工程流体力学1301.pptVIP

的含义，按连续介质假设，即为流体团趋于流体质点。所以质量力是定义在流体质点上的。 ??设体积为ΔV的流体团，其质量为 Δm，所受质量力为 ΔF，则 ΔV?0 二. 表面力 ??表面力分布在流体面上，是一种接触力。定义表面力的面积密 度，即单位面积上流体所承受的表面力为应力。 p* Hydraulics and Fluid Mechanics Laboratory, Wuhan University 工程流体力学 （水力学） 黄社华 武汉大学 2013.3 流体（气体和液体）区别于固体的主要物理特性是易于流动。 运动流体具有抵抗剪切变形的能力，这种抵抗体现在限制剪切变形的速率而不是大小上，这就是粘滞性。 第一章 概述和流体的物理性质 流体能承受压力，抵抗压缩变形。 流体不能承受集中力，只能承受分布力。 一般情况下流体可看成是连续介质。 流体的上述物理力学特性使流体力学（水力学）成为宏观力学的一个独特分支。 力学 §1－1 课程概述 工程流体力学的学科性质 研究对象 力学问题载体 宏观力学分支 遵循三大守恒原理 流体力学 水力学 流体 水 力学 强调水是主要研究对象 偏重于工程应用，水利工程、流体动力工程专业常用 1. 流体在外力作用下，静止（相对平衡）与运动的规律； 2. 流体与边界的相互作用。 工程流体力学（水力学）的主要研究内容 固定边界：水工建筑物、河床、海洋平台等 运动边界：流体机械、飞机、船只等 流体静力学：研究流体处于静止（或相对平衡）状态时，作用于流体上的各种力之间的关系； 流体动力学：研究流体处于运动状态时，作用在流体上的力与各运动要素之间的相互关系，以及运动特性与能量转换的关系等。 运动要素：描述流体运动状态的特性量，如速度、加速度、压强、温度以及其它物理量如密度、粘性等。 流体力学 动力机械 水利水电 航空航天 交通运输 环境 气象 石油化工 钢铁冶金 生物 空气和水是地球上广泛存在的物质，所以与流体运动关联的力学问题是很普遍的。流体力学在许多工程领域有着广泛的应用，对水利水电、流体动力工程专业来讲，其重要性不言而喻。 与流体力学相关的工程领域和学科 排球 足球 网球 游泳 赛艇 铁饼 高尔夫球 赛跑 赛车 标枪 乒乓球 羽毛球 大部分竞技体育项 目与流体力学有关 课程地位 工程流体力学（水力学）是一门重要的专业基础课程，它是连接前期基础课程和后续专业课程的桥梁。课程的学习将有利于数理、力学基础知识的巩固与提高，培养分析、解决实际问题的能力，为专业课程的学习打下坚实基础。 数理、力学 基础课程 工程流体力学（水力学） 专业基础课程 水利、动力工程有关专业课程 水工建筑物及河槽所受水力荷载 水工建筑物及河槽过流能力 水流流动形态 水电（泵）站能量利用和消耗 水利水电工程中的部分流体力学问题： 流体力学的研究方法 理论分析、实验研究和数值计算相结合。三个方面是互相补充和验证，但又不能互相取代的关系。 基本假设 数学模型 解析表达 理论分析 数值计算 实验研究 数学模型 数值模型 数值解 模型试验 量测数据 换算到原型 受理论模型和数值模型局限，存在计算误差。 扩大理论求解范围，成本低，易于改变工况，不受比尺限制。 数值计算 成本高，对量测技术要求高，不易改变工况，存在比尺效应。 直接测量流动参数，找到经验性规律。 实验研究（模型试验） 受基本假设局限，少数情况下才有解析结果。 对流动机理解析表达，因果关系清晰。 理论分析 局 限 优 势 不易 否 有 固体 液体 气体 不易 能 有 易 能 无 流体 是否容易被压缩？ 能否呈现流动性？ 有无固定的体积？ 呈现流动性？ 流体 固体 流体最主要的物理特性 §1—2 流体的物理性质 流体几乎不能承受拉力，没有抵抗拉伸变形的能力。 流体能承受压力，具有抵抗压缩变形的能力。 关于流体承受剪切力，抵抗剪切变形能力的叙述： 一. 流体的基本特性 — 流动性 什么是剪切力、剪切变形和抵抗剪切变形的能力？ 流体在静止时不能承受剪切力，抵抗剪切变形。 流体只有在运动状态下，当流体质点之间有相对运动时，才能抵抗剪切变形。 只要有剪切力的作用，流体就不会静止下来，发生连续变形而流动。 作用在流体上的剪切力不论多么微小，只要有足够的时间，便能产生任意大的变形。 运动流体抵抗剪切变形的能力（产生剪切应力的大小）体现在变形的速率上，而不是变形的大小（与弹性体的不同之处）。 设想放置在敞口容器中初始表面有隆起或凹陷的液体之运动和变形过程可以帮助理解以上论述。当