流體力學(xué) 第一章 流體力學(xué)緒論

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1、第一章緒論§1-１流體力學(xué)及其任務(wù)1、流體力學(xué)的任務(wù)：研究流體的宏觀平衡、宏觀機(jī)械運(yùn)動(dòng)規(guī)律及其在工程實(shí)際中的應(yīng)用的一門學(xué)科。研究對(duì)象:流體,包括液體和氣體。2、流體力學(xué)定義：研究流體平衡和運(yùn)動(dòng)的力學(xué)規(guī)律、流體與固體之間的相互作用及其在工程技術(shù)中的應(yīng)用。3、研究對(duì)象：流體（包括氣體和液體）。4、特性：?流動(dòng)(flow)性，流體在一個(gè)微小的剪切力作用下能夠連續(xù)不斷地變形，只有在外力停止作用后，變形才能停止。?液體具有自由(freesurface)表面，不能承受拉力承受剪切力（shearstress）。?氣體不能承受拉力，靜止時(shí)不能承受剪切力，具有明顯的壓縮性,不具有一定的體積，可充滿整

2、個(gè)容器。流體作為物質(zhì)的一種基本形態(tài)，必須遵循自然界一切物質(zhì)運(yùn)動(dòng)的普遍，如牛頓的力學(xué)定律、質(zhì)量守恒定律和能量守恒定律等。5、易流動(dòng)性：處于靜止?fàn)顟B(tài)的流體不能承受剪切力，即使在很小的剪切力的作用下也將發(fā)生連續(xù)不斷的變形，直到剪切力消失為止。這也是它便于用管道進(jìn)行輸送，適宜于做供熱、制冷等工作介質(zhì)的主要原因。流體也不能承受拉力，它只能承受壓力。利用蒸汽壓力推動(dòng)氣輪機(jī)來(lái)發(fā)電，利用液壓、氣壓傳動(dòng)各種機(jī)械等，都是流體抗壓能力和易流動(dòng)性的應(yīng)用。沒(méi)有固定的形狀，取決于約束邊界形狀，不同的邊界必將產(chǎn)生不同的流動(dòng)。6、流體的連續(xù)介質(zhì)模型流體微團(tuán)——是使流體具有宏觀特性的允許的最小體積。這樣的微團(tuán)，稱為

3、流體質(zhì)點(diǎn)。流體微團(tuán)：宏觀上足夠大，微觀上足夠小。流體的連續(xù)介質(zhì)模型為：流體是由連續(xù)分布的流體質(zhì)點(diǎn)所組成，每一空間點(diǎn)都被確定的流體質(zhì)點(diǎn)所占據(jù)，其中沒(méi)有間隙，流體的任一物理量可以表達(dá)成空間坐標(biāo)及時(shí)間的連續(xù)函數(shù)，而且是單值連續(xù)可微函數(shù)。7流體力學(xué)應(yīng)用：航空、造船、機(jī)械、冶金、建筑、水利、化工、石油輸送、環(huán)境保護(hù)、交通運(yùn)輸?shù)鹊纫捕加龅讲簧倭黧w力學(xué)問(wèn)題。例如，結(jié)構(gòu)工程：鋼結(jié)構(gòu)，鋼混結(jié)構(gòu)等。船舶結(jié)構(gòu)；梁結(jié)構(gòu)等要考慮風(fēng)致振動(dòng)以及水動(dòng)力問(wèn)題；海洋工程如石油鉆井平臺(tái)防波堤受到的外力除了風(fēng)的作用力還有波浪、潮夕的作用力等，高層建筑的設(shè)計(jì)要考慮抗風(fēng)能力；船閘的設(shè)計(jì)直接與水動(dòng)力有關(guān)等等。二、流體力學(xué)發(fā)展簡(jiǎn)

