《朱建明流体力学》PPT课件

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1、第一篇流体力学第一章绪论第一章绪论流体力学是研究流体运动和平衡的规律以及流体和固体之间相互作用的一门科学。它和其他科学一样，是在人类长期征服自然中逐步建立和发展起来的，它的发展又进一步有力地推动了科学技术和生产的发展。煤矿矿山和很多重要部门的生产、工_作都是直接或间接地应用流体力学的基础原理进行的。如矿井通风、排水、压气．水力采煤、重力选矿，气力、水力运输，采煤机、支架、机床设备的液压传动，等等，都足流体力学的基本原理在矿山工程中的具体应用。1.1流体和连续介质假定1.1.1流体流体与自然界的一切物质一样，是由分子组成的．那么它有什么特

2、点?这可以用分子间的空隙与分子的活动来表述。在流体中，分子之间的空隙比在固体中的大·分子运动的范围也比在固体中的运动范围大，以分子的移动与转动为其主要的运动形式；在固体中，分子绕固定位置振动则是主要的。流体是一种受任何微小的拉力和剪力都能产乍巨大变形的物体。固体在拉力和剪力的作用下，其变形较小，而且到一定程度后就停L卜变形．但流体却能继续不断地运动(流动)。流体可以分为液体和气体两种。液体具有一定的体积，与盛装液体的容器大小无关，可以有自由面。分子间的空隙大约等于其分子的平均直径。１cm3的水中约有3.4×1022个分子。在00C及1个

3、标准大气压时，１cm3的气体中大约有2.7×1019个分子。若把这些分子排列在方格子内它们将相互间隔3.3×10-7cm。分子平均直径约为3.5×10-8cm，它们的平均间隔约为分子平均直径的10倍，即比液体的分子间隔大。所以在正常情况下，气体中的分子是相互远离的每个分子以定速自由移动。1.1.2连续介质假定液体和气体都是由分子构成的，流体的性质及运动也都是与分子的状态密切相关的。但是在许多情况下，特别是许多工程实际问题所涉及的装置系统，其尺寸与流体分子距离及分子运动的自由行程相比较，则是非常大的。此时没有必要探讨流体分子的微观性质，而

4、应该研究其大量分子的形态及平均统计的宏观性质。若不考虑个别分子，便可以把流体看成由无数质点组成的连续介质。就是说，质点是组成流体的最小单元，质点与质点之间不存在空隙。包含在一个1F常小的范围内的这种连续介质，其质量可以认为是均匀分布在整个体积之中。用精密仪表对微量流体进行测量，就可显示出流体性质的改变是连续的、逐渐地进行的。它证实了流体连续性的假说。在连续介质力学中，我们假定宏观流体的特性(如平均密度、平均压强和平均黏度)是随着所观察的流体质点在系统中的位置和时间而连续变化的。表示流体平均特性的质点假定是占据空间位置的一个点，则用流场的

5、方法可表示流体连续的特性。所以反映流体运动特性的各种物理量(如速度、密度、压力等)也应该是空间坐标和时间的连续函数。在此基础上建立方程，研究流体的平衡与运动。因方程与质点分子结构无关，对气体和流体可同样处理。在流体力学中，不考虑流体内部的分子间隙与分子运动，仅从宏观角度研究流体质点因受外力作用而引起的机械运动，可使复杂的问题大大简化，从而利用数学工具来描述这些运动规律，以解决实际工程问题。这是提出连续介质概念的主要原因。必须指出，上述假定并不适应于一切流体运动，例如稀薄气体的运动就不适应这一假定。1．2流体的主要物理性质在研究流体的平衡

6、和运动时，必须知道流体的物理性质，因为决定流体运动状态变化的内因是流体的物理性质。下面就影响流体运动的主要物理性质分别加以介绍。1．2．1密度流体与自然界其他物体一样，具有质量。流体的这个性质用密度来表示。均质流体的密度等于质量和体积的比值，即式中——密度，kg／m3；V——均质流体的体积，m3；M一均质流体的质量，kg。1．2．2重度地球上任何物体都受到重力的作用。同一物体在地球上各个地方所受重力，一般是不同的。单位体积的流体重量称为流体的重度，即式中——重度，N／m3；G——流体的重量，N；V——流体的体积，m3。根据牛顿第二定律，

7、流体的重量等于流体的质量与重力加速度的乘积，即G=Mg式中M一流体的质量，kg；g——重力加速度，m／s2。由两式得质量相同的流体可能在不同地方有不同的重量。所以重量与质量是两个相关而不相同的概念，量纲不同，单位不同，不可相混。(注意，重度不应与相对密度相混。相对密度是指物体质量与同体积的4℃蒸馏水的质量相比之值，为无量纲的纯数。表1-I．为常见流体在大气压(760mm水银柱)下的物理性质。)1．2．3黏性流体运动时其内部质点沿接触面相对运动，产生a内摩擦力以抗阻流体变形的性质，就是黏性。在平行平板间充满流体，如图1-1所示。上板以速度

8、u运动，附着在此板上的薄层也以速度口值跟随板运动。下板固定不动，附着于下板的薄层流体质点的速度为零，这就是牛顿流体内摩擦实验。假定流动时分层运动，没有不规则的流体运动及脉动加入其中，则下板到上板之间有许多流