流体力学1.2讲解.ppt

流体力学与流体机械 南昌航空大学环化学院 环境工程系 　 1. 绪　论 §1-1 流体力学发展简史 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） 　　…… §1-2 流体的连续介质模型；流体的主要物理性质 流体的连续介质模型 1. 流体由大量的微小分子组成，分子间有空隙，而每个分子不断地作无规则运动。因此，流体的微观结构和微观运动在时间和空间上是不连续的。 2.流体力学研究流体宏观机械运动的规律，也就是大量分子统计平均的规律性。 把流体当作是由密集质点构成的、内部无间隙的连续体来研究——连续介质假设 在研究中，所取的最小流体微元是流体质点，它是体积无穷小而又包含大量分子的流体微团。 流体质点具有四层含义：（1）宏观尺寸非常小；（2）微观尺寸足够大，即任何时刻流体质点都包含足够多的流体分子；（3）流体质点在任何时刻都具有一定的宏观物理量；(4)质点之间没有空隙。 流体的主要物理性质惯性、粘性、压缩（膨胀）性 流体力学的模型 §1-３ 作用在流体上的力 §1-4 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 习题 1.10 1.12 1.14 1.18 第二章 流体静力学 流体静力学研究流体在静止状态下的受力平衡规律及其在工程中的应用 根据力学平衡条件研究静压强的空间分布规律，确定各种承压面上静压强产生的总压力，是流体静力学的主要任务 §2.1 流体静压强特性 §2.2 流体平衡微分方程 §2.3 重力场中静水压强的分布 §2.4 流体的相对平衡 §2.5 作用在平面上的总压力 §2.6 作用在曲面上的总压力 §2.7 浮体和潜体及浮体的稳定 §2.1 流体静压强特性 特性一：应力的方向沿作用面的内法线方向；（静压强的垂向性） 特性二：静压强的大小与作用面方位无关。（静压强的各向等值性） 证明第二个特性 （1）表面力 （2）质量力 同理 §2.2 流体平衡微分方程 流体平衡微分方程的推导 §2.3 重力场中静水压强的分布 液体静力学基本方程的推论 1）静压强的大小与液体的体积无直接关系； 2）两点的压强差，等于两点间单位面积垂直液柱的重量； 3）平衡状态下，液体内（包括边界上）任意点压强的变化，等值地传递到其他各点。 气体压强的分布 1、按常密度计算 积分得到：