第一章流体力学

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1、 第一章 绪 论课程安排课程安排参考书参考书： 孔孔 珑珑流体力学流体力学高等教育出版社高等教育出版社 2003.92003.9 孔孔 珑珑流体力学流体力学高等教育出版社高等教育出版社 2003.9 2003.9 陈卓如陈卓如工程流体力学工程流体力学第二版第二版 高等教育出版社高等教育出版社 2004.1 2004.1 丁祖荣丁祖荣流体力学流体力学上册高等教育出版社上册高等教育出版社 2003.12 2003.12 丁祖荣丁祖荣流体力学流体力学上册高等教育出版社上册高等教育出版社 2003.122003.12学时数学时数： 3030（理论课）（理论课）4 4（实验课）（实验课）课程性质课程性质

2、：专业基础课：专业基础课 液体保持了固体具有一定体积、难以压缩的特点，却液体保持了固体具有一定体积、难以压缩的特点，却在分子运动性方面发生了巨大改变，分子在在分子运动性方面发生了巨大改变，分子在“球胞球胞”之间之间聚散无常，并且凭借聚散无常，并且凭借“空洞空洞”，实现位置迁移。，实现位置迁移。18261826年苏年苏格兰植物学家布朗（格兰植物学家布朗（Robert Brown)Robert Brown)发现花粉粒子在水面发现花粉粒子在水面上作随机运动，就是液体分子迁移的证据。上作随机运动，就是液体分子迁移的证据。流体的定义：流体的定义：在任何微小的剪切力的作用下都能够发在任何微小的剪切力的作用

3、下都能够发生连续变形的物质生连续变形的物质 在受到剪切力持续作用时，固体的变形一般是微小在受到剪切力持续作用时，固体的变形一般是微小的的( (如金属如金属) )或有限的或有限的( (如塑料如塑料) )，但流体却能产生很大，但流体却能产生很大的甚至无限大的甚至无限大( (指作用时间无限长指作用时间无限长) )的变形；的变形；第三节第三节 流体的定义和特征流体的定义和特征 当剪切力停止作用后，固体变形能恢复或部分恢复，当剪切力停止作用后，固体变形能恢复或部分恢复，流体则不作任何恢复。流体则不作任何恢复。第三节第三节 流体的定义和特征流体的定义和特征 固体内的切应力由固体内的切应力由剪切变形量剪切变

4、形量(位移位移)决定，而流体内决定，而流体内的切应力与变形量无关，由的切应力与变形量无关，由变形速度变形速度(切变率切变率)决定。决定。第三节第三节 流体的定义和特征流体的定义和特征 固体重量引起的压强只沿重力方向传递，垂直于固体重量引起的压强只沿重力方向传递，垂直于重力方向的压强一般很小或为零；流体平衡时压强重力方向的压强一般很小或为零；流体平衡时压强可等值地向各个方向传递，压强可垂直作用于任何可等值地向各个方向传递，压强可垂直作用于任何方位的平面上。方位的平面上。第三节第三节 流体的定义和特征流体的定义和特征 固体表面之间的摩擦是滑动摩擦，摩擦力与固体表面固体表面之间的摩擦是滑动摩擦，摩擦

5、力与固体表面状况有关；流体与固体表面可实现分子量级的接触，达状况有关；流体与固体表面可实现分子量级的接触，达到到表面不滑移表面不滑移。第三节第三节 流体的定义和特征流体的定义和特征 流体流动时，内部可形成超乎想象的复杂结构流体流动时，内部可形成超乎想象的复杂结构(如如紊紊流流);固体受力时，内部结构变化相对简单。固体受力时，内部结构变化相对简单。第三节第三节 流体的定义和特征流体的定义和特征第四节 流体的连续介质模型 连续介质模型连续介质模型 将流体作为由无穷多稠密、没有间隙的流体质点构成的将流体作为由无穷多稠密、没有间隙的流体质点构成的连续介质，这就是连续介质，这就是1755年欧拉提出的年欧

6、拉提出的“连续介质模型连续介质模型”。 流体质点流体质点： 包含有足够多流体分子的微团，在宏观上，流体微团包含有足够多流体分子的微团，在宏观上，流体微团的尺度和流动所涉及的物体的特征长度相比充分的小，小的尺度和流动所涉及的物体的特征长度相比充分的小，小到在数学上可以作为一个点来处理。而在微观上，微团的到在数学上可以作为一个点来处理。而在微观上，微团的尺度和分子的平均自由行程相比又要足够大。尺度和分子的平均自由行程相比又要足够大。除了稀薄气体与激波的绝大多数工程问题，均可用连续除了稀薄气体与激波的绝大多数工程问题，均可用连续介质模型做理论分析。介质模型做理论分析。 莱昂哈德莱昂哈德欧拉（欧拉（L

7、eonhard Leonhard Euler Euler ，是瑞士数学家和物理学家。，是瑞士数学家和物理学家。他被一些数学史学者称为历史上他被一些数学史学者称为历史上最伟大的两位数学家之一（另一最伟大的两位数学家之一（另一位是卡尔位是卡尔弗里德里克弗里德里克高斯）。高斯）。 欧拉欧拉17071707年年4 4月月1515日出生于瑞士，在那里受教育。欧日出生于瑞士，在那里受教育。欧拉是一位数学神童。欧拉是有史以来最多产的数学家，拉是一位数学神童。欧拉是有史以来最多产的数学家，他的全集共计他的全集共计7575卷。欧拉实际上支配了卷。欧拉实际上支配了1818世纪的数学，世纪的数学，对于当时新发明的微

8、积分，他推导出了很多结果。在他对于当时新发明的微积分，他推导出了很多结果。在他生命的最后生命的最后7 7年中，欧拉的双目完全失明，尽管如此，年中，欧拉的双目完全失明，尽管如此，他还是以惊人的速度产出了生平一半的著作。他还是以惊人的速度产出了生平一半的著作。 第五节第五节 流体的密度流体的密度 相对密度相对密度 比体积比体积 均质流体均质流体比体积比体积 密度的倒数密度的倒数相对密度相对密度式中式中 流体的密度（流体的密度（kg/m3 ）；）； 4时水的密度（时水的密度（kg/m3 ）。）。dVdmVmV0lim3mkg1v密度 单位体内流体所具有的质量，表征流体在空间的密集程度mVdfwfw第

9、六节第六节 流体的压缩性和膨胀性流体的压缩性和膨胀性 流体的压缩性流体的压缩性 在一定的温度下，单位压强增量引起的体积变化率定义为在一定的温度下，单位压强增量引起的体积变化率定义为流体的压缩性系数流体的压缩性系数 定义式：定义式： 体积弹性模量体积弹性模量 其值越大，流体越不容易压缩，反之，就容易压缩。其值越大，流体越不容易压缩，反之，就容易压缩。 PaKPaK59104 . 1102kdV VdpdVVdp dVVdpkK1水水空气空气第六节第六节 流体的压缩性和膨胀性流体的压缩性和膨胀性 流体的膨胀性 当压强一定时，流体温度变化体积改变的性质称为流体的膨胀性 膨胀性系数 VdTdVdTVd