2012-2013學年第1學期大气科学专业流体力学第1章(流体力学的基础概念).ppt

流体力学 李忠贤 E-mail:lizhongxian@nuist.edu.cn 南京信息工程大学大气科学学院 ;引 言 ;① 理论方法;存在问题： 流体运动方程组通常为包含非线性项的微分方程所构成。 由于数学上求解的困难，许多实际流动问题难以精确求解。 ;② 计算方法（数值方法）;例如，考虑一维的线性发展方程，求出下一时刻的F值 ;③实验方法：;三、应用;四、课程性质和学习目标;五、教学内容;参考书目：;第一章 基础概念 ;一、物理性质;1、流动性（形变性）;2、黏 性; 温度与黏性 黏性是分子之间的吸引力与分子不规则热运动引起的动量交换的结果。温度升高，分子之间的吸引力降低，动量增大；反之，温度降低，分子之间的吸引力增大，动量减小。 ;;当流体黏性很小，且相对速度不大时，流体的黏性力对流动的作用就不重要甚至可以略去，这种不考虑黏性的流体称为理想流体。 ;3、压缩性; ①在常温常压的条件下液体压缩性很小，大多数情况下可以看作不可压缩流体来处理； ②气体的压缩性明显比液体大，通常需要看作可压缩性流体来处理; ;流体模型分类; 实际流体是由大量的流体分子组成的，而流体分子之间存在空间间隙。对于这种由离散分子构成的真实流体，如何研究它的运动？ ;若以单个分子为研究对象，由于其运动的随机性，相应的物理量（如分子速度）随时间作随机变化，由于分子间存在间距，则物理量在空间上存在不连续性。 若研究对象扩大到包含大量分子的流体团，则流体团的物理性质表现为其中所有分子的统计平均特性。只要分子数足够大，统计平均值在时间和空间是连续，这种特性成为流体团的宏观特性。 ;;其统计平均可以反映出稳定的宏观属性的大量的流体分子所组成的流体微团称之为流点。 ;※※流体连续介质假设的内容; 流体力学研究是以流点作为研究对象，以流体的连续介质模型作为基本假设，在此基础上，再考虑流体的流动性（形变性）、压缩性、黏性等特性，并根据物理学规律等来研究流体运动，及流体与固体之间相互作用的。;第二节 流体的速??和加速度 ;②针对河道中的某一固定的空间点，测量出该空间点每一时刻的流动速度，进而通过测量不同空间点河水的流动速度，最终得到整个河道中河水的流动情况。 ;1、拉格郎日(Lagrange)方法 （质点的观点或随体观点）;2、欧拉(Euler)方法 （场的观点）;Evaluation only. Created with Aspose.Slides for .NET 3.5 Client Profile 5.2.0.0. Copyright 2004-2011 Aspose Pty Ltd.;流点和空间点是两个截然不同的概念， 空间点指固定在流场中的一些点，空间点的 速度指某时刻某流体质点正好流过此空间点 的速度。;1、Lagrange变量;假定某一流点的初始时刻 位置位于点：;2、Euler变量;分量形式：;若某时刻流场不随空间变化-----------均匀流场； 反之，为非均匀场； 若流场不随时间变化-----------定常（稳定）流场； 反之，为非定常（不稳定）场。;Lagrange变量;三、两种变量之间的转换;上式有如下含义：;第二，它表示在时间t位于空间点(x,y,z)处的流速 Euler观点;？;例1-2-1 已知Lagrange变量 ， 将其转换为Euler变量 。 ;;例1-2-2 已知Lagrange变量 ， 且 ，将其转换为Euler变量 。 ;例1-2-3 已知Lagrange变量 ， 将其转换为Euler变量 。 ;把x,y,z当作t 时刻某流点所达到的位置，此时为t的函数；;（1）求解微分方程组：;例1-2-4已知用Euler变量表示的流场速度分布为 ;例1-2-5已知用Euler变量表示的流场速度分布为 ;例1-2-6已知用Euler变量表示的流场速度分布为 ;四、流体的加速度 ;速度表达式为Euler变量，其流体的加速度的表示方法？;Euler观点的流体加速度;引入哈密顿算符 （矢量算符！）;定义微商算符：;其物理意义？;微商算符 的常用形式：;这种流动称为定常流动或稳定流场，此时，流场不随时间变化或者说流速的局地变化为零，流场与时间无关，仅仅是空间的函数。;例1-2-8 已知Lagrange变量