流體力學(xué)課件丁祖榮孔瓏.ppt

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1、工程流體力學(xué)李寶寬流體流動現(xiàn)象自然界固有的流動現(xiàn)象自然的流動現(xiàn)象黃河壺口濟(jì)南趵突泉波滑人類的利用緒論人類：海洋里50億年，空氣：700萬年。流體運(yùn)動與流體力學(xué)三個問題（1）高爾夫球，飛得遠(yuǎn)應(yīng)表面光滑還是粗慥？40-200米（2）汽車，阻力來自前部還是后部？Cd=1-0.2,未來型，0.137。（3）機(jī)翼：升力來自下部還是上部？數(shù)百噸飛機(jī)，數(shù)萬噸巨輪：機(jī)理不一樣流體力學(xué)：研究流體運(yùn)動規(guī)律，流體之間、流固之間相互作用、流動過程中動量、質(zhì)量和能量的傳輸?shù)?。流體力學(xué)與科學(xué)紀(jì)元前：大禹治水、古羅馬城市供水系統(tǒng)、阿基米

2、德浮力定律18世紀(jì)：理想流體力學(xué)：L.Euler,D.Bernoulli,J.D’Alembert,J.Lagrange,P.Laplace實(shí)驗(yàn)流體力學(xué)：G.Hagen,J.Poiseuille,A.Chezy19世紀(jì)：模型實(shí)驗(yàn)法則：W.Froude量綱分析法：L.Reyleigh兩種流態(tài)：O.Reynolds粘性流體的運(yùn)動方程：C.Navier,C.stokes現(xiàn)代流體力學(xué)：以普朗特（L.Prandtl）邊界層理論為標(biāo)志。V.Karman,C.Taylor,D.B.Spalding中國：周培源，錢學(xué)森漢靈

3、帝流體力學(xué)方法推動其他學(xué)科領(lǐng)域的發(fā)展流體力學(xué)邊界層理論導(dǎo)致應(yīng)用數(shù)學(xué)中漸進(jìn)展開匹配法的形成1904年，邊界層理論流體力學(xué)孤立波理論成為新學(xué)科光通信的基石1844年，J.Russell:孤立波，20世紀(jì)60年代，光通信從流體力學(xué)勞倫茲方程發(fā)現(xiàn)混沌1995年，E.Lorenz,求解大氣對流，相同輸入數(shù)據(jù)，第四位小數(shù)四舍五入輸出結(jié)果無法預(yù)測?；煦缋碚撌乾F(xiàn)代非線性科學(xué)基礎(chǔ)，解釋生命和社會現(xiàn)象。流體力學(xué)與工程技術(shù)：三分之二以上自然與工程涉及流體流動。冶金流體力學(xué)研究水平最能體現(xiàn)國家的綜合實(shí)力ElectricArcFur

4、naceContinuousCastingArgonOxygenDecarburizationRHDegassingMagnet鋼精煉與連鑄工藝流程專業(yè)應(yīng)用例轉(zhuǎn)爐氧槍鋼包精煉軋鋼加熱爐流體力學(xué)研究方方法：理論分析實(shí)驗(yàn)分析數(shù)值計算上述方法的結(jié)合單位制：用于定量地表示物理量B的參考量B（i），類別與相應(yīng)的物理量相同，大小人為規(guī)定。物理量的大小由相應(yīng)的單位表示：B=k(i)B(i)k(i)為數(shù)值，單位與物理量之間僅存在數(shù)量的差別。流體力學(xué)問題中四個基本量：質(zhì)量，長度，時間和溫度。輔助單位：平面角：弧度導(dǎo)出單位：力

5、，壓強(qiáng)，密度，黏度，能量，功率。流體及其物理性質(zhì)物質(zhì)三態(tài)：固體、液體和氣體。前者不易變形，后兩者易變形。高溫和高壓時還有等離子態(tài)和超固態(tài)。氣體在溫度和壓力影響下體積變化大，液體則變化小，且有自由表面。物態(tài)差別取決于內(nèi)部分子結(jié)構(gòu)、分子熱運(yùn)動和分子之間的相互作用力。分子之間距離較近10-9m：吸引力，分子之間距離非常近：排斥力平衡距離：10-10m,阿夫加德羅常數(shù)：1mol物質(zhì)包含6.0221367×10-23分子。分子之間平均距離為分子線尺度的10倍。3.3×10-7cm.氣體液體和固體三態(tài)可以互相轉(zhuǎn)化。主要

6、是因溫度和壓力的變化導(dǎo)致。流體力學(xué)將氣體和液體的宏觀力學(xué)行為用連續(xù)介質(zhì)模型描述。連續(xù)介質(zhì)假定：物質(zhì)結(jié)構(gòu)：流體由分子組成，分子之間有空隙。流體力學(xué)研究宏觀運(yùn)動而非分子本身。連續(xù)介質(zhì)模型認(rèn)為物質(zhì)連續(xù)無間隙分布于物質(zhì)所占有的整個空間，流體宏觀物理量是空間及時間的連續(xù)函數(shù)。連續(xù)介質(zhì)模型方法不針對單個粒子，而考慮大量粒子的平均運(yùn)動和統(tǒng)計特性，速度、密度和溫度等。涉及到平均尺度問題。某一單元體內(nèi)密度值隨單元尺度的變化，如圖其中：l分子間平均距離，(氣體10-7cm,液體10-8cm)流體宏觀物理量統(tǒng)計平均的尺度l

7、L流體質(zhì)點(diǎn)：微觀上充分大，宏觀上充分小。質(zhì)點(diǎn)具有的物理量充分均勻的，它是大量粒子的統(tǒng)計平均值。1）無線尺度，平移、無變形。2）不做熱運(yùn)動。3）質(zhì)點(diǎn)中心統(tǒng)計平均值為質(zhì)點(diǎn)的物理量。連續(xù)介質(zhì)是由這些連續(xù)分布的質(zhì)點(diǎn)組成。流體的密度、比重和比容是流體的最基本物理量，流體密度是流體中某空間點(diǎn)上單位體積的平均質(zhì)量，流體的比重是該流體的重量與同體積水在4攝氏度時的重量之比。流體的可壓縮性和熱膨脹性在外力作用下，流體體積或密度可以改變的性質(zhì)，稱之為流體的可壓縮性；在溫度改變時，流體體積或密度可以改變的性質(zhì)，稱之為流體的熱膨脹

8、性。這部分在工程熱力學(xué)和傳熱學(xué)中將詳細(xì)介紹。流體的輸運(yùn)性質(zhì)流體由非平衡態(tài)轉(zhuǎn)向平衡態(tài)時物理量的傳遞性質(zhì)，統(tǒng)稱為流體的輸運(yùn)性質(zhì)。流體的輸運(yùn)，包括動量輸運(yùn)、能量輸運(yùn)和質(zhì)量輸運(yùn)。動量輸運(yùn)----------------〉粘滯現(xiàn)象1687年，牛頓平行平板實(shí)驗(yàn)：或?qū)懗晌⒎中问椒Q為牛頓切應(yīng)力公式。μ的單位Pa.s或1N.s/m2,亦即1kg/(m.s).運(yùn)動黏度：的單位m2/s.牛頓流體：符合牛頓切應(yīng)力公式的流體，空氣、水等。