水力學(xué)-第一章-論緒

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1、教材：工程流體力學(xué)_聞德遜主編第一章緒論第二章流體靜力學(xué)第三章流體運(yùn)動(dòng)學(xué)第四章理想流體動(dòng)力學(xué)和平面勢(shì)流第五章實(shí)際流體動(dòng)力學(xué)第六章量綱分析和相似理論第七章流動(dòng)阻力和能量損失第八章邊界層理論基礎(chǔ)和繞流運(yùn)動(dòng)教材內(nèi)容上冊(cè)內(nèi)容教材：工程流體力學(xué)_聞德遜主編第九章有壓管流第十章明渠流第十一章孔口、管嘴、閘孔出流及堰流第十二章滲流第十三章射流和流體擴(kuò)散理論基礎(chǔ)第十四章可壓縮流體的流動(dòng)教材內(nèi)容下冊(cè)內(nèi)容水泵與水泵站第一章緒論§1—1工程流體力學(xué)的任務(wù)及其發(fā)展簡(jiǎn)史§1—2連續(xù)介質(zhì)假設(shè)·流體的主要物理性質(zhì)§1—3作用在流體上的力§1—4工程流體力學(xué)的研究方法第一章緒論§1—1工程流體力學(xué)的任

2、務(wù)及其發(fā)展簡(jiǎn)史一、流體力學(xué)(fluidmechanics)的定義和任務(wù)§1—1工程流體力學(xué)的任務(wù)及其發(fā)展簡(jiǎn)史研究對(duì)象研究?jī)?nèi)容研究目的牛頓力學(xué)定律質(zhì)量守恒定律能量守恒定律動(dòng)量守恒定律環(huán)境市政、給水排水、土木建筑、交通運(yùn)輸、化工機(jī)械、能源資源、水利氣象研究對(duì)象為水流，且又側(cè)重于應(yīng)用的，稱為水力學(xué)(hydraulics)。流體力學(xué)是力學(xué)的一個(gè)分支，是研究流體運(yùn)動(dòng)規(guī)律及其應(yīng)用的一門學(xué)科。液體氣體二、流體力學(xué)發(fā)展簡(jiǎn)史1、古代水力學(xué)中國(guó)的大運(yùn)河、都江堰、鄭國(guó)渠和靈渠。古羅馬供水管道系統(tǒng)等。公元1360年，元代歐陽(yáng)玄著《至正河防記》一書，成為世界第一部水利工程書籍；公元前250年，希

3、臘阿基米德(Archimedes，公元前287-前212)《論浮體》，提出了浮體原理，是第一篇闡述流體運(yùn)動(dòng)的文獻(xiàn)。§1—1工程流體力學(xué)的任務(wù)及其發(fā)展簡(jiǎn)史2、古典流體力學(xué)瑞士歐拉(LeonhardEuler，1707—1783)提出了連續(xù)介質(zhì)假設(shè)；流體運(yùn)動(dòng)的描述方法——?dú)W拉法和理想(無(wú)粘性)流體運(yùn)動(dòng)方程，應(yīng)用微積分的數(shù)學(xué)分析方法來(lái)研究流體力學(xué)的問(wèn)題，奠定了古典流體力學(xué)的基礎(chǔ)，并研究理想流體無(wú)旋流動(dòng)，提出了速度勢(shì)概念。法國(guó)拉格朗日(JosephLouisLagrange，1736—1813)表述了另一描述流體運(yùn)動(dòng)的方法——拉格朗日法；引進(jìn)流函數(shù)的概念，獲得理想流體無(wú)旋流動(dòng)所

