流體力學(xué)A 1-1課件

流體力學(xué)A任課教師：程友良熱能教研室1

流體力學(xué)及其研究對(duì)象學(xué)習(xí)這門課程的重要性和必要性如何學(xué)好這門課程其它事項(xiàng)緒論緒論2流體力學(xué)及其研究對(duì)象力學(xué)：研究物體在各種力作用下移動(dòng)和平衡所具有規(guī)律的科學(xué)。物體狀態(tài)：固體、液體、氣體和等離子體。流體：液體和氣體的統(tǒng)稱。流體力學(xué)：研究流體在各種力作用下移動(dòng)和平衡所具有規(guī)律的科學(xué)。隨著學(xué)科本身的發(fā)展及其對(duì)工程實(shí)際背景的滲透，流體力學(xué)又產(chǎn)生出了許多新的分支。緒論3流體力學(xué)及其研究對(duì)象力學(xué)固體力學(xué)流體力學(xué)…………靜力學(xué)，運(yùn)動(dòng)學(xué)，動(dòng)力學(xué):水動(dòng)力學(xué)、氣動(dòng)力學(xué)或空氣力學(xué)，……；燃燒流體力學(xué)，環(huán)境流體力學(xué)，計(jì)算流體力學(xué)，……。……緒論4流體力學(xué)及其研究對(duì)象研究對(duì)象：平衡時(shí)的規(guī)律：如壓強(qiáng)分布、總壓力等。流體流過某種物體或通道時(shí)的運(yùn)動(dòng)規(guī)律：如速度分布、壓強(qiáng)分布、質(zhì)量、動(dòng)量、能量等；與其它物質(zhì)形態(tài)（固體、液體或氣體）之間的相互作用（作用力、傳熱、傳質(zhì)及能量轉(zhuǎn)換、能量損失等）規(guī)律。緒論5這門課的重要性和必要性在許多工業(yè)技術(shù)領(lǐng)域有廣泛應(yīng)用農(nóng)田、水利，

造船、航運(yùn)；

航空、航天；

能源、電力；緒論6農(nóng)田、水利緒論7農(nóng)田、水利緒論都江堰水利工程8緒論造船、航運(yùn)9緒論航空、航天10緒論能源、電力11緒論能源、電力12汽輪機(jī)系統(tǒng)循環(huán)水泵凝結(jié)水泵鍋爐給水泵

鍋爐系統(tǒng)送風(fēng)機(jī)引風(fēng)機(jī)排粉風(fēng)機(jī)疏水泵補(bǔ)給水泵

灰渣泵沖灰水泵火力發(fā)電廠系統(tǒng)簡圖能源、電力13這門課的重要性和必要性在其他許多工業(yè)技術(shù)領(lǐng)域也有廣泛應(yīng)用機(jī)械；冶金；石油；化工；土木；建筑；海洋；大氣；人體循環(huán)系統(tǒng)；……與日常生活密切相關(guān)：可以舉出若干方面的例子更是學(xué)習(xí)后繼課程的需要——重要的專業(yè)基礎(chǔ)課(學(xué)時(shí)72、學(xué)分4.5)緒論14與其他學(xué)科的關(guān)系基礎(chǔ)課專業(yè)基礎(chǔ)課專業(yè)課高等數(shù)學(xué)、工程數(shù)學(xué)、物理學(xué)工程力學(xué)（理論、材料）工程熱力學(xué)、流體力學(xué)、傳熱學(xué)汽輪機(jī)原理、鍋爐原理…15如何學(xué)好這門課程充分(思想)準(zhǔn)備和計(jì)劃——長學(xué)期課程；正確處理好與所學(xué)課程的關(guān)系——溫故而知新；認(rèn)真完成老師布置的作業(yè)——及時(shí)復(fù)習(xí)和預(yù)習(xí)；注重基礎(chǔ)知識(shí)、基本方法和基本技能——憨實(shí)基礎(chǔ)；提高提出、分析及解決問題的能力——適當(dāng)研究性學(xué)習(xí)。緒論16

其它事項(xiàng)

