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《流體力學(xué)_PPT備課教案_丁祖榮老師.pdf》由會(huì)員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在工程資料-天天文庫(kù)。
1、基礎(chǔ)篇B1.流體及物理性質(zhì)B2.流動(dòng)分析基礎(chǔ)B3.微分形式的基本方程B4.積分形式的基本方程B5.量綱分析與相似原理?本篇的首要目的是從力學(xué)的角度建立對(duì)流體的認(rèn)識(shí)，包括流體的:?輸運(yùn)特性（如粘性等）?運(yùn)動(dòng)學(xué)特性（如平移、旋轉(zhuǎn)和變形規(guī)律等）?熱力學(xué)特性（如密度、可壓縮性、狀態(tài)方程等)?其他特性（如流態(tài)等）?第二個(gè)目的是從物理學(xué)基本定律出發(fā)建立流體運(yùn)動(dòng)和力（能量）的定量關(guān)系，這些物理定律包括：?質(zhì)量守恒定律?動(dòng)量守恒定律?能量守恒定律等分析運(yùn)動(dòng)與力(能量)的定量關(guān)系的方法有：?理論分析法?實(shí)驗(yàn)方法?數(shù)值方法（不是
2、本教程的重點(diǎn)）流體、運(yùn)動(dòng)和力（能量）是構(gòu)成流體力學(xué)的三個(gè)基本要素，本篇將圍繞這三個(gè)要素從定性和定量?jī)蓚€(gè)方面介紹流體力學(xué)的基本概念、基本定理和基本方法。B1.流體及其物理性質(zhì)B1.1.1流體的微觀和宏觀特性?流體分子微觀運(yùn)動(dòng)自身熱運(yùn)動(dòng)?流體團(tuán)宏觀運(yùn)動(dòng)外力引起統(tǒng)計(jì)平均值圖B1.1.1流體團(tuán)分子速度的統(tǒng)計(jì)平均值曲線B1.流體及其物理性質(zhì)B1.1.2流體質(zhì)點(diǎn)概念?為了符合數(shù)學(xué)分析的需要，引入流體質(zhì)點(diǎn)模型(1)流體質(zhì)點(diǎn)無線尺度，無熱運(yùn)動(dòng)，只在外力作用下作宏觀平移運(yùn)動(dòng);(2)將周圍臨界體積范圍內(nèi)的分子平均特性賦于質(zhì)點(diǎn)。?
3、為了描述流體微團(tuán)的旋轉(zhuǎn)和變形引入流體質(zhì)元（流體元）模型：(1)流體元由大量流體質(zhì)點(diǎn)構(gòu)成的微小單元（δx，δy，δz）；(2)由流體質(zhì)點(diǎn)相對(duì)運(yùn)動(dòng)形成流體元的旋轉(zhuǎn)和變形運(yùn)動(dòng)。B1.流體及其物理性質(zhì)B1.1.3連續(xù)介質(zhì)假設(shè)?連續(xù)介質(zhì)假設(shè)：假設(shè)流體是由連續(xù)分布的流體質(zhì)點(diǎn)組成的介質(zhì)。(1)可用連續(xù)性函數(shù)B(x,y,z,t)描述流體質(zhì)點(diǎn)物理量的空間分布和時(shí)間變化；(2)由物理學(xué)基本定律建立流體運(yùn)動(dòng)微分或積分方程，并用連續(xù)函數(shù)理論求解方程。?連續(xù)介質(zhì)假設(shè)模型是對(duì)物質(zhì)分子結(jié)構(gòu)的宏觀數(shù)學(xué)抽象，就象幾何學(xué)是自然圖形的抽象一樣。?
