第二章 流体力学的基本概念.ppt

第二章 流体力学的基本概念 流动性 压缩性 粘性 第一节 流体的特征和连续介质假设 一 流体的定义和特征 物质常见的存在状态是固态、液态和气态，处在这三种状态下的物质分别称为固体、液体和气体。通常说能流动的物质为流体，液体和气体易流动，我们把液体和气体称之为流体。但这样说是不严格的，严格地说应该用力学的语言来叙述：在任何微小剪切力的持续作用下能够连续不断变形的物质，称为流体。根据上述定义，流体显然不能保持一定的形状，即具有流动性。但流体在静止时不能承受切向力，这显然与固体不同。固体在静止时也能承受切向力，发生微 第二节 流体的主要物理性质 第三节 描述流体运动的两种方法 颗粒在旋风分离器内不同时刻的运动轨迹 恐龙奔跑过程中身体周围流场的分布 表1-6 空气的黏度与温度的关系 律加以修正。此外，即使是对于黏性为主要影响因素的实际流动问题，先研究不计黏性影响的理想流体的流动，而后引入黏性影响，再研究黏性流体流动的更为复杂的情况，也是符合认识事物由简到繁的规律的。基于以上诸点，在流体力学中，总是先研究理想流体的流动，而后再研究黏性流体的流动。 连续介质模型的引入，使我们可以把流体看作为由无数个流体质点所组成的连续介质，并且无间隙地充满它所占据的空间。我们把流体质点运动的全部空间称为流场。由于流体是连续介质，所以描述流体运动的各物理量(如速度、加速度等)均应是空间点的坐标和时间的连续函数。根据着眼点的不同，流体力学中研究流体的运动有两种不同的方法，一种是拉格朗日（Lagrange）方法，另一种是欧拉（Euler）方法。(描述流体运动的实例) 拉格朗日方法又称随体法，是从分析流场中个别流体质点着手来研究整个流体运动的。这种研究方法，最基本 的参数是流体质点的位移，在某一时刻，任一流体质点的位置可表示为： X=x (a，b，c，t) y=y (a，b，c，t) z=z (a，b，c，t) (3-1) 式中a、b、c为初始时刻任意流体质点的坐标，即不同的a、b、c代表不同的流体质点。对于某个确定的流体质点，a、b、c为常数，而t为变量，则得到流体质点的运动规律。对于某个确定的时刻，t为常数，而a、b、c为变量，得到某一时刻不同流体质点的位置分布。通常称a、b、c为拉格朗日变量，它不是空间坐标的函数，而是流体质点标号。 将式（3-1）对时间求一阶和二阶导数，可得任意流体质点的速度和加速度为： (3-2) (3-3) 同样，流体的密度、压强和温度也可写成a、b、c、的函数，即ρ= ρ （a，b，c，），P=P (a，b，c，)，t=t (a，b，c，)。 欧拉法，又称局部法，是从分析流场中每一个空间点上的流体质点的运动着手，来研究整个流体的运动的，即研究流体质点在通过某一空间点时流动参数随时间的变化规律。所以流体质点的流动是空间点坐标（x，y，z）和时间t的函数，例如：流体质点的三个速度分量、压强和密度可表示为： u=u (x，y，z，t) v=v (x，y，z，t) （3-4） w=w (x，y，z，t) 式中，u，v，w分别表示速度矢量在三个坐标轴上的分量： P=p (x，y，z，t) Ρ=ρ（x，y，z，t) (3-5) 式（3-4）中，当参数x，y，z不变而改变时间t，则表示空间某固定点的速度随时间的变化规律。当参数t不变，而改变x，y，z，则代表某一时刻，空间各点