4、史?公元前20世紀(jì)流體力學(xué)開(kāi)端?18世紀(jì)是流體力學(xué)的創(chuàng)建階段。?19世紀(jì)是流體動(dòng)力學(xué)的基礎(chǔ)理論全面發(fā)展階段，形成了兩個(gè)重要分支：粘性流體動(dòng)力學(xué)和空氣-氣體動(dòng)力學(xué)。?20世紀(jì)創(chuàng)建了空氣動(dòng)力學(xué)完整的科學(xué)體系，并取得了蓬勃的發(fā)展。?19世紀(jì)后半葉的工業(yè)革命，蒸汽機(jī)的出現(xiàn)和工業(yè)葉輪機(jī)的產(chǎn)生，使人們萌發(fā)了建造飛機(jī)的想法?1906年，儒可夫斯基（Joukowski）發(fā)表了著名的升力公式，奠定了二維機(jī)翼理論的基礎(chǔ)，并提出以他的名字命名的翼型。?與無(wú)粘流體動(dòng)力學(xué)發(fā)展的同時(shí)，粘性流體力學(xué)也得到了迅猛的發(fā)展。普朗特與1904年首先提出劃時(shí)代的附面層理論，從而使流體流動(dòng)的無(wú)粘流動(dòng)和粘性流動(dòng)科學(xué)地協(xié)調(diào)起來(lái)

5、，在數(shù)學(xué)和工程之間架起了橋梁。?1946年出現(xiàn)了第一臺(tái)計(jì)算機(jī)以后，研究流體力學(xué)-空氣動(dòng)力學(xué)的數(shù)值計(jì)算方法蓬勃發(fā)展起來(lái)，形成了計(jì)算流體-空氣動(dòng)力學(xué)這門嶄新的學(xué)科，并推進(jìn)到一個(gè)新的階段。?§1-2作用在流體上的力?1、質(zhì)量力?質(zhì)量力（）：質(zhì)量↑，↑——長(zhǎng)程力。質(zhì)量力包括重力和慣性力。在流體力學(xué)中，常用單位質(zhì)量力來(lái)衡量質(zhì)量力的大小。、、分別代表單位質(zhì)量力在直角坐標(biāo)軸、、方向的分量，則　　　　　（1.4.1）　單位與加速度的單位相同，均是m/s。?2、表面力?表面力——近程力。?表面切向力（為摩擦力）：→切應(yīng)力或摩擦應(yīng)力?表面法向力（壓力）。；→壓應(yīng)力簡(jiǎn)稱為壓強(qiáng)。?2由流體粘性所引起的內(nèi)摩

6、擦力是表面切向力，平衡流體或理想流體，不存在表面切向力，只有表面法向力。?本次課小結(jié)：1、工程流體力學(xué)研究的是實(shí)際流體；?2、研究方法是將實(shí)際流體假想為理想流體；?3、符合牛頓內(nèi)摩擦定律；?4、各物理性質(zhì)及之間的換算關(guān)系?！?-3流體的主要物理性質(zhì)一、教學(xué)目的與任務(wù)1、本章的學(xué)習(xí)目的1）使學(xué)生明確流體力學(xué)這門課的性質(zhì)、任務(wù)及研究對(duì)象。2）使學(xué)生掌握流體的主要物理性質(zhì)。3）初步建立起有關(guān)流體的基本概念。1、學(xué)生學(xué)完本章能夠1）掌握流體的慣性、黏性、壓縮性、膨脹性等主要物理性質(zhì)。2）理解流體微團(tuán)及質(zhì)點(diǎn)的概念、連續(xù)介質(zhì)模型及建立的條件。3）了解作用在流體上的力（質(zhì)量力和表面力）。二、重點(diǎn)

7、、難點(diǎn)1、重點(diǎn)黏性、牛頓內(nèi)摩擦定律、質(zhì)量力、表面力、連續(xù)介質(zhì)概念。2、難點(diǎn)牛頓內(nèi)摩擦定律具體應(yīng)用三、教學(xué)方法本章內(nèi)容是學(xué)生學(xué)習(xí)流體力學(xué)這門課的基礎(chǔ)，是流體力學(xué)的“門檻”。因此，必須聯(lián)系生產(chǎn)及生活實(shí)際，使學(xué)生首先在思想上明確認(rèn)識(shí)，對(duì)這門課產(chǎn)生興趣，使學(xué)生認(rèn)識(shí)到流體力學(xué)理論在生產(chǎn)和生活實(shí)際中的應(yīng)用是無(wú)所不在的。第2次課年月日章題目第1章緒論方式課堂模塊預(yù)備知識(shí)模塊方法重點(diǎn)內(nèi)容學(xué)習(xí)法單元緒論手段多媒體基本要求掌握流體的主要物理性質(zhì)，弄清流體質(zhì)點(diǎn)的概念，理解連續(xù)介質(zhì)模型，知道