教材——《流體力學(xué)》（王松嶺主編）；

參考文獻(xiàn)——教材后及隨課相應(yīng)布置；

交作業(yè)——

第一次：前兩章；第二次：第三、四章；第三次：第五章；第四次：第十二、六、七章；第五次：第八、九、十章；第六次：第十一章。緒論17

其它事項(xiàng)答疑時(shí)間——星期四下午3:00~5:00答疑地點(diǎn)——我的辦公室（Tel:2224)緒論18

第一章流體的基本物理性質(zhì)

主要內(nèi)容流體的概念流體的密度流體的壓縮性和膨脹性流體的粘性

液體的表面張力和毛細(xì)現(xiàn)象第一章流體的基本物理性質(zhì)19

§1.1流體的概念1.流體的定義和特征1）定義：在微小剪切力持續(xù)作用下都能連續(xù)不斷變形的物體。2）基本特征：易流動(dòng)和不具有固定形狀。3）液體和氣體具有不同的特征：如壓縮性、粘性等。4）表征流體屬性的物理量：,p,T,(u,v,w),等。第一章流體的基本物理性質(zhì)20

§1.1流體的概念分子結(jié)構(gòu)固體：分子間距小，結(jié)構(gòu)緊密，固定形狀和體積；液體：分子間距中等（約1倍直徑），分子吸引力中等，沒有固定形狀；氣體：分子間距大（約10倍直徑），分子吸引力小，分子布朗運(yùn)動(dòng)，沒有固定形狀和體積。第一章流體的基本物理性質(zhì)21

§1.1流體的概念2.連續(xù)介質(zhì)假設(shè)1）內(nèi)容：真實(shí)流體可看成是由無數(shù)體積很小的連續(xù)分布的流體微團(tuán)（流體質(zhì)點(diǎn)）所組成。2）解釋：

體積很小——宏觀上充分?。ㄅc宏觀特征尺寸比較），微觀上充分大（與分子運(yùn)動(dòng)平均自由程相當(dāng)），少數(shù)分子出入不影響流體微團(tuán)平均統(tǒng)計(jì)特性。第一章流體的基本物理性質(zhì)22

§1.1流體的概念

連續(xù)分布——忽略流體微團(tuán)之間的間隙。

流體微團(tuán)——流體分子集合，幾何上看成一個(gè)點(diǎn)。3）說明：合理性——考察流體宏觀機(jī)械運(yùn)動(dòng)；優(yōu)越性——可借助數(shù)學(xué)分析工具研究流體運(yùn)動(dòng)規(guī)律；局限性——不適合不滿足條件的領(lǐng)域，如稀薄氣體等。第一章流體的基本物理性質(zhì)23

§1.2流體的密度1.流體的密度1）定義：單位體積流體所具有的質(zhì)量,記為。2）公式：

▲均質(zhì)流體——

▲非均質(zhì)流體——

▲特例——完全氣體狀態(tài)方程及在等溫過程、等壓過程、絕熱過程下的不同形式；（板書公式）第一章流體的基本物理性質(zhì)24

§1.2流體的密度

▲注意——單位、記號(hào)、氣體常數(shù)隨氣體種類不同3）說明：

▲一般情況下密度與壓強(qiáng)、溫度有關(guān)；

▲液體和氣體，表現(xiàn)不同；

▲表1-1——標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下幾種常用流體的密度；

▲表1-2——標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下不同溫度的水、

空氣和水銀密度。第一章流體的基本物理性質(zhì)25

§1.2流體的密度2.流體的比容（比體積）：單位質(zhì)量的流體所占有的體積，記為【upsilon】；3.流體的容重（重度）：=g

；4.流體的相對(duì)密度（比重）：d=/w；w=1000kg/m3；5.混合氣體的密度：第一章流體的基本物理性質(zhì)26

§1.3流體的壓縮性和膨脹性1.流體的壓縮性1）定義：2）壓縮系數(shù)：3）流體的體積彈性模量：

4）關(guān)系：壓縮系數(shù)壓縮性體積彈性模量壓縮性第一章流體的基本物理性質(zhì)27

§1.3流體的壓縮性和膨脹性2.流體的膨脹性1）定義：2）膨脹系數(shù)：

3）說明：與壓強(qiáng)有關(guān)；50?C前后水的膨脹性與壓強(qiáng)的關(guān)系不同。3.不可壓縮流體1）定義：2）說明：通常液體和低速氣體。第一章流體的基本物理性質(zhì)28

