第一章流体及其主要物理性质

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1、方丽萍方丽萍工程流体力学工程流体力学人类的祖先在海洋里生活了人类的祖先在海洋里生活了4040亿年亿年 人类在空气里也生活了人类在空气里也生活了700700万年万年 虽然生活在流体环境中，人们对一些流体虽然生活在流体环境中，人们对一些流体运动却缺乏认识，比如：运动却缺乏认识，比如：1. 1. ：表面光滑还是粗糙表面光滑还是粗糙？高尔夫球高尔夫球2. 2. ：来自前部还是后部来自前部还是后部？汽车阻力汽车阻力3. 3. ：来自下部还是上部来自下部还是上部？机翼升力机翼升力3 3倍声速战斗机倍声速战斗机50wt50wt排水量油轮排水量油轮长江三峡长江三峡动力机械应用：水泵与水轮机、发电站动力机械应用

2、：水泵与水轮机、发电站水能利用水能利用风能利用风能利用汽车流线型设计汽车流线型设计 血液在血管流动血液在血管流动研究对象：研究对象：流体流体研究任务：研究流体研究任务：研究流体静止静止和和运动运动的的力学规律力学规律及及其在工程技术中的其在工程技术中的应用应用。流体力学是本专业的一门重要基础课，流体力学是本专业的一门重要基础课，供热、供冷、通风、空调、给排水都是供热、供冷、通风、空调、给排水都是以流体为介质的以流体为介质的（液体和气体）（液体和气体）工程流体力学工程流体力学本课程的学习方法、要点本课程的学习方法、要点 学会应用工程流体力学分析和解决实际问学会应用工程流体力学分析和解决实际问 题

3、的思路和方法，培养综合分析问题的能题的思路和方法，培养综合分析问题的能 力和创造性的思维能力；力和创造性的思维能力； 重视对基本概念和基本理论的学习，做到重视对基本概念和基本理论的学习，做到 对所对所研究的物理过程有深刻的理解；研究的物理过程有深刻的理解； 注意学习方法，及时复习与小结。注意学习方法，及时复习与小结。 工程流体力学工程流体力学 加强工程实际训练，理论与实践相结合，培养加强工程实际训练，理论与实践相结合，培养 工程工程分析能力和灵活应用经验公式、计算图表分析能力和灵活应用经验公式、计算图表 的能力；的能力； 充分认识自学的重要性，培养独立地获取知识充分认识自学的重要性，培养独立地

4、获取知识 的能力；的能力；流体力学的研究方法流体力学的研究方法 理论分析方法理论分析方法 实验方法实验方法 数值方法数值方法建立模型建立模型推导方程推导方程求解方程求解方程解释结果解释结果相似理论相似理论模型试验模型试验测量测量数据分析数据分析数学模型数学模型离散化离散化编程计算编程计算检验结果检验结果网格的划分网格的划分日本名古屋矢田川桥抗风性能数值模拟（同济大学）日本名古屋矢田川桥抗风性能数值模拟（同济大学） 压力分布压力分布速度分布速度分布流体力学的发展简史流体力学的发展简史1.1. 阿基米德（公元前阿基米德（公元前287-287-前前212212年）年）2.2. 牛顿（牛顿（1642-

5、17271642-1727年）年）3.3. 伯努力（伯努力（1700-17821700-1782年）年）4.4. 欧拉（欧拉（1707-17831707-1783年）年）5.5. 拉格朗日（拉格朗日（1736-18311736-1831年）年）6.6. 达朗倍尔（达朗倍尔（1717-17831717-1783年）年）7.7. 亥姆霍兹亥姆霍兹8.8. 纳维、斯托克斯（纳维、斯托克斯（1781-19531781-1953年）年）9.9. 普朗特（普朗特（1875-19531875-1953年）年）第一章第一章 流体及其主要物理性质流体及其主要物理性质引引 言言m流体的流体的物理性质物理性质决定了

6、流体平衡和运动规律的决定了流体平衡和运动规律的内内部原因部原因。 m流体上的流体上的作用力作用力决定了流体平衡和运动规律的决定了流体平衡和运动规律的外外部原因部原因。 m在没有讨论流体力学规律之前，应首先了解流体在没有讨论流体力学规律之前，应首先了解流体的概念、流体的主要物理性质以及作用在流体上的概念、流体的主要物理性质以及作用在流体上的力。的力。第一章第一章 流体及其主要物理性质流体及其主要物理性质1.1 1.1 流体的概念流体的概念基础知识基础知识1.2 1.2 流体及其物理性质流体及其物理性质流体宏观表象的内因流体宏观表象的内因1.3 1.3 作用在流体上的力作用在流体上的力流体宏观表象

