流体力学导论(讲义)

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1、第一章绪论第一节传热学与流体力学概述第二节传热学与流体力学的理论基础第三节研究方法和单位系统传热学与流体力学基础第一节传热学与流体力学概述一、传热学与流体力学基本概念流体力学:研究流体平衡和运动规律的科学。研究内容：流体在静止或流动时的速度、压强分布，能量损失，流体与固体的相互作用。应用领域：航空航天、水下平台、液压伺服系统。传热学：研究由温差引起的热量传递规律的科学。研究内容：热量传递规律，如何防止热传递、增强热传递应用领域：机械（热加工处理、淬火）、能源、冶金、建筑（桥梁）、电子、航空航天、环境保护等领域。有无固定的体积？能否形成自由表面？是否容易被压缩

2、？流体气体无否易液体有能不易呈现流动性？流体固体流体最主要的物理特性1.流体在外力作用下，静止与运动的规律；2.流体与边界的相互作用。流体力学的主要研究内容固定边界：水工建筑物、河床、海洋平台等运动边界：飞机、船只等边界流体力学海洋水利航空航天交通运输环境气象石油化工机械冶金生物空气和水是地球上广泛存在的物质，所以与流体运动关联的力学问题是很普遍的。流体力学在许多学科和工程领域有广泛的应用。与流体力学相关的工程领域和学科排球足球网球游泳赛艇铁饼高尔夫球赛跑赛车标枪乒乓球羽毛球大部分竞技体育项目与流体力学有关1、工业：水利建设（如防洪、灌溉、航运、水力发电、河道整

3、治）；动力工程中流体的能量转换，机械工程中的润滑、液压传动、气力输送。2、市政工程：通风、通水。3、医学：血液在人体内的流动。4、环境：污染物在大气中的扩散。5、交通：铁路、公路隧道中的压力波传播，汽车的外形与阻力的关系。流体力学在科学技术和工程中的应用传热学是研究热量传递规律的科学（热量传递的机理、规律、计算和测试方法）热量传递过程的动力：温差凡是有温度差的地方就有热量传递；热量传递是自然界和生产技术中一种非常普遍的现象。传热学在生产技术领域中的应用十分广泛。传热学的主要研究内容冰箱(机械能热能)飞机(热能机械能)汽车(热能机械能)热电厂(热能机械能)

4、传热学在科学技术和工程中的应用传热学在生产技术等众多领域中的应用十分广泛，特别是在下列技术领域大量存在传热问题：1、航空航天：高温叶片气膜冷却；火箭推力室的再生冷却；卫星与空间站热控制；空间飞行器重返大气层冷却；超高音速飞行器（Ma=10）冷却；核热火箭、电火箭；微型火箭（电火箭、化学火箭）；太阳能高空无人飞机等。2、微电子：电子芯片冷却。3、生物医学：肿瘤高温热疗；生物芯片；组织与器官的冷冻保存。4、军事：飞机、坦克；激光武器；弹药贮存。5、制冷：跨临界二氧化碳汽车空调/热泵；高温水源热泵。6、新能源：太阳能；燃料电池。课程地位《传热学与流体力学基础》是一门重

5、要的专业基础课程，它是连接前期基础课程和后续专业课程的桥梁。课程的学习将有利于数理、力学基础知识的巩固与提高，培养分析、解决实际问题的能力，为专业课程的学习奠定坚实基础。数理、力学基础课程传热学与流体力学基础专业基础课程机械、能源学科有关专业课程二、传热学与流体力学研究发展从工业革命时代开始，纳维（M.Navier）和傅立叶（J.B.Fourier）等科学家为传热学和流体力学的发展作出重要贡献。1807年傅立叶提出了求解偏微分方程的分离变量法。1822年傅立叶发表著作《热的解析理论》，创立了导热理论。1823年纳维提出了适用于不可压缩流体的流动方程。1845年斯

6、托克斯改进了纳维的工作，提出了“纳维-斯托克斯方程”，为描述流体流动奠定基础。20世纪以来，数学与计算机科学的发展，为通过仿真研究传热学和流体力学奠定了基础。例如：利用分析软件分析航天器热量分布，从而为航天器的隔热设计奠定了理论基础。利用仿真软件分析潜器形状与受到流体阻力的关系，指导潜器等水下平台的设计。第二节传热学与流体力学的理论基础一、传热学的理论基础1、热量传递三种基本形式：热的传递是由于物体内部或物体之间的温度不同引起的，根据热力学第二定律，当无外功输入时，热量总是自动地由温度较高的物体传递给温度较低的物体。热传导(heatexchange)、热对流(c

7、onvection)热辐射(heatradiation)2、热传导1）、定义热量从物体中温度较高的部份传递给温度较低的部份或传递给与之接触的温度较低的另一物体的过程称为热传导，简称导热。在导热过程中物体各部分或物体与物体之间不发生相对位移。2）、导热机理（1）气体的导热机理气体分子都处于无规则的运动状态，高温区能量较高的分子与低温区能量较低的分子相互碰撞，则热量就会由高温处传到低温处（2）液体的导热机理与气体的导热机理类似，但是液体分子间的距离比较小，分子间的作用力对碰撞过程的影响比气体大得多，因此比气体的导热机理复杂得多。（3）良好的导电体导热机理相当数量的自

8、由电子在晶格之间运动，它