4、除了稀薄氣體與激波的絕大多數(shù)工程問題，均可用連續(xù)介質(zhì)模型作理論分析。B1.流體及其物理性質(zhì)B1.2流體的易變形性?流體與固體在宏觀力學(xué)行為方面的主要差異是流體具有易變形性。?流體的力學(xué)定義是：流體不能抵抗任何剪切力作用下的剪切變形趨勢(shì)。?流體的易變形性表現(xiàn)在：▲在剪切力持續(xù)作用下，流體能產(chǎn)生無限大的變形；▲在剪切力停止作用時(shí)，流體不作任何恢復(fù)變形；▲在流體內(nèi)部壓強(qiáng)可向任何方向傳遞；▲任意攪拌的均質(zhì)流體，不影響其宏觀物理性質(zhì)；▲粘性流體在固體壁面滿足不滑移條件；▲在一定條件下流體內(nèi)部可形成超乎想象的復(fù)雜結(jié)構(gòu)；B
5、1.流體及其物理性質(zhì)B1.3流體的粘性B1.3.1流體粘性的表現(xiàn)1.流體內(nèi)摩擦概念牛頓在《自然哲學(xué)的數(shù)學(xué)原理》(1687)中指出：相鄰兩層流體作相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)存在內(nèi)摩擦作用,稱為粘性力。?庫(kù)侖實(shí)驗(yàn)(1784)庫(kù)侖用液體內(nèi)懸吊圓盤擺動(dòng)實(shí)驗(yàn)證實(shí)流體存在內(nèi)摩擦。?流體粘性形成原因:(1)兩層液體之間的粘性力主要由分子內(nèi)聚力形成(2)兩層氣體之間的粘性力主要由分子動(dòng)量交換形成B1.流體及其物理性質(zhì)B1.3.1流體的粘性(續(xù)）2.壁面不滑移假設(shè)由于流體的易變形性，流體與固壁可實(shí)現(xiàn)分子量級(jí)的粘附作用。通過分子內(nèi)聚力使粘附在固
6、壁上的流體質(zhì)點(diǎn)與固壁一起運(yùn)動(dòng)。?庫(kù)侖實(shí)驗(yàn)間接地驗(yàn)證了壁面不滑移假設(shè)；?壁面不滑移假設(shè)已獲得大量實(shí)驗(yàn)證實(shí)，被稱為壁面不滑移條件。B1.流體及其物理性質(zhì)B1.3.2牛頓粘性定律牛頓在《自然哲學(xué)的數(shù)學(xué)原理》中假設(shè)：“流體兩部分由于缺乏潤(rùn)滑而引起的阻力，同這兩部分彼此分開的速度成正比”。即在圖中，粘性切應(yīng)力為duτ=μ=μγ&dy上式稱為牛頓粘性定律，它表明：⑴粘性切應(yīng)力與速度梯度成正比；⑵粘性切應(yīng)力與角變形速率成正比；⑶比例系數(shù)稱動(dòng)力粘度，簡(jiǎn)稱粘度。?牛頓粘性定律已獲得大量實(shí)驗(yàn)證實(shí)。?與固體的虎克定律作對(duì)比：τ=G
7、r&B1.流體及其物理性質(zhì)B1.3.3粘度1.動(dòng)力粘度τμ=γ&粘度的單位是Pa?s(帕秒）或kg/m?s?溫度對(duì)流體粘度的影響很大常溫常壓下，水和空氣的粘度系數(shù)分別為=1×10?3Pa?s=.001p水：μ=8.1×10?5pa?s=.000018p空氣：μμ＝554.μ水空氣B1.流體及其物理性質(zhì)B1.3.3粘度2.運(yùn)動(dòng)粘度μν=ρ運(yùn)動(dòng)粘度的單位是2ms/常溫常壓下，水和空氣的粘度系數(shù)分別為水：=1×10?6m2/s=.001cm2/sν空氣：=15×10?5m2/s=.015cm2/sνν＝/115ν水
8、空氣B1.流體及其物理性質(zhì)B1.4流體的其他物理性質(zhì)B1.4.1流體的可壓縮性1、流體的密度δmdmρ()x,y,z,t=lim=Δτ→0δτdτ常溫下取3ρ=1000kg/m水3ρ=1.2kg/m空氣流體的可壓縮性：在外力作用下流體密度（體積）發(fā)生改變的的性質(zhì)。描述流體可壓縮性的物理量，除密度外還有dp（1）體積模量K=?常溫下，c＝1480m/sdτ/τ水（2）聲速c=K/ρc＝340m/s空氣
