流体力学基础(绪论)

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1、流体力学基础第一章绪论§1.1   流体的定义、流体力学的任务及其发展简史§1.2  流体的力学模型§1.3  流体的主要物理性质§1.4流体的分类§1.5作用在流体上的力第一章绪论§1.1流体的定义、流体力学的任务及其发展简史流体定义流体力学研究的对象是流体，流体是液体和气体的总称。流体力学任务流体力学作为力学的一个分支，研究在各种力的作用下，流体处于静止和宏观运动状态时的规律及流体与固体边界间发生相对运动时的相互作用：（1）管道、明渠中的流体运动（2）物体在流体中的运动及流体绕过物体的运动（3）水的动力作用（4）流体机械第一章绪论§1.1流体的定义、流体力

2、学的任务及其发展简史流体力学发展简史（1）第一阶段（16世纪以前）：流体力学形成的萌芽阶段（2）第二阶段（16世纪文艺复兴以后-18世纪中叶）流体力学成为一门独立学科的基础阶段（3）第三阶段（18世纪中叶-19世纪末）流体力学沿着两个方向发展——欧拉、伯努利（4）第四阶段（19世纪末以来）流体力学飞跃发展第一章绪论§1.1流体的定义、流体力学的任务及其发展简史流体力学发展简史第一阶段（16世纪以前）：流体力学形成的萌芽阶段远古时代，箭弩的发明反映了原始人对箭头的流线型降低摩阻及尾翅的稳定性问题的探索。在我国，墨家经典《墨子》中就有关于浮力规律的探讨，其他如：北

3、魏贾思勰的《齐名要术》、《淮南子》、以及后来的《太平寰宇记》、《考工记》等都有关于流体力学问题的记载。曹冲称象、怀丙捞铁牛等都是利用流体力学知识脍炙人口的故事。第一章绪论§1.1流体的定义、流体力学的任务及其发展简史流体力学发展简史第一阶段（16世纪以前）：流体力学形成的萌芽阶段公元前2286年－公元前2278年:大禹治水——疏壅导滞（洪水归于河）公元前300多年:李冰　　都江堰——深淘滩，低作堰公元584年－公元610年:隋朝　　南北大运河、船闸应用系统研究古希腊哲学家阿基米德《论浮体》（公元前250年）奠定了流体静力学的基础。第一章绪论§1.1流体的定义、

4、流体力学的任务及其发展简史流体力学发展简史第二阶段（16世纪文艺复兴以后-18世纪中叶）：流体力学成为一门独立学科的基础阶段1586年　斯蒂芬——水静力学原理1650年　帕斯卡——“帕斯卡原理”1612年　伽利略——物体沉浮的基本原理1686年　牛顿——牛顿内摩擦定律1738年　伯努利——理想流体的运动方程即伯努利方程1775年　欧拉——理想流体的运动方程即欧拉运动微分方程第一章绪论§1.1流体的定义、流体力学的任务及其发展简史流体力学发展简史第三阶段（18世纪中叶-19世纪末）沿着两个方向发展——理论、实验工程技术快速发展，一些土木工程师，根据实际工程的需要

5、，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。提出很多经验公式：第一章绪论§1.1流体的定义、流体力学的任务及其发展简史流体力学发展简史第三阶段（18世纪中叶-19世纪末）沿着两个方向发展——理论、实验经验公式：1769年　谢才——谢才公式（计算流速、流量）1895年　曼宁——曼宁公式（计算谢才系数）1732年　比托——比托管（测流速）1797年　文丘里——文丘里管（测流量）理论：1823年纳维，1845

6、年斯托克斯分别提出粘性流体运动方程组（N-S方程）第一章绪论§1.1流体的定义、流体力学的任务及其发展简史流体力学发展简史第四阶段（19世纪末以来）流体力学飞跃发展理论分析与试验研究相结合量纲分析和相似性原理起重要作用1883年　雷诺——雷诺实验（判断流态）1903年　普朗特——边界层概念（绕流运动）1933-1934年　尼古拉兹——尼古拉兹实验（确定阻力系数）侧重于工程应用的流体力学称为工程流体力学侧重于理论分析的流体力学称为理论流体力学第一章绪论§1.2流体的力学模型（连续介质模型）质点的概念宏观看充分小，可视为空间的一个点；微观看又充分大，每个质点包含足

7、够多的分子并保持着宏观运动的的一切特性。连续介质模型将流体看作由无数没有微观运动的质点组成的没有空隙的连续体，表征流体运动的各物理量在时间和空间上都是连续分布和连续变化的。建立连续介质模型的意义可用连续函数描述流体的运动，用高等数学的方法和原理求解流体力学的问题。第一章绪论§1.2流体的力学模型（连续介质模型）注意稀薄气体动力学问题,连续介质模型不再适用(分子间距大)。第一章绪论§1.3流体的主要物理性质惯性密度流体密度与温度和压力密切相关。常见的密度（在一个标准大气压下）：4℃时的水20℃时的空气第一章绪论§1.3流体的主要物理性质流动性静止流体在切应力作用

8、下，发生连续变形的特性称为流动性。流动