吉林大学流体力学课件chapter1[1]

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1、绪论1、流体力学的研究内容及应用（1）物质的常见存在形态三种形态：固体、液体和气体，其中液体和气体都属于流体。（2）流体与固体主要差别从力学角度来分析，流体与固体的主要差别是抵抗外力的能力不同。固体能够抵抗一定强度的拉力、压力及剪切力；流体承受的力主要为压力，它不能抵抗拉力，静止的流体不能抵抗剪切力。如果对流体施加剪切力，它就会发生连续的变形，这是流体区别与固体的根本标志。7/15/2021（3）流体定义受任何微小切力都会产生连续变形（流动）的物质。（4）研究对象流体力学是力学的一个分支，是一门主要研究流体平衡和运动规律及其应用的学科。如静止的流体对周围固体

2、物质的静压力，运动的流体对处于其中的其他物体产生的作用力等等，这些都属于流体力学的研究范畴。在机械类专业教学中，工程流体力学是一门技术基础课，它的任务是为学生后续课程及从事专业工作奠定初步的流体力学理论基础。7/15/20212、学科分类及研究方法（1）学科分类理论流体力学和工程流体力学。前者偏重数理分析，是连续介质力学的一个组成部分，属于基础科学范畴；后者着眼于工程应用，是工程力学的一个组成部分，属于应用科学范畴。（2）研究方法分为现场观测、实验室模拟、理论分析、数值计算四个方面。3、流体力学的发展7/15/2021第1章流体的主要物理性质1.1连续介

3、质概论1.2流体的密度和相对密度1.3流体的粘性1.4流体的膨胀性和压缩性7/15/20211.1流体的主要物理性质一、流体的物理属性1、物质基本属性（1）由大量分子构成；（2）分子不断作随机热运动；（3）分子与分子间存在分子力作用。7/15/2021属性物质形式分子结构分子力形状受力流体疏松小无固定形状压力、流动流体可以受切力固体紧密大有固定形状拉、压、切2、流体与固体属性比较7/15/2021属性物质形式分子距压缩性体积液体小基本不可压一定气体大可压缩充满空间3、气体与液体属性比较7/15/2021二、流体质点的概念1、定义：流体质点就是流体中宏观尺寸非

4、常小而微观尺寸又足够大的任意一个物理实体，也称流体微团。2、流体质点具有四层含义：（1）宏观尺寸非常小；（2）微观尺寸足够大；（3）是包含有足够多分子的一个物理实体；（4）形状可以任意划分。7/15/2021三、连续介质的概念把流体视为由无数连续分布的流体微团所组成的连续介质，这就是流体的连续介质假设。这些连续介质具有宏观的一切基本力学性质。7/15/20211.2流体的密度和相对密度一、密度定义:单位体积流体所具有的质量称为流体的密度，以符号ρ表示。一点上流体密度为：如果流体是均质的，则：4ºc蒸馏水的密度：7/15/2021二、相对密度定义:流体的相对密

5、度是指某种均质流体的质量与相同体积下4℃蒸馏水质量之比，也即二者密度之比，相对密度是一个无量纲数，以符号d表示。由于，所以，流体密度与相对密度的关系为：7/15/20211.3流体的粘性粘性的概念：流体运动时内部产生切应力的性质叫作流体的粘性。1.3.1粘性产生的原因：分子间的相互引力；分子不规则热运动所产生的动量交换7/15/20211.3.2牛顿内摩擦定律1、实验结论：（1）F与流体的种类有关；（2）与流体层之间接触面积成正比；（3）与流体的速度梯度成正比；（4）与压强无关。7/15/20212、公式（1）摩擦力：切应力：式中：F—外力或内摩擦力（N）；

6、A—平板与液层的接触面积（m2）；V—平板运动速度（m/s）；δ—液层厚度（m）；μ—动力粘度（Pa•s）；V/δ—速度梯度。7/15/2021（2）一般形式（微分形式）摩擦力：切应力：式中：—切应力（N/m2）;dV/dy—速度梯度。物理意义：切应力与速度梯度成正比。7/15/20211.3.3流体的粘度(1)粘度的定义及单位1）动力粘度µ：由:得单位：帕·秒（Pa·s）物理意义：单位速度梯度下的切应力。2）运动粘度：单位：米2/秒（m2/s）7/15/2021（2）粘度的变化规律温度升高压强升高液体粘度（）降低增大气体粘度（）增大降低1.3.

7、4理想流体的概念假定不存在粘性，即其==0的流体为理想流体或无粘性流体。7/15/2021[例题1-1]图1-3是一根内直径D＝74mm的垂直圆管；管内有一质量为2.5kg的活塞，其d＝73.8mm，L＝150mm。活塞与圆管完全对中，两者间隙为0.1mm，间隙中充满润滑油膜。润滑油粘度μ＝7×10-3Pa·s。若不考虑空气压力，试求当活塞自由下落时其最终的平衡速度—即活塞重力与活塞表面摩擦力相等时的速度。7/15/2021[解]这是一个同心环形缝隙中的直线运动问题，油膜中的速度分布规律近似为线性的，设达到平衡时活塞速度为V，则油膜内的速度梯度为:摩擦面

8、积A为:则：流体对活塞的摩擦力为：则由摩擦力与重力平