流体力学(教材).pdf

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1、流流体体力力学学基基础础第一章第一章绪绪论论••§1.1流体力学的任务及其发展简史••§1.2流体的主要物理力学性质••§1.3作用在流体上的力••§1.4流体的力学模型§§1.11.1流体力学的任务及其发展简史流体力学的任务及其发展简史••流体力学是研究流体的平衡和流体的机械运动规律及其在工程实际中应用的一门学科••流体力学研究的对象是流体，包括液体和气体••流体力学在许多工业部门都有着广泛的应用流体力学的发展流体力学的发展••古代流体力学的情况••16世纪以后，西方资本主义处于上升阶段，工农业生产有了很大的发展，对于流体平衡和运动规律的认识才随之有所提高••

2、18至19世纪，沿着两条途径建立了流体运动的系统理论••一条途径是一些数学家和力学家，以牛顿力学理论和数学分析为基本方法，建立了理想液体运动的系统理论，称为“水动力学”或古典流体力学••代表人物有伯努利（D.I.Bernouli）、欧拉（L.Euler）等••1738年伯努利给出理想流体运动的能量方程••17551755年欧拉导出理想流体运动微分方程年欧拉导出理想流体运动微分方程••1821-1845年，纳维埃（C.L.M.H.Navier）和斯托克斯（G.G.Stokes）导出适用于实际流体运动的纳维埃-斯托克斯方程，即N-S方程••另一途径是一些土木工程师，

3、根据实际工程的需要，凭借实地观察和室内试验，建立实用的经验公式，以解决实际工程问题。这些成果被总结成以实际液体为对象的重实用的水力学••代表人物有皮托（H.Pitot）、谢才（A.deChezy）、达西（H.Darcy）等••17321732年皮托发明了量测流体流速的皮托管年皮托发明了量测流体流速的皮托管••17691769年谢才建立了计算均匀流的谢才公式年谢才建立了计算均匀流的谢才公式••18561856年达西提出了线性渗流的达西定律年达西提出了线性渗流的达西定律••1883年雷诺（O.Reynolds）发表了关于层流、紊流两种流态的系列试验结果，又于1895

4、年导出了紊流运动的雷诺方程••1904年普朗特（L.Prandtl）提出边界层概念，创立了边界层理论。这一理论既明确了理想流体的适用范围，又能计算实际物体运动时的阻力••侧重于理论分析的流体力学称为理论流侧重于理论分析的流体力学称为理论流体力学体力学••侧重于工程应用的流体力学称为工程流侧重于工程应用的流体力学称为工程流体力学体力学§§1.21.2流体流体的主要物理的主要物理力学力学性质性质••惯性••惯性是物体保持其原有运动状态的一种性质••表示惯性大小的物理量是质量，质量的单位为g或kg••单位体积的质量是密度，密度的单位为g/cm3或kg/m3••水的密度

5、3ρ=1000㎏/m••水银的密度3ρ=13.6×1000㎏/mm均质流体的密度ρ=VΔmdm非均质流体的密度ρ==limΔ→V0ΔVdV••水和空气的密度（一个标准大气压下）温度水空气Tρρ(℃)（㎏/m3）（㎏/m3）0999.91.29351000.01.27010999.71.24815999.11.22620998.21.20525997.11.18530995.71.16535994.140992.21.12810101000ρ9903(kg/m)980970960950020406080100120T(C)°••物体反抗改变原有运动状态而作用于其他

6、物体上的反作用力称为惯性力••万有引力特性••地球对地球表面附近物体的引力称为重力。用G表示。重力的大小称为重量••G=mg••重量的单位为N，kN••1N=1㎏·m/s2••粘性••流体具有流动性••流动性是流体受切力作用发生连续变形的性质••这种变形亦称为减切变形••流体在流动状态下抵抗减切变形的性质称为流体的粘性牛顿内摩擦定律牛顿内摩擦定律••液体在作层流运动时，相邻流层之间的切应力与切应变率成线性关系duT=μAdyduτ=μdy•流体的运动粘度和动力粘度μ=ρν••动力粘度μ的单位为N·s/m2••运动粘度ν的单位为m2/s••流体的粘度与流体的种类、

7、温度和压强有关。但对某种流体而言，粘度值受温度的影响较大水和空气的物理性质水和空气的物理性质温度水的动力水的运动空气的动空气的运粘度粘度力粘度动粘度Tμνμν(℃)（10-3N·s/m2）（10-6m2/s）（10-3N·s/m2）（10-6m2/s）01.7921.7920.017213.751.5191.519101.3081.3080.017814.7151.1001.141201.0051.0070.018315.7250.8940.897300.8010.8040.018716.6350.7230.727400.6560.6610.019217.6ν2

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