[物理]流体力学基础.ppt

工程流体力学（第三版） 湖南科技大学机电学院　罗柏文 博士 第一章 绪　论 一、流体力学的任务 流体力学是研究由于外部原因而引起的 流体运动，而对于流体的分子运动是不考虑 的。它主要研究流体运动的规律，以及流体 与固体、液体和气体界面之间的相互作用力 问题。 它是力学的一个重要分支。 二、流体力学的研究对象 流体力学的研究对象是液体和气体。 液体与气体的共性：流动性 液体与气体的个性： 液体具有一定的容积，具有一个自由表 面； 气体容易压缩。 三、流体力学发展简史 1、第一阶段： 16世纪以前，流体力学形成的 萌芽阶段； 2、第二阶段：16世纪文艺复兴以后-18世纪中 叶，流体力学成为一门独立学科的基础阶段； 3、第三阶段：18世纪中叶-19世纪末，流体力 学沿着两个方向发展——欧拉、伯努利； 4、第四阶段：19世纪末以来，流体力学飞跃 发展。 第一阶段（16世纪以前）：流体力学形成的萌芽阶段 公元前2286年－公元前2278年 　　大禹治水——疏壅导滞（洪水归于河） 公元前300多年 　　李冰 都江堰——深淘滩，低作堰 公元584年－公元610年 　　隋朝——南北大运河、船闸应用 　　埃及、巴比伦、罗马、希腊、印度等地——水利、造船、航海产业发展 系统研究 　　古希腊哲学家阿基米德《论浮体》（公元前250年）奠定了流体静力学的基础 第二阶段（16世纪文艺复兴以后-18世纪中叶）流体力学成为一门独立学科的基础阶段 1586年　斯蒂芬——水静力学原理 1650年　帕斯卡——“帕斯卡原理” 1612年　伽利略——物体沉浮的基本原理 1686年　牛顿——牛顿内摩擦定律 1738年　伯努利——理想流体的运动方程即伯努利方程 1775年　欧拉——理想流体的运动方程即欧拉运动微分方程 第三阶段（18世纪中叶-19世纪末）流体力学沿着两个方向发展——欧拉（理论）、伯努利（实验） 工程技术快速发展，提出很多经验公式 　　　1769年　谢才——谢才公式（计算流速、流量） 　　　1895年　曼宁——曼宁公式（计算谢才系数） 　　　1732年　比托——比托管（测流速） 　　　1797年　文丘里——文丘里管（测流量） 理论 　　　1823年纳维，1845年斯托克斯分别提出粘性流体运动方程组（N-S方程） 第四阶段（19世纪末以来）流体力学飞跃发展 理论分析与试验研究相结合 量纲分析和相似性原理起重要作用 　　1883年　雷诺——雷诺实验（判断流态） 　　1903年　普朗特——边界层概念（绕流运动） 　　1933-1934年　尼古拉兹——尼古拉兹实验（确定阻力系数） 　　…… 四、流体力学的研究方法 理论分析方法、实验方法、数值方法相互配合，互为补充 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 实验方法 　　　相似理论→模型实验装置 数值方法 　　　计算机数值方法是现代分析手段中发展最快的方法之一 第二章 流体及其物理性质 一、流体作为连续介质的假设 流体的连续介质假设就是不考虑分子间存在的空隙，把流体视为由无数连续分布的流体微团所组成的连续介质。 理想流体——不考虑粘性的流体。 流体不可压缩性——密度为常数 三、流体的主要物理性质——惯性、密度、重度、压缩性、膨胀性、粘性 3 重度（又称容重）： ，单位体积流体的重量。 比重：实际上就是相对密度。 四、流体的表面性质 * * 　　一、流体力学的任务； 二、流体力学的研究对象； 三、流体力学发展简史； 四、流体力学的研究方法。 流体力学与相关的邻近学科相互渗透，形成很多新分支和交叉学科 　　一、流体作为连续介质的假设； 二、作用在流体上的力； 三、流体的主要物理性质； 四、流体的表面性质。 1.表面力：外界对所研究流体表面的作用力，作用在外 　　　　 表面，与表面积大小成正比 应力 切线方向： 切向应力——剪切力 内法线方向： 法向应力——压强 ΔF ΔA ΔFn ΔFτ 表面力具有传递性 流体相对运动时因粘性而产生的内摩擦力 二、作用在流体上的力 2.质量力（或称体积力）：作用在所研究的流体质量中心， 与质量成正比 质量力包括重力和惯性力。 单位质量力 重力 常见的密度（在一个标准大气压下）： 4℃时的水　　　　　　　　20℃时的空气 1 惯性：物体维持原有运动状态的性质。一般用物体 的质量来表征物