7、的外因流体宏观表象的外因第一章第一章 流体及其主要物理性质流体及其主要物理性质教学教学 目的目的 1.【了解了解】流体的概念和特性流体的概念和特性 2.【掌握掌握】连续介质假设连续介质假设教学教学 基本基本 内容内容 1.1.流体的定义和特性流体的定义和特性 2.2.连续介质模型连续介质模型1.1 流体的概念第一章第一章 流体及其主要物理性质流体及其主要物理性质定义一定义一：流体流体包括气体和液体，既不能保持一定的形状，而包括气体和液体，既不能保持一定的形状，而 且具有很大的流动性。且具有很大的流动性。 定义二定义二：在静力平衡时，不能承受剪切力的物质就是：在静力平衡时，不能承受剪切力的物质就

8、是流体流体。 定义三定义三：流体流体是一种受任何微小剪切力都能连续变形的物质，是一种受任何微小剪切力都能连续变形的物质，是气体和液体的通称。是气体和液体的通称。 一、流体的概念一、流体的概念 要点：要点：流体包括气体和液体，具有易流动性，且在静止状流体包括气体和液体，具有易流动性，且在静止状态下不能承受剪切力。态下不能承受剪切力。第一章第一章 流体及其主要物理性质流体及其主要物理性质物质形态物质形态固态（固体）固态（固体）液态（液体）液态（液体）气态（气体）气态（气体）分子距分子距很小很小分子有效直径分子有效直径分子有效直径分子有效直径分子引力、斥力分子引力、斥力很大很大中等中等很小很小几何特

9、性几何特性保持固定的形状保持固定的形状和体积和体积 体积较固定、形体积较固定、形状不固定状不固定 没有固定的形状没有固定的形状和体积和体积 物理力学特性物理力学特性能承受拉力、压能承受拉力、压力、剪切力力、剪切力 不能承受拉力，不能承受拉力，静止时不能承受静止时不能承受剪切力剪切力 不能承受拉力、不能承受拉力、静止时不能承受静止时不能承受剪切力剪切力 不易压缩，不易压缩，有自由表面有自由表面易压缩，没易压缩，没有自由表面有自由表面压缩性为气体、液体的主要区别压缩性为气体、液体的主要区别二、流体的基本特征二、流体的基本特征液体、气体具有流液体、气体具有流 动性，通称为流体动性，通称为流体若不超过

10、弹性极若不超过弹性极限，除去作用力限，除去作用力后固体应变消失后固体应变消失易流动性为固体与流体的主要区别易流动性为固体与流体的主要区别第一章第一章 流体及其主要物理性质流体及其主要物理性质m微观上讲，流体由分子组成，分子间是有间隙、不连续的。微观上讲，流体由分子组成，分子间是有间隙、不连续的。但流体力学的研究着眼于但流体力学的研究着眼于宏观流体的机械运动宏观流体的机械运动，而非微观分而非微观分子运动。子运动。 m连续介质假设由瑞士学者欧拉（连续介质假设由瑞士学者欧拉（EulerEuler）在）在17531753年提出，即年提出，即：不考虑流体分子的存在，而是把真实流体看成由无数连续分不考虑流

11、体分子的存在，而是把真实流体看成由无数连续分布的布的流体微团（或流体质点）流体微团（或流体质点）所组成的连续介质，流体质点所组成的连续介质，流体质点紧密接触，彼此间无任何间隙。紧密接触，彼此间无任何间隙。 三、连续介质假设三、连续介质假设 流体微团（流体质点）流体微团（流体质点）作为研究问题的基本单位，作为研究问题的基本单位，满足：满足： 宏观上无穷小：宏观上无穷小：以致于可以将其看成一个几何以致于可以将其看成一个几何上没有维度的点上没有维度的点。 微观上无穷大：微观上无穷大：包含着许许多多的分子，其行包含着许许多多的分子，其行为已经表现出大量分子的统计学性质为已经表现出大量分子的统计学性质。