中南大学《流体力学》课件第一章绪论.ppt

流体力学电子教案 第一章 绪论 ?高尔夫球飞得远应表面光滑还是粗糙吗？ ?汽车阻力来自前部还是尾部吗？ ?机翼升力来自下部还是上部吗？ ?建造在河边的房屋为什么容易倾斜？ ?虹吸管中的水为什么能流到管道的高处？ ? 塔科马海峡大桥垮塌之谜？ ? ……… 第一次课要点回顾 流体力学的任务 流体力学在工程上的应用 固体、液体、气体三者的主要区别 连续介质假设 流体的惯性特性 4、公元18世纪至20世纪 ——数学分析、实验+数学分析、实验 数学分析 伯努利方程 欧拉方程 纳维－斯托克斯方程（N-S方程 ） 雷诺方程 实验+数学分析 缺陷：复杂性、 理想模型的局限性、难应用于实际工程 谢才公式 曼宁公式 理论方法 理论＋实践 实用水力学 古典水力学 三、流体力学的发展历史 第一章 绪论 5、20世纪以后 数学分析、实验+数学分析、实验 计算机技术＋航空技术等(现代流体力学) 普朗特 Prandtl L. (1875-1953) 冯﹒卡门 (1881-1963) 卡门涡街 三、流体力学的发展历史 边界层分离现象 第一节流体力学概述 第一章 绪论 三、流体力学的发展历史 以周培源、钱学森为代表的中国科学家在湍流理论、 空气动力学等许多领域中作出了基础性、开创性的贡献。 周培源（1902－1993 ） 钱学森（1911－2009） 第一章 绪论 四、流体力学的研究方法 理论分析、实验研究和数值计算三种方法相互结合， 是互相补充和验证，但又不能互相取代的关系。 基本假设 数学模型 解析表达 模型试验 量测数据 换算到原型 数学模型 数值模型 数值解 理论分析 实验研究 数值计算 建立流体力学的基本方程式，如：压强基本方程式、连续方程式、能量方程式、动量方程式。 原型观测、系统实验、模型研究 得到流体力学计算公式和方法：谢才公式、曼宁公式。 有限差分法、有限元法 流动分析的简化 第二节 流体的主要物理性质 第二节 流体的主要物理性质 一、流体的定义 流体 ：指具有 流动性 且自身不能保持一定 形状的物体。 固体：有固定的平衡位置，具有一定的体积，一定的形状。 触变质：如胶状物和油漆、沥青等。 从力学分析的意义上看，在于它们对外力抵抗的能力不同。 固体????????????????????流体 第一章 绪论 第二节 流体的主要物理性质 一、流体的定义 液体和气体的区别： (1) 气体易于压缩；而液体难于压缩； (2)液体有一定的体积，存在一个自由液面； 气体能充满任意形状的容器，无一定的体积，不存在自由液面。 液体和气体的共同点： 两者均具有易流动性，即在任何微小切应力作用下都会发 生变形或流动，故二者统称为流体。 第二节 流体的主要物理性质 二、流体质点和流体的连续介质模型 流体质点 1）质点的宏观尺寸非常小，即limΔV→0 ； 2）质点的微观尺寸足够大； 3）质点是一个物理实体； 4）质点的形状可任意划定，以做到质点之间无缝隙。 个分子 1mm3空气 ( 1个大气压，00C) 连续介质：质点连续地充满所占空间的流体或固体 第二节 流体的主要物理性质 二、流体质点和流体的连续介质模型 连续介质模型 把流体视为没有间隙地充满它所占据的整个空间的一种连续介质，且其所有的物理量都是空间坐标和时间的连续函数的一种假设模型。 排除了分子运动的复杂性。 物理量作为时空连续函数，则可以利用连续函数这一数学工具来研究问题。 优点 特例 只有当考虑的现象具有比流体分子结构尺度大得多的尺度时才成立。 ？？？含有气泡的液体是否适用连续介质模型？？？ 如 p，v，a，ρ，γ，…＝f（x，y，z，t） 第一章 绪论 ?A、流体的分子；???? ?B、流体内的固体颗粒； ?C、几何的点； ?D、几何尺寸同流动空间相比是极小量,又含有 大量分子的微元体 问题：按连续介质的概念，流体质点是指: 第二节 流体的主要物理性质 三、惯性、质量与密度 γ ：重度或容重 单位：N/m3 ，或 kN/m3 单位： kg/m3 熟记： 以密度ρ来衡量 比重 第二节 流体的主要物理性质 四、压缩性弹性 在温度不变的条件下，流体体积随压强增加而减小的性质。 体积压缩系数 体积弹性模量 ?k 与K 随温度和压强而变化，但变化甚微 说明：A. K 越大，越不易被压缩，当K 无穷大时，表示该流体绝对不可压缩； B. 流体的种类不同，其 k 和 K 值不同； C. 同一种流体的k 和K 值随温度、压强的变化而变化 第二节 流体的主要物理