流体力学（Flui Mechanics）.docVIP

流体力学（Fluid Mechanics） 绪论 ( Introduction ) Ⅰ 本章教学目标 了解流体力学基本概念和基本知识 Ⅱ 本章教学内容 1. 流体力学的研究对象与任务2. 流体的连续介质模型3. 作用在流体上的力：表面力和质量力4. 流体的主要物理性质：密度、重度、粘性、压缩性毛细现象5. 牛顿流体和非牛顿流体作用在流体上的力hydromechanics）是力学得一个分支。它是研究流体处于平衡状态和运动状态下的力学规律及其与固体相互作用的一门科学。 （1）流体力学的基本任务在于建立描述流体运动的基本方程．该课程主要采用理论分析与实验分析相结合的方法研究流体平衡和运动的规律，建立起流体中的作用力、运动速度和压力之间的关系，确定流体经各种通道及绕流不同物体时速度、压强的分布规律，探求能量转换和各种损失计算方法，并解决工程实践中流体与固体之间的相互作用的问题。 因此，流体力学的中心问题有两个： (1)研究流体中速度和压力的分布以及变化的规律； (2)研究流体对物体的作用力和力矩。 （2）流体力学的发展历史 流体力学的发展在时间上可以追溯到很久以前，尤其是我国的水利事业的历史十分悠久。四千年前的“大禹治水”，就已认识到治水必须顺水之性，应引导疏通；我国历史上的三大水利工程都江堰、郑国渠、灵渠，距今2210-2250多年，当时对明渠水流和堰流的认识都已经达到了相当高的水平，尤其是都江堰，为世界著名治水工程的历史典范，颂扬至今。 流体力学的理论发展主要是从牛顿时代开始的，1687年牛顿的名著《原理》讨论流体的阻力、波浪运动等内容，使流体力学开始变为力学中的一个独立分支。接着1783年瑞士数学家伯诺里在名著《流体动力学》中提出了伯诺里方程；1755年欧拉在名著《流体运动的一般原理》中提出理想流体概念，并建立了理想流体基本方程和连续方程，同时提出了速度势的概念；1781年拉格朗日首先引进了流函数的概念；1826年法国工程师Navier，1845年英国数学家、物理学家Stokes提出了著名的N-S方程；1876年雷诺发现了流体流动的两种流态：层流和紊流；1858年亥姆霍兹指出了理想流体中旋涡的许多基本性质及旋涡运动理论，并于1887年提出了流体绕流理论；十九世纪末，相似理论提出，使实验和理论分析紧密结合；1904年普朗特提出了边界层理论；二十世纪六十年代以后，计算问题得到了很大的发展，流体力学不断地得到了完善与提高。 （3）流体力学按其研究内容侧重方面的不同，分为理论流体力学( 通称流体力学 )和 应用流体力学 ( 通称工程流体力学)。 前者主要采用严密的数学推理方法，力求准确性和严密性；后者则仍重于解决工程实际中出现的问题，而不去追求数学上的严密性。 在理论研究方面，流体力学广泛采用物理学和理论力学的基本定律，以连续函数这一数学工具探讨流体的各种规律。由于流体在平衡和运动状态的许多现象相当复杂，难以得到精确解答。为使研究工作简化，还能得到较为可靠的近似解，所以通常情况下采用理想化的条件下进行研究，这也为应用数学分析方法提供了方便。同时，为弥补理论分析的不足，广泛使用各种实验方法取得测量结果，进行归纳找出经验或半经验性规律，以便在工程实践中加以利用。 （4）流体力学研究对象： 流体（包括液体和气体 Liquids and Gas） 流体的显著特征：易流动性. ( 板书 ) [解释原因：流体内分子间的内聚力比较微弱，所以不能抵抗拉伸力和剪切力的作用，只能抵抗对它的压缩力作用。因而，只要流体有运动和变形的可能性，甚至在自身重量的作用下流体都会发生变形或流动。但是，自然界中存在的流体都具有一定的粘性，因而其流动性也要受到自身具有的粘性约束，不会是无限制的流动。] 液体与气体的不同点和相同点： ⑴ 液体有一定的体积而无一定的形状，流体不易被压缩，在容器能够形成的自由表面，具有界面现象--------表面张力特性。 ⑵ 气体既无一定的体积又无一定的形状，能够充满任意给定的空间。易于被压缩，没有自由表面，无界面现象-------无表面张力特性。 ⑶ 二者相同点是：无一定的形状，均具有易流动性（流体的基本特性）除有固体的平动和转动外，更重要的是具有变形运动（包括线变形和剪切角变形运动）。 流体力学可分为：流体力学和气体力学，液体力学通常以水作为代表，故通称为：水力学( hydraulics )。 流体力学内容主要是论述液体，而不研究气体。但是，当气体的流速、压力不大，比容变化不多，压缩性的影响不计时（如：通风机中的气体流动），液体的各种规律对气体也是适用的。 2、 流体力学在工程技术上的地位与应用： 流体力学是许多工程技术领域的理论基础（板书） 空气、水、油等都属于流体。因此，流体是人类生活和生产中经常遇到的物