第1章-流體及其主要物理性質(zhì)

流體力學

fluiddynamic主講:俞接成教材：《流體力學》景思睿張鳴遠編西安交通大學出版社參考書《粘性流體動力學》F.MWhite機械工業(yè)出版社，1982.1991年有英文第二版?！读黧w力學基礎》潘文全機械工業(yè)出版社，1982《流體力學》(上、下)吳望一北京大學出版社，1982本課程共56學時，講解第1～8章流體力學課程的考核方法與學習要求考核方法：百分制1.平時20％；

每缺一次作業(yè)扣1分（沒有正當理由，不接受晚交）；每曠課一次扣1分；每遲到一次扣0.5分；曠課超過3次取消考試資格2.期末考試占80％。學習要求：樹立良好學風希望大家上課能認真聽講，獨立完成作業(yè)。第一章流體及其主要物理性質(zhì)1概述1.1什么是流體力學？1.2學習流體力學的目的1.3流體力學的發(fā)展沿革1.4流體力學的學習方法1.1什么是流體力學？研究流體（液體、氣體）運動規(guī)律的一門科學。是專業(yè)基礎課。1.2學習流體力學的目的在本專業(yè)中的重要地位學習后續(xù)課程的基礎日常生活中的廣泛應用工程上的廣泛應用節(jié)水，虹吸管。。。 能源動力、石油化工、空調(diào)制冷、軍事1.3流體力學的發(fā)展沿革Archimedes(阿基米德，希臘公元前287～212年）——浮力假設LeonardodaVinci（1500,意大利）——一維不可壓縮粘性流體的質(zhì)量守恒方程。理想流體力學：Euler(1755Euler’sEq.),d’Alembert(1752),Laplace(1749-1827),Lagrange(1736-1813),Bernoulli……IsaacNewton(1687)——流體阻力，牛頓流體Navier（1823）-Stokes（1845）提出的N-S方程。Reynolds(1880)-提出Re數(shù)，判別流體流動方式。Prandtl（1904）——邊界層理論的提出Blasius(布拉休斯）——平板邊界層的理論解。E.Buckingham(1914)——量綱分析方法1.3流體力學的發(fā)展沿革

流體力學分為理想流體力學和粘性流體力學（真實流體力學、水力學）理想流體力學——無粘性項，數(shù)學的完美推導。

d’Alembertparadox.水力學——放棄理論，以試驗測量為基礎。Prandtl邊界層理論的提出才使兩者能有機地結(jié)合起來。粘性流體力學——加入粘性項1.4流體力學的學習方法從掌握的角度：從應試的角度學好數(shù)學，多看書。注重對物理概念的理解上課認真聽講，獨立完成作業(yè)。2流體與連續(xù)介質(zhì)模型流體（液體與氣體）具有易流動性、粘性和可壓縮性。不能承受拉力，在剪切力作用下會發(fā)生連續(xù)不斷的變形，產(chǎn)生流動。定義：在任何剪切力持續(xù)作用下連續(xù)變形的物質(zhì)。從微觀角度：流體都是由大量分子組成且處于不斷熱運動狀態(tài)，它的空間位置和運動速度具有隨機性質(zhì)。流體力學研究流體的宏觀平衡和運動規(guī)律，所考慮的尺寸遠大于分子的平均自由程，因此，需要建立模型進行研究。2流體與連續(xù)介質(zhì)模型連續(xù)介質(zhì)模型流體質(zhì)點相對于宏觀很小，相對于微觀，又包含足夠多的分子。連續(xù)介質(zhì)模型假設組成流體的最小物質(zhì)實體是流體質(zhì)點，流體由無限多的流體質(zhì)點連綿不斷地組成，質(zhì)點之間不存在間隙。便于運用數(shù)學研究3流體的粘性粘性流體抵抗剪切變形(或相對運動)的一種屬性。牛頓平板實驗試驗結(jié)論：速度呈線性分布摩擦力與速度梯度呈正比牛頓流體與非牛頓流體3流體的粘性粘性系數(shù)動力粘性系數(shù)μ，單位：Pa.s,運動粘性系數(shù)ν，單位：m2/s3流體的粘性粘性系數(shù)例如：20℃時，空氣ν=0.151×10-4m2/s,

水ν=0.1×10-5m2/s粘性系數(shù)與溫度的關系液體的粘性主要取決于液體分子間的距離和分子間的吸引力，所以溫度升高粘性下降。氣體的粘性主要取決與氣體分子熱運動所產(chǎn)生的動量交換，所以溫度升高粘性增大。3流體的粘性例1-1已知L=0.5m;n=400rpm；δ=0.25mm;測得M=10.89J。求μ3流體的粘性例1-2μ=0.5Pa.s的流體沿著壁面流動，速度分布為拋物線，y1=60mm,umax=1.08m/s，拋物線的頂點在A點，分別求y=0,20,40,60mm各點的切應力。3流體的粘性實際流體實際流體與理想流體理想流體認為粘性系數(shù)為零便于數(shù)學研究實際流體的研究更為復雜自然界中實際存在的流體，由于都具有粘性，也稱為粘性流體。N-S方程至今只找到70多種邊界條件的解。4流體的可壓縮性4.1可壓縮性4.2可壓縮流體與不可壓縮流體4.1可壓縮性所有流體都具有一定的可壓縮性壓縮性系數(shù)β4.1可壓縮性體積彈性模量Eν氣體等溫過程壓縮性系數(shù)β4.1可壓縮性體積彈性模量Eν氣體等熵過程液體沒有簡單的解析表達式，一般通過實驗測壓強與密度的關系，然后近似求導。4.2可壓縮流體與不可壓縮流體不可壓縮流體ρ=C當流體的體積彈性模量很大或壓強改變量很小時，流體的密度改變量很小，可看作不可壓縮流體。便于數(shù)學處理一般液體和流速較低的氣體均可看作不可壓縮流體可壓縮流體ρ≠C流體的密度改變量不可忽略時。我們所涉及的問題一般均以不可壓縮流體來對待。5液體的表面張力5.1表面張力5.2毛細現(xiàn)象6作用在流體上的力質(zhì)量力（體積力）非接觸力，如重力，慣性力表面力接觸力，如壓力，剪切力第一章總結(jié)1流體的性質(zhì)易流動性，粘性，可壓縮性2連續(xù)介質(zhì)模型3液體和氣體的粘性與溫度的關系4牛頓平板試驗，摩擦