流体力学_PPT备课教案_丁祖荣老师.pdf

《流体力学_PPT备课教案_丁祖荣老师.pdf》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在工程资料-天天文库。

1、基础篇B1.流体及物理性质B2.流动分析基础B3.微分形式的基本方程B4.积分形式的基本方程B5.量纲分析与相似原理•本篇的首要目的是从力学的角度建立对流体的认识，包括流体的:•输运特性（如粘性等）•运动学特性（如平移、旋转和变形规律等）•热力学特性（如密度、可压缩性、状态方程等)•其他特性（如流态等）•第二个目的是从物理学基本定律出发建立流体运动和力（能量）的定量关系，这些物理定律包括：•质量守恒定律•动量守恒定律•能量守恒定律等分析运动与力(能量)的定量关系的方法有：•理论分析法•实验方法•数值方法（不是

2、本教程的重点）流体、运动和力（能量）是构成流体力学的三个基本要素，本篇将围绕这三个要素从定性和定量两个方面介绍流体力学的基本概念、基本定理和基本方法。B1.流体及其物理性质B1.1.1流体的微观和宏观特性•流体分子微观运动自身热运动•流体团宏观运动外力引起统计平均值图B1.1.1流体团分子速度的统计平均值曲线B1.流体及其物理性质B1.1.2流体质点概念•为了符合数学分析的需要，引入流体质点模型(1)流体质点无线尺度，无热运动，只在外力作用下作宏观平移运动;(2)将周围临界体积范围内的分子平均特性赋于质点。•

3、为了描述流体微团的旋转和变形引入流体质元（流体元）模型：(1)流体元由大量流体质点构成的微小单元（δx，δy，δz）；(2)由流体质点相对运动形成流体元的旋转和变形运动。B1.流体及其物理性质B1.1.3连续介质假设•连续介质假设：假设流体是由连续分布的流体质点组成的介质。(1)可用连续性函数B(x,y,z,t)描述流体质点物理量的空间分布和时间变化；(2)由物理学基本定律建立流体运动微分或积分方程，并用连续函数理论求解方程。•连续介质假设模型是对物质分子结构的宏观数学抽象，就象几何学是自然图形的抽象一样。•

4、除了稀薄气体与激波的绝大多数工程问题，均可用连续介质模型作理论分析。B1.流体及其物理性质B1.2流体的易变形性•流体与固体在宏观力学行为方面的主要差异是流体具有易变形性。•流体的力学定义是：流体不能抵抗任何剪切力作用下的剪切变形趋势。•流体的易变形性表现在：▲在剪切力持续作用下，流体能产生无限大的变形；▲在剪切力停止作用时，流体不作任何恢复变形；▲在流体内部压强可向任何方向传递；▲任意搅拌的均质流体，不影响其宏观物理性质；▲粘性流体在固体壁面满足不滑移条件；▲在一定条件下流体内部可形成超乎想象的复杂结构；B

5、1.流体及其物理性质B1.3流体的粘性B1.3.1流体粘性的表现1.流体内摩擦概念牛顿在《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。•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)两层气体之间的粘性力主要由分子动量交换形成B1.流体及其物理性质B1.3.1流体的粘性(续）2.壁面不滑移假设由于流体的易变形性，流体与固壁可实现分子量级的粘附作用。通过分子内聚力使粘附在固

6、壁上的流体质点与固壁一起运动。•库仑实验间接地验证了壁面不滑移假设；•壁面不滑移假设已获得大量实验证实，被称为壁面不滑移条件。B1.流体及其物理性质B1.3.2牛顿粘性定律牛顿在《自然哲学的数学原理》中假设：“流体两部分由于缺乏润滑而引起的阻力，同这两部分彼此分开的速度成正比”。即在图中，粘性切应力为duτ=μ=μγ&dy上式称为牛顿粘性定律，它表明：⑴粘性切应力与速度梯度成正比；⑵粘性切应力与角变形速率成正比；⑶比例系数称动力粘度，简称粘度。•牛顿粘性定律已获得大量实验证实。•与固体的虎克定律作对比：τ=G

7、r&B1.流体及其物理性质B1.3.3粘度1.动力粘度τμ=γ&粘度的单位是Pa•s(帕秒）或kg/m•s•温度对流体粘度的影响很大常温常压下，水和空气的粘度系数分别为=1×10−3Pa⋅s=.001p水：μ=8.1×10−5pa⋅s=.000018p空气：μμ＝554.μ水空气B1.流体及其物理性质B1.3.3粘度2.运动粘度μν=ρ运动粘度的单位是2ms/常温常压下，水和空气的粘度系数分别为水：=1×10−6m2/s=.001cm2/sν空气：=15×10−5m2/s=.015cm2/sνν＝/115ν水

8、空气B1.流体及其物理性质B1.4流体的其他物理性质B1.4.1流体的可压缩性1、流体的密度δmdmρ()x,y,z,t=lim=Δτ→0δτdτ常温下取3ρ=1000kg/m水3ρ=1.2kg/m空气流体的可压缩性：在外力作用下流体密度（体积）发生改变的的性质。描述流体可压缩性的物理量，除密度外还有dp（1）体积模量K=−常温下，c＝1480m/sdτ/τ水（2）声速c=K/ρc＝340m/s空气