§1.4流體的粘性1.粘性的概念1）定義：2）牛頓試驗(yàn)：3）摩擦（切向）阻力的大小和方向：

摩擦（切向）應(yīng)力的大小和方向：第一章流體的基本物理性質(zhì)（阻力）；（應(yīng)力）。29流體溫度動(dòng)力粘度液體氣體

§1.4流體的粘性第一章流體的基本物理性質(zhì)4）動(dòng)力粘度（）及其特性和機(jī)理：302.牛頓內(nèi)摩擦定律1）內(nèi)容：

一般速度分布u=u(y)時(shí)，流體內(nèi)部摩擦阻力大小為

§1.4流體的粘性摩擦（切）應(yīng)力大小為——牛頓內(nèi)摩擦定律第一章流體的基本物理性質(zhì)312）說明：i)直線分布為其特例；ii)——速度梯度角變形速度；iii)速度相同或靜止時(shí)。

§1.4流體的粘性第一章流體的基本物理性質(zhì)32

§1.4流體的粘性4.牛頓流體和非牛頓流體的定義：5.粘性流體和理想流體的定義：3.運(yùn)動(dòng)粘度：第一章流體的基本物理性質(zhì)33

§1.5液體的表面張力和毛細(xì)現(xiàn)象1.表面張力：1）定義：自由表面（由于分子間吸引力）收縮時(shí)，在收縮方向上必定有與收縮方向相反的作用力，這種力稱為表面張力。正是由于表面張力的存在，液體表面總是趨向收縮成最小面積。2）說明：

①它是由于分子間存在吸引力(只在距離第一章流體的基本物理性質(zhì)34

§1.5液體的表面張力和毛細(xì)現(xiàn)象約1nm（10-7cm)范圍內(nèi)才起作用)而產(chǎn)生的。②在不相混合液體間以及液體和固體間的分界面附近的分子都將受到兩種介質(zhì)吸引力的作用，沿著分界面產(chǎn)生表面張力，通常稱為交界面張力。③表面張力的大小以作用在單位長度上的力表示，記作，單位為（N/m)。它的的大小與液體的性質(zhì)、純度、溫度和與其接觸的介質(zhì)有關(guān)。第一章流體的基本物理性質(zhì)35

§1.5液體的表面張力和毛細(xì)現(xiàn)象3)表面張力的種類：①二維液體表面張力第一章流體的基本物理性質(zhì)36

§1.5液體的表面張力和毛細(xì)現(xiàn)象液體氣體②三維液體表面張力第一章流體的基本物理性質(zhì)37是接觸角，與液體，固體性質(zhì)有關(guān)。

§1.5液體的表面張力和毛細(xì)現(xiàn)象2.毛細(xì)現(xiàn)象：液體在細(xì)管中能上升或下降的現(xiàn)象。由附著力和內(nèi)聚力的相對(duì)大小決定。第一章流體的基本物理性質(zhì)38

§1.5液體的表面張力和毛細(xì)現(xiàn)象第一章流體的基本物理性質(zhì)上升(附著力>內(nèi)聚力)或下降(附著力<內(nèi)聚力)的高度與管徑有關(guān)。39例1液體粘度實(shí)驗(yàn)（圓柱間隙粘性流體）求：粘性系數(shù)μ已知：第一章流體的基本物理性質(zhì)課堂例題與練習(xí)40解：圓柱表面切應(yīng)力，底部切應(yīng)力不計(jì)圓柱扭矩：所以，第一章流體的基本物理性質(zhì)課堂例題與練習(xí)41例2汽缸活塞U活塞半徑第一章流體的基本物理性質(zhì)解：課堂例題與練習(xí)42例3第一章流體的基本物理性質(zhì)解：課堂例題與練習(xí)43導(dǎo)出單位：其它根