流体力学 第5版.ppt

流体力学第4版

教材流体力学第4版

主编罗惕乾

ISBN978-7-111-55726-5

出版社机械工业出版社

第一章绪论

u流体力学的研究任务

u连续介质假设

u流体的物理性质

u流体的粘性

u表面张力

流体力学的研究任务

流体力学是从宏观上研究流体的运动规律和作用力（

流体内部和流体对物体）的规律的学科，流体包含液体和

气体。

从微观的角度而言不论液体还是气体其分子与分子之

间都是存在间隙的，例如海平面条件下，空气分子的平均

自由程为l＝10-8mm，但是这个距离与我们宏观上关心

的物体的特征尺寸L相比较是很小的，l/L1

当受到物体扰动时，流体或空气所表现出的是大量分子运动体现

出的宏观特性变化如压强、密度等，而不是个别分子的行为。

连续介质假设

如果我们将流体的最小体积单位假设为具有如下特征的流体微团

：宏观上充分小，微观上足够大，则可以将流体看成是由连绵一片的

、彼此之间没有空隙的流体微团组成的连续介质，这就是连续介质假

设。

一旦满足连续介质假设，就可以把流体的一切物理性质如密度、压

强、温度及宏观运动速度等表为空间和时间的连续可微函数，便于用数

学分析工具来解决问题。

流体的物理性质

在连续介质的前提下，流体介质的密度可以表达为

m

流体为均值时



m

流体为非均值时lim,

0

其中为流体空间的体积，m为其中所包含的流体质量

0

下图为时平均密度的变化情况：



y

•pp





zx0

流体在受压时其体积发生改变的性质称为流体的压缩性，而流体

抵抗压缩变形的能力和特性称为弹性。类似于材料力学，用弹性模量（

这里是体积弹性模量）度量流体的弹性。

体积弹性模量定义为产生单位相对体积变化所需的压强增高：

dp

E

dvv

其中E为体积弹性模量，v为流体体积，负号是因为当受压时dp0体

积减小dv0，考虑到一定质量的流体m=ρv=常数,其密度与体积成

反比:

dvd

dvvd0,即

v

dpdp

体积弹性模量可写为：E(N/m2)

dd

当E较大，则流体不容易被压缩，反之当E较小则流体容易被压缩。液体的E一

般较大，通常可视为不可压缩流体，气体的E通常较小，且与热力过程有关，故

气体具有压缩性。对具体流动问题是否应考虑空气压缩性要看流动产生的压强变

化是否引起密度显著变化，一般情况下，当空气流动速度较低时，压强变化引起

的密度变化很小，可不考虑空气压缩性对流动特性的影响。

流体的粘性

u

y

由于粘性影响，原来是均匀的气流流至平板后直接贴着板面的一

层速度降为零，称为流体与板面间无滑移。稍外一层的气流受到层间

摩擦作用速度也下降至接近于零，但由于不紧挨板面多少有些速度，

层间的互相牵扯作用一层层向外传递，离板面一定距离后，牵扯作用

逐步消失，速度分布变为均匀。

取