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流体力学 流体力学 58+6(实验)/4.0 教材: 《工程流体力学》 莫乃榕主编 华中理工大学出版社, 2000年5月 第一章----导论 §1-1 流体力学的研究任务和研究方法 §1-2 连续介质假说 §1-3 流体的密度 §1-4 流体的粘性 §1-5 表面张力 流体力学学科发展简介 第一时期----17世纪中叶以前 特点 阿基米德浮力定律 漏壶计时 水轮机, 皮老虎 第二时期----17世纪末叶至19世纪末叶 特点 1678年牛顿实验 1738年伯努力方程 1752年达朗伯佯谬 1775年欧拉运动方程 1781年复位势理论 第三时期----20世纪初叶至20世纪中叶 特点 1902年库塔定理 1904年边界层理论 1910-1945年机翼理论与实验的极大发展 第四时期----20世纪中叶以后 特点 前沿--湍流,流动稳定性,涡旋和非定常流 交叉学科和新分支: 工业流体力学;气体力学;环境流体力学 稀薄气体力学;电磁流体力学;微机电系统 宇宙气体力学;液体动力学;微尺度流动与传热 地球流体力学;非牛顿流体力学 生物流体力学;多相流体力学 物理--化学流体力学;渗流力学和流体机械等 几点结论 生产与生活的需要—发展的动力 17世纪中叶以后的三百五十年中—惊人的发展 实验的作用及其特殊意义 研究的前沿—仍需努力 我国学者对流体力学发展的贡献 * 能源与动力工程学院 2003------2004学年度第一学期 热能与动力工程 0104---0105 热能与动力工程 0109---0110 教师: 李光正 土木工程与力学学院 力学系流体力学教研室 流体 : 易于流动的物体 流体力学 : 宏观的机械性质; 外力作用 下平衡及运动规律 易流动性: 不能抵抗无论多么小的拉力和剪切力 研究方法 理论分析 实验研究 数值计算 第二时期----17世纪末叶至19世纪末叶 1823-1845年Novier--Stokes方程 1840年泊萧叶流动 1845年亥姆霍兹定理 1883年雷诺的发现 1891年速度环量概念 第三时期----20世纪初叶至20世纪中叶 1912年卡门涡街 1921年动量积分关系式 1932年热线流速计 1947年电子计算机 1954年湍流特性的出色测量 卡门涡街 D 美国著名的塔科马海峡大桥1940年11月7号在八级大风中崩塌,是卡门涡街造成巨大破坏的例子. 顺 风 侧风 侧逆风 “阻力危机” 应用:有‘麻点’的高尔夫球比光滑的阻力小 连续介质假说 天衣无缝 流体质点 连续函数 连续介质力学 1mm3 体积 水: 3.3?1019 个分子 空气: 2.7 ?1016个分子 10-10mm3 体积 (相当于一粒灰尘体积)空气: 2.7 ?106个分子 失效情况: 稀薄气体 激波(厚度与气体分子平均自由程同量级) x 0 y z ·P ?? ? ??* ?? 流体的密度 x 0 y z ·P ?? ? ??* ?? 体积膨涨系数 aT = (dv/v)/dT= -(d?/?)/dT dm=d(? v)=0 -dv/v = d?/? 弹性模量 E = 1/k 体积压缩系数 F=μAU/H ?=μdu/dy Y X U 0 dy F u+du u H 牛顿流体粘性实验 C D B A d? b a dy 即du/dy是流体微团的角变形速 率, 也称为剪切应变率 ? 称动力粘性系数, 单位为 N.s/m2 ? 为运动粘性系数, 单位为 m2/s 流体的粘性随温度的变化: 对液体与气体因机理不同 变化趋势是不同的 表面张力和接触角 P ? P0 R 液体 气体 ? ?? ? 表面张力: ?-----单位长度所受拉力 接触角概念: 当液体与固体壁面接触时, 在液体,固体壁面作液体表面的切面, 此切面与固体壁在液体内部所夹部分的角度 ? 称为接触角, 当 ? 为锐角时, 液体润湿固体, 当 ? 为钝角时, 液体不润湿固体 水与玻璃的 ? = 80—90 水银的 ? = 1380 毛细现象 h ? 水在玻璃管中上升高度 h=29.8/d(mm) 水银在玻璃管中下降高度 h=10.5/d(mm)