1第1章绪论〔ding〕.ppt

流体力学教案 丁继辉 河北大学建筑工程学院 2011年3月 课程概况 土木工程专业主干课程：2.5个学分，42学时 目的 通过本课程的学习，使学生掌握流体力学的基本理论和研究方法，能用流体力学基本理论解决工程问题。 先修课程：高等数学，理论力学 材料力学等 讲解内容 教学内容：基础部分（流体力学基本理论） 流体及物理性质 流动分析基础 微分形式的基本方程 积分形式的基本方程 量纲分析与相似原理 专题部分（流体力学的工程应用） 孔口和管嘴出流 明渠流动 堰流 渗流 第一章 绪论 第一章 绪论 1.1 流体力学的任务、方法及其应用 一、研究对象 二、研究方法 三、应用 四、发展历史 一、研究对象——流体（液体和气体） 流体力学是力学的一个分支，研究流体（连续介质）的宏观运动规律以及它和其他运动形态之间的相互作用。（吴望一） （如绕流运动）。 力学：研究机械运动以及它和其他运动形态的相互作用。 （理论力学、材料力学、结构力学和弹性力学）。 连续介质力学的两个分支：弹塑性力学和流体力学。 一、研究对象——流体（液体和气体） 流体力学研究流体运动规律的学科。（胡良敏） 流体力学是研究流体的机械运动规律及其应用的学科，是力学的分支学科。（本书：刘鹤年） 一、研究对象——流体（液体和气体） 流体运动：不只是流体的机械运动而且包括流体的其他运动形式。如热运动、分子运动。 机械运动和其他运动形式 其他运动形式：热传导、辐射和对流等。 一、研究对象——流体（液体和气体） 常温常压下，自然界物质有三态： 固体：具有一定的体积和形状，不易变形。 液体：具有一定的体积，不易压缩，形状随容器而变，可有自由面。 气体：容易压缩，充满整个容器，没有自由面。 一、研究对象——流体（液体和气体） 流体的基本特征：流动性。 流动：流体在静止时不能承受剪力，或者说任何微小的剪力作用，流体都能产生连续不断的变形，这就是流动。 流动性：只要剪力存在，流体就持续不断进行。流体的这种在微小剪力作用下，连续变形的特性，称为流动性。 此外，流体无论静止或运动，都几乎不能承受拉力－－－－只能受压。 一、研究对象——流体（液体和气体） 固体：没有流动性，在剪力作用下可以维持平衡。可以受拉、受压、受弯和承受剪力。 流动：不能承受拉力和剪力，只能受压。 二 连续介质假设 一、连续介质 二、流体微团 三、流体质点 四、强调 二、连续介质 连续介质假设：假设流体是由连续分布的流体质点组成的介质。－－－从宏观角度（1755年瑞士数学家和理学家Euler,L.1707~1783首先提出）。 (1)可用连续性函数B(x,y,z,t)描述流体质点物理量的空间分布和时间变化； (2) 将周围临界体积范围内的分子平均特性赋于质点。 以连续介质为基础的研究方法（取得很大成功）：认为流体质点连续地充满了流体所在空间。满足一切应遵循的物理定律及物理性质。 如：牛顿定律、质量守恒、热力学定律以及扩散、粘性等传输性质。 适用条件：研究流体的宏观运动，所讨论的问题特征尺度远远大于分子运动的尺度范围。 二、连续介质 引进连续介质：由流体介质连续地、无孔隙地分布在流体所在的空间。宏观上连续体。 流体微团（流体力学中最基本的概念） 为了描述流体微团的旋转和变形引入流体质元（流体微团）模型： 流体微团：把流体无限分割为具有均布质量的微元。它是研究流体的最小单位。 性质：宏观上尺寸无限小，而微观上无限大的质量体。 Notes： 流体微团的体积和表面积都是无限小，但发生在体积上或表面上的物理过程都属于宏观力学和热力学过程。 (1)流体元由大量流体质点构成的微小单元（δx，δy，δz）； (2) 由流体质点相对运动形成流体元的旋转和变形运动。 流体质点 流体质点：当不考虑微团的体积和变形，只研究它的位移和各物理量状态时，视为没有体积的质点，称为流体质点。 Notes： 流体质点是没有体积的流体微团。 强调 引进连续介质：由流体介质连续地、无孔隙地分布在流体所在的空间。宏观上连续体。 谈到流体质点位移，不是个别分子的位移，而是指包含大量分子，在流体力学中看成几何点的分子团位移。 特别地，当说到流体质点处于静止时，那就是说永远停留在原地（实际上分子在运动）。 当在连续介质内某点A上取极限时，不管离A多近，都有流体质点存在，并且有确定的物理量。 三、研究方法 研