工程流体力学(01)

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1、白立新核科学与工程技术学院办公室：望江校区理科楼2楼中227B电话：85412258(O)13688043813Email:bailx@scu.edu.cn工程流体力学自我介绍要求布置的作业隔一次课交平时成绩占20%参考书：1.陈卓如;工程流体力学（第2版）;高等教育出版社;20042.莫乃榕，槐文信编著;流体力学水力学题解;华中科技大学出版社;20023.景思睿，张鸣远编著;流体力学;西安交通大学出版社;2001第一章导论§1-1流体力学的研究任务和研究方法§1-2连续介质假说§1-3流体的密度§1-4流体的粘性§1-5表面张力§1-1流体力学的研究任务和

2、研究方法流体:具有流动性的物体（即能够流动的物体）。流动性：在微小剪切力作用下会发生连续变形的特性。流体力学是力学的一个独立分支，是研究流体平衡和运动规律的科学。流体静力学流体动力学研究方法理论分析实验研究数值计算研究任务解决科学研究和工农业生产中遇到的有关流体流动的问题流体力学学科发展简介第一时期17世纪中叶以前特点水利工程阿基米德浮力定律漏壶计时水轮机第二时期----17世纪末叶至19世纪末叶特点理论方法和实验方法同步发展1678年牛顿实验1738年伯努利方程1752年达朗伯佯谬：物体在理想流体中运动，没有阻力1775年欧拉运动方程1781年复位势理论第

3、二时期----17世纪末叶至19世纪末叶1823-1845年Novier--Stokes方程1883年雷诺的发现1891年速度环量概念第三时期----20世纪初叶至20世纪中叶特点理论与实验统一1904年边界层理论1910-1945年机翼理论与实验的极大发展实验流体力学：实验→经验公式理论流体力学：建立数学模型第三时期----20世纪初叶至20世纪中叶1921年动量积分关系式1947年电子计算机1954年湍流特性的出色测量发展计算技术电子技术：实验手段更新→实验流体力学计算机技术数值计算方法计算流体力学第四时期----20世纪中叶以后特点与其它学科互相渗透前

4、沿--湍流,流动稳定性,涡旋和非定常流交叉学科和新分支:工业流体力学;气体力学;环境流体力学稀薄气体力学;电磁流体力学;微机电系统宇宙气体力学;液体动力学;微尺度流动与传热地球流体力学;非牛顿流体力学生物流体力学;多相流体力学物理--化学流体力学;渗流力学和流体机械等几点结论生产与生活的需要—发展的动力17世纪中叶以后的三百五十年中—惊人的发展实验的作用及其特殊意义1-2连续介质假设微观上：流体是由分子组成的，分子之间有一定的距离，流体的物理量在空间上是不连续的。由于分子运动的随机性，流体的物理量在时间上的分布上不连续的。宏观上：所讨论问题的特征尺寸远大于流

5、体的分子平均自由程，人们感兴趣的是宏观特征，即大量分子的统计平均特性。连续介质假设：从宏观上研究流体的运动规律时，把流体视作在空间上和时间上连续分布的物质。（1753年由欧拉提出）连续介质假设的依据：(1)空间尺度1mm3体积水:3.31019个分子空气:2.71016个分子10-10mm3体积(相当于一粒灰尘体积)的空气:2.7106个分子(2)时间尺度：10-6秒，10-9cm3内分子碰撞1014次失效情况:稀薄气体（航天器在高空中飞行）超音速气流的激波(激波厚度与气体分子平均自由程同量级)血液在微血管里（直径约为10-4cm)的运动1-3流体的密

6、度定义定义：单位体积内流体具有的质量只能理解为宏观上足够小宏观上足够小，微观上足够大的微体积内的流体称为流体微团，或称为流体质点。热膨涨系数—压强不变dm=d(v)=0-dv/v=d/体积压缩系数—温度不变弹性模量：体积压缩系数的倒数E=1/kE液体：E很大理想气体：水：1-4流体的粘性牛顿在《自然哲学的数学原理》(1687)中指出：相邻两层流体作相对运动时存在内摩擦作用,称为粘性力。•库仑实验(1784)库仑用液体内悬吊圆盘摆动实验证实流体存在内摩擦。1.流体内摩擦概念•流体粘性形成原因:(1)两层液体之间的粘性力主要由分子内聚力形成(2)两层气体之

7、间的粘性力主要由分子动量交换形成2.壁面不滑移假设由于流体的易变形性，流体与固体壁面可实现分子量级的粘附作用。通过分子内聚力使粘附在固体壁面上的流体质点与固体壁面一起运动。•壁面不滑移假设已获得大量实验证实3、牛顿内摩擦定律流体在运动时，如果相邻两层流体的速度不同，则在它们的界面上产生切应力，运动快的流层对运动慢的流层施以拖力，而运动慢的流层则对运动快的流层施以阻力，这对力称为流体之间的内摩擦力，或粘性切应力。1687年，牛顿平板实验装置，下板固定，上板可动，且平板面积有足够大，可以忽略边缘对流体的影响。h为两平板间的距离，A为平板面积。若对上板施加力F，并

8、使上板以速度U保持匀速直线运动，则内摩擦力T=F。通