4、應(yīng)滿足的動(dòng)力學(xué)條件，提出求解這類流體運(yùn)動(dòng)的方法，進(jìn)一步完善了理想流體無(wú)旋流動(dòng)的基本理論。法國(guó)工程師納維(LouisMarieHenriNavier，1785—1836)和英國(guó)斯托克斯(GeorgeGabrielStokes,1819—1903)建立了不可壓縮實(shí)際(粘性)流體的運(yùn)動(dòng)方程——納維-斯托克斯方程，提供了研究實(shí)際流體運(yùn)動(dòng)的基礎(chǔ)。傅里葉(FourierJB)和裴克(FickAE)與牛頓切應(yīng)力公式相對(duì)應(yīng)，分別提出了傅里葉熱傳導(dǎo)公式和裴克(第一)擴(kuò)散定律，為研究流體的傳熱、傳質(zhì)問(wèn)題提供了基礎(chǔ)。意大利達(dá)·芬奇(LeonardedaVinci,1452-1519)《論水的

5、流動(dòng)和水的測(cè)量》。法國(guó)帕斯卡(BlaisePascal，1623-1662)通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量，提出了流體靜力學(xué)的基本關(guān)系式，建立了流體中壓強(qiáng)傳遞的帕斯卡定律。英國(guó)牛頓(IsaacNewton，1642-1727)提出了著名的牛頓三大運(yùn)動(dòng)定律，提出粘性流體切應(yīng)力(剪應(yīng)力)公式。瑞士伯努利(Danielbernoulli，1700—1782)將牛頓力學(xué)和流體物性、壓強(qiáng)概念相結(jié)合，提出了有名的恒定不可壓縮理想流體運(yùn)動(dòng)的能量方程——伯努利方程?！?—1工程流體力學(xué)的任務(wù)及其發(fā)展簡(jiǎn)史3、現(xiàn)代流體力學(xué)德國(guó)尼古拉茲(JohannNikuradse)對(duì)采用人工粗糙的管道進(jìn)行了系統(tǒng)的測(cè)定工作

6、，為補(bǔ)充邊界層理論、推導(dǎo)湍流的半經(jīng)驗(yàn)公式提供了可靠的依據(jù)。1946年電子計(jì)算機(jī)出現(xiàn)，以計(jì)算機(jī)為工具的數(shù)值計(jì)算方法得到迅速發(fā)展，它繼理論分析和實(shí)驗(yàn)方法之后，成為工程流體力學(xué)的第三種研究方法。英國(guó)雷諾(OsborneReynolds,1842—1912)首先闡明了相似原理，促進(jìn)了理論和實(shí)驗(yàn)的結(jié)合。1883年，他在圓管中進(jìn)行了一系列的流體流動(dòng)實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)流體流動(dòng)有兩種形態(tài)，即層流和湍流(紊流)，及其判別準(zhǔn)則——特征數(shù)。英國(guó)瑞利(LordJohnWilliamRayleigh，1842—1919)首先提出了用量綱分析法求流動(dòng)相似準(zhǔn)則，這是用理論分析和實(shí)驗(yàn)研究相結(jié)合，來(lái)解決工程流體

7、力學(xué)問(wèn)題的重要方法，在實(shí)驗(yàn)研究中有著重要的意義和作用。匈牙利卡門(TheodoreVonKármán，1881—1963)用動(dòng)量方程導(dǎo)出邊界層的動(dòng)量積分方程，解決壁面邊界層的計(jì)算問(wèn)題?！?—1工程流體力學(xué)的任務(wù)及其發(fā)展簡(jiǎn)史§1—2連續(xù)介質(zhì)假設(shè)·流體的主要物理性質(zhì)§1—2連續(xù)介質(zhì)假設(shè)·流體的主要物理性質(zhì)1-2-1連續(xù)介質(zhì)假設(shè)一、流體微觀特點(diǎn)流體(fluid)由許多不連續(xù)(continue)的、相隔一定距離的分子(molecule)所組成，而分子則由更小的原子所組成；所有物體的分子和原子都處在永不停息的不規(guī)則運(yùn)動(dòng)之中，相互間經(jīng)常碰撞、摻和，進(jìn)