材料工程基础-流体力学概述.pdf

材料工程基础 主讲：芦露华，杨志红，靳洪允 材料与化学学院 电话 邮箱：lhlu@cug.edu.cn 1 流体力学概述 1.1 流体力学的研究内容 1.2 流体力学的研究方法 1.3 流体的概念 1.4 流体的性质 1.5 作用在流体上的力 1.1 流体力学的研究内容 1、建立描述流体平衡和运动规律的基本方程； 2、确定流体流经各种通道时速度、压强的分布规律； 3、探求流体运动中的能量转换及各种能量损失的计算方法； 4 、解决流体与限制其流动的固体壁面间的相互作用力。 1.2 流体力学的研究方法 流体力学的研究方法： 理论研究方法、实验研究方法、数值研究方法相互配合，互为补充 • 1.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 理论方法中，引用的主要定律有： （1）质量守恒定律： （2 ）动量守恒定律： （3 ）牛顿运动第二定律： （4 ）机械能转化与守恒定律：动能+压能+位能+能量损失 =Const 1.2 流体力学的研究方法 流体力学的研究方法： 理论研究方法、实验研究方法、数值研究方法相互配合，互为补充 • 2.实验研究方法 相似理论→模型实验装置 主要形式：原型观测、系统实验、模型试验 • 3.数值研究方法 计算机数值方法是现代分析手段中发展最快的方法之一 1.3 流体的概念 ⑴定义： 所谓流体就是液体和气体的合称。(外延定义) 一类物质在承受任一大小的切应力作用，会产生连续不断的运动 和变形。（内涵定义） 切应力： 1.3 流体的概念 ⑵基本特征：具有流动性。 所谓流动性是指流体的微小切力作用下，连续变形的特性。 只要切力存在，流动就持续进行。流动性是区别流体和固体的力 学特征。 流体没有一定的形状。流体可承受压力，几乎不可承受拉力， 承受剪切力的能力极弱。 固体具有一定的形状，既可承受压力，又可承受拉力和剪切 力，在一定范围内变形将随外力的消失而消失。 1.4 流体的性质 z ∆V. ∆M 一、密度 • P ( x,y, z ) lim ∆M kg/m3 ρ = P ∆V→0 ∆V y • 流体密度是空间位置 x 和时间的函数。 M • 对于均质流体： ρ kg/m3 V 1.4 流体的性质 二、压缩性 可压缩性—— 流体随其所受压强的变化而发生 体积（密度）变化的性质。 体积压缩率（体积压缩系数）： dV 1 2 k − ( m /N ) V dp 式中：dV —— 流体体积相对于V 的增量； V —— 压强变化前(为p 时)的流体体积；