流体力学2课件.ppt

绪 论 流体力学是研究流体的运动和平衡规律及流体和固体之间相互作用的一门科学。 研究内容 （1）研究流体中速度和压力分布以及变化的规律； （2）研究流体对物体的作用力和力矩； 流体运动学---只研究流体的运动，不涉及力的问题； 流体动力学---研究力和运动之间的关系，特别是压力和速度之间的关系； 流体静力学（流体动力学的特例）---研究流体平衡时压力的分布规律； 绪论 分类 （1）根据研究方法分类： 理论流体力学 张量流体力学（解决空间流场流动问题） 实验流体力学（经验公式） 计算流体力学（数值分析，解流体运动微分方程组） 工程流体力学（偏重理论分析，加入实验分析，主要解决管流和绕流问题） （2）根据流体种类分类： 多相流体力学：流动问题（不同相的物质之间的流动问题） 粘性流体力学 绪论 工程应用 (1)内燃机、燃气轮机、喷气发动机等流体能量作为 原动力的动力机械； (2) 机床等应用液压传动、液力传动的转动机械； (3) 水泵、油泵、风扇等的流体作为对象的工作机械； (4) 热力设备中流体管道、管网设计； (5) 航天、航海、水利、生物医学等领域； 讲述章节 第一章 流体及其主要物理性质 第二章 流体静力学 第三章 流体运动学基础 第四章 流体动力学基础 第六章 理想不可压缩流体的定常流动 绪论 第七章 流道内的粘性流动 第八章 粘性不可压缩流体绕物体的流动 第一章 流体及其主要物理性质 主要内容： 流体的定义和特征 研究流体的基本模型 流体有别于固体的特殊性质---粘性、可压缩性 液体与固体交界面处的表面张力 作用于流体上的力---质量力、表面力 1.1 流体的定义和特征 定义 从力学角度讲，流体是一种受任何微小剪切力的作用时都能连续变形的物质。 简言之:流体是能流动的物质。 通俗:不能象固体那样保持一定形状的物质称为流体。 宏观现象： 固体有一定的体积和形状； 液体有一定的体积和无一定的形状； 气体既无一定的体积又无一定的形状； 为什么具有和固体不同的宏观表象？ 在于它的分子结构与固体不同！ 1.1 流体的定义和特征 气.液.固分子结构共性： (1)由大量分子组成； (2)分子不断地作随机热运动； (3)分子之间存在着分子作用力； 气.液.固分子结构异性： (1)同样体积内的分子数目：气体液体固体； (2)气体分子之间有较大的平均自由程，流体则较小，而固体分子只能围绕自身位置作微小振动。 1.2流体的连续介质模型 1.问题的提出 流体是由大量分子组成，分子之间有间隙，不连续，而流体力学研究流体流动中的宏观特性，感兴趣的是流体速度、压强、密度、温度等宏观物理量，如何将两者统一起来呢？ 2.“流体质点”概念的引入 流体微观上大量分子间有距离，且分子运动杂乱无章，导致物理参数的间断性。 1.2流体的连续介质模型 将微元特征体积 中所有分子集体称为流体质点，作为研究流体的最小单位。 流体质点的特征： a) 流体质点的物理面貌由分子统计平均值来决定； 压强是大量分子对所研究壁面撞击力的统计平均值，温度是大量分子热运动的统计平均值，密度是大量分子质量的统计平均值，等等。 b) 微观上无穷大，包含足够多的分子数，使物理量的分子统计平均值有意义；宏观上足够小，与所研究对象的尺度相比，可视为无穷小，视为几何上的“点”，符合连续性的假设； 例如，在标准状况下，1atm，25°C，1mm3中含有2.7×1016分子，如果取特征体积ΔV*= 10-9mm3，仍含有2.7×107个分子。 1.2流体的连续介质模型 c)一个质点的状态变化将引起相邻其它质点的状态变化，流场转化成连续的流场; d)不适应的场合： * 稀薄气体，高真空; * 超音速气流中出现冲波时，冲波前后的流体参数不连续; 注意：以后提到的“流体微团”，是由大量流体质点所组成的、体积微小的流体团。 1.3流体的密度 密度 混合气体的密度可按各组分气体所占体积百分数计算： 2.重度 注意：比重d是指某流体的重量与4oC时同体积水的重量的比值，它也等于流体的密度或重度与4oC时水的密度或重度的比值： 1.4流体的压缩性和膨胀性 1.可压缩性 指流