流体力学C1 绪论-土木g

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1、流体力学FLUIDMECHANICS中南大学土建院：谢晓晴第一章绪论第一节流体的特征第二节流体力学的发展历史第三节流体的主要物理性质第四节作用在流体的力1第五节流体力学的研究方法和使用领域什么是流体？第一节流体的特征流体是液体和气体的统称。一.流体的定义固体：有固定的平衡位置，具有一定的体积，一定的形状。触变质：如胶状物和油漆、沥青等。2二.流体的特征（或物理属性）：流体力学31.流动性：2.连续性：是流体区别于固体的根本标志。流体不能承受拉力；流体在平衡状态下不能承受剪切力。设流体由很多个质点组成，质点之间没有缝隙。即假设流体是各向同性的连续介质(理论模型)。流体质点的理论模

2、型：1）质点的宏观尺寸非常小，即limΔV→0；2）质点的微观尺寸足够大；3）质点是一个物理实体；4）质点的形状可任意划定，以做到质点之间无缝隙。流体力学42.连续性：连续介质假设的使用条件：只有当考虑的现象具有比流体分子结构尺度大得多的尺度时才成立。例如研究高空稀薄气体中的物体运动时，稀薄气体不能视为连续介质；血液在微血管中运动时，血液不能当作连续介质，而在动脉血管中流动时可视为连续介质。连续函数：在连续介质中，流体质点的一切物理量都是坐标与时间变量的函数，称为连续函数。如p，v，a，ρ，γ，…＝f（x，y，z，t）流体力学52.连续性：流体遵循的普遍规律质量守恒定律能量守恒

3、定律动量定律——连续性方程——伯努利方程（能量方程）——动量方程（研究流体与固体、液体或大气界面之间的相互作用力问题）三.流体力学的研究内容流体力学6流体力学是力学的一个分支，主要研究流体静止和运动的力学规律，及其在工程技术中的应用。一.流体力学形成的萌芽阶段（16世纪以前）第二节流体力学的发展历史7鲁班葛洪沙漏弓箭船桨流体力学8水排阿基米德Archimedes(285-212BC)达芬奇LeonardodaVinci(1452-1519)流体力学9二.流体力学成为独立学科的基础阶段（16世纪至18世纪中叶）流体力学10牛顿IsaacNewton(1642-1727)帕斯卡Pa

4、scalB.(1623-1662)伯努利DanielBernoulli(1700-1782)11达朗贝尔J.D’Alembert(1717-1783)托里拆利Torricelli(1608-1647)泊肃叶MariePoiseuille(1799~1869)欧拉L.Euler(1707-1783)流体力学三.流体力学的分支阶段——古典流体力学和水力学（18世纪中叶至19世纪末）流体力学12纳维尔Navier(1785-1836)斯托克斯Stokes(1819-1905)雷诺Renolds(1842-1912)流体力学13四.近代流体力学阶段（19世纪末至今）普朗特Prandtl

5、L.(1875-1953)冯﹒卡门Von.Karman(1881-1963)卡门涡街一.惯性第三节流体的主要物理性质14ρ是单位体积流体所具有的质量γ是单位体积流体所具有的重量，称为重度或容重，其大小与密度的关系为单位：N/m3，或kN/m3单位：kg/m3熟记：以密度ρ来衡量二.粘性1687年，牛顿（Newton）实验如图以粘性系数μ来衡量实验测得：拉力T与接触面积A、速度梯度成正比，即或上两式均称为牛顿内摩擦阻力定律。流体力学15牛顿内摩擦阻力定律适用于空气、水、石油等大多数流体。凡符合这一定律的流体称为牛顿流体，不符合的流体为非牛顿流体。流变图（流变曲线）理想流体（无粘性

6、流体）:τ=0实际流体（粘性流体）:τ0流体力学16牛顿内摩擦阻力定律流体力学17当h很小时，阻力定律可写为，即速度为线性分布。速度分布图形不同时，剪应力τ分布也不同。抛物线分布u直线分布u运动粘性系数ν：定律中μ为动力粘性系数，单位：kg/m·s或Pa·s（动力学量纲）μ的影响因素：i.压强：高压下,液体、气体随压强，粘性ii.温度：液体随温度，粘性；气体随温度，粘性。单位：m2/s（运动学量纲）注：只有μ才能作为判别粘性大小的依据。流体力学18流体力学19【例】一底面积为45×50cm2，高1cm的木块，质量为5kg，沿涂有润滑油的斜角为30º的斜面向下作等速

7、运动，木块运动速度u=1m/s，油层厚度1cm，求油的粘度。【解】木块重量沿斜坡分力F与切力T平衡时，等速下滑。由于油层厚度很小，速度分布可看成线性分布。三.压缩性压强增大使体积减小的性质单位：m2/N，Pa-1可压缩流体不可压缩流体：密度ρ为变量，即ρ=ρ(x,y,z,t)：密度ρ为常数，即ρ=C注：通常情况下，液体为不可压缩流体，气体为可压缩流体。压缩系数：流体力学20特例水击现象,液压冲击,水中爆炸波的传播等问题。在低温,低压,低速条件下,隧道施工,运营通风,气体输送,烟道流动等问题。