第一章节流体性质幻灯片.ppt

1.2 密度与可压缩性 二、压缩性与膨胀性 3、膨胀性（expansibility） （3）国际单位：1/K；工程单位：1/oC （4）例：水在环境压力1×105?Pa，环境温度0~10?C条件下，温度每增加1?C，水体积相对膨胀1.4×10-5。因此，水的膨胀性很小。 3、数值方法 数值研究的一般过程是：对流体力学数学方程作简化和数值离散化，编制程序作数值计算，将计算结果与实验结果比较。 3、数值方法 常用的方法有：有限差分法、有限元法、有限体积法、边界元法、谱分析法等。 计算的内容包括：飞机、汽车、河道、桥梁、涡轮机等流场计算；湍流、流动稳定性、非线性流动等数值模拟。大型工程计算软件已成为研究工程流动问题的有力武器。 计算网格 长江口枯季床面剪应力（上海交通大学） 压强分布 速度分布 日本名古屋矢田川桥抗风性能数值模拟 3、数值方法 数值方法的优点是能计算理论分析方法无法求解的数学方程，比实验方法省时省钱，但毕竟是一种近似解方法，适用范围受数学模型的正确性和计算机的性能所限制。 三种方法各有优缺点，应取长补短，互为补充。 学习本课程应注意理论分析，实验测量与数值计算三种分析问题的方法。 本节小结 本节对流体力学的发展简况以及工程流体力学在生活生产中的应用进行了概述，介绍了工程流体力学的内容及学习方法，初步认识了流体力学学科。 1.1 流体的定义 内容提要： 流体包含气体和液体，具有易流动性，承受任何微小剪切力都会发生流动。连续介质假设对大多数流体适用。在连续介质假设下，可以引用连续函数的解析方法来研究流体平衡和运动规律。 1.1 流体的定义 本节主要介绍以下内容： （1）流体的概念 （2）流体的特性 （3）连续介质假设 流体的概念 流体：是一种受任何微小剪切力都能连续变形的物质。它是气体和液体的通称。流体与固体相比，分子排列松散，分子引力较小，运动较强烈，无一定形状，易流动，只能抗压，不能抗拉和剪切力。 连续介质假设（稠密性假设）（1753年欧拉提出） 1、 连续介质假设的内容： 从微观上讲，流体由分子组成，分子间有间隙，是不连续的，但流体力学是研究流体的宏观机械运动，通常不考虑流体分子的存在，而是把真实流体看成由无数连续分布的流体微团（或流体质点）所组成的连续介质，流体质点紧密接触，彼此间无任何间隙。这就是连续介质假设。 连续介质假设（稠密性假设）（1753年欧拉提出） 2、 流体微团（或流体质点）：流体的基本单位，应满足： 宏观上足够小（无穷小），以致于可以将其看成一个几何上没有维度的点； 微观上足够大（无穷大），它里面包含着许许多多的分子，其行为已经表现出大量分子的统计学性质。 连续介质假设（稠密性假设）（1753年欧拉提出） 3、引入连续介质假设的意义： 连续介质假设是流体力学第一个根本性的假设。将真实流体看成为连续介质，意味着流体的一切宏观物理量，如密度、压力、速度等，都可作为时间和空间位置的连续函数，使我们有可能用数学分析来讨论和解决流体力学中的问题。 连续介质假设（稠密性假设）（1753年欧拉提出） 4、连续介质假设的局限性：对稀薄气体，连续介质假设不能适用，而必须考虑为不连续流体。 1.2 密度与可压缩性 一、密度 1、密度ρ（density） （1）定义：单位体积流体的质量 1.2 密度与可压缩性 一、密度 1、密度ρ（density） （2）公式： 均质流体： 非均质流体： 式中：M——流体质量（kg），V——流体体积（m3） 1.2 密度与可压缩性 一、密度 1、密度ρ（density） （3）国际单位：kg/m3 （4）例：4oC蒸馏水的密度为水的最大密度ρ水=1000kg/m3； 水银的密度ρHg=13.6×103?kg/m3； 空气的密度（10?oC）ρ空气=1.25?kg/m3 1.2 密度与可压缩性 一、密度 2、重度γ（specific?weight） （1）定义：流体单位体积所具有的重力 1.2 密度与可压缩性 一、密度 2、重度γ（specific?weight） （2）公式： 均质： 非均质 ： 式中：G——流体质量（kg）， V——流体体积（m3） 1.2 密度与可压缩性 一、密度 2、重度γ（specific?weight） （3）国际单位：N/m3 （4）例：水的重度γ水=9800?N/m3； 1.2 密度与可压缩性 一、密度 3、重度与密度的关系 式中：g——重力加速度，g＝9.8m/s2 1.2 密度与可压缩性 一、密度 4、相对密度（俗称比重）δ或d（specific?gravity） （1）液体的相对密度：液体的质量（重量）与同体积的4oC蒸馏水的质量（重量）之比。 1