增加率dρ/ρ，是在dp增加 下产生,则为了反映流体压缩 性质。用　 　　热胀性：用热胀系数来表示： 　　　　　　　　　 　 　一般情况下，液体α、β都很小，通常都不考虑。 4.3.2 气体： 　　在比较适中情况下（温度不太低，压强不过 高），气体服从完全气体方程。 温度不变（　　＝常数），p↗一倍， ↗一倍 压强不变,温度与密度成反比，T↗ → ↘ 但在低速气流中，当压强变化不大时，通常可以忽略 气体可压缩性的影响。　　 4.4 粘性　 　　流体抗拒变形的性质称为粘性。（resists the shear motion of the fluid. This is called viscosity） 抗拒变形的力称为粘性力。（This resistant force is shear stress） 粘性力大小： 　　1686年,牛顿经过大量实验,通过测定水平平板间流体层流 流动而总结出:牛顿内摩擦定律 1)与两流层速度差d