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1、第1章流体的力学性质第1页，本讲稿共13页参考书：参考书：课程教材课程教材工程流体力学工程流体力学 黄卫星黄卫星 陈文梅主编陈文梅主编 化学工业出版社化学工业出版社1 1、流体力学流体力学 张也影张也影 高等教育出版社，高等教育出版社，19861986 2 2、流体力学概论流体力学概论L.L.普朗特普朗特 等等 著著 郭永怀郭永怀 陆士嘉陆士嘉 译译 科学出版社科学出版社第2页，本讲稿共13页全全课课程程分分章章目目录录1.流体的力学性质流体的力学性质2.流体运动学基本概念流体运动学基本概念3.流体静力学流体静力学4.流体流动基本原理流体流动基本原理5.不可压缩流体的一维层流流动不可压缩流体的
2、一维层流流动6.流体流动微分方程流体流动微分方程7.管内流体流动管内流体流动8.流体力学的实验研究方法流体力学的实验研究方法9.流体流动的数值模拟流体流动的数值模拟基本基本概念概念基本原理基本原理 及及分析方法分析方法实验研究实验研究及及数值模拟数值模拟流体力学的主要任务：研究流体与物体之间的相互作用以及流体在静研究流体与物体之间的相互作用以及流体在静止或运动时所遵循的基本规律止或运动时所遵循的基本规律第3页，本讲稿共13页第1章 流体的力学性质 1.1流体、流体质点、连续介质假设流体、流体质点、连续介质假设1.2流体的主要物理性质流体的主要物理性质 流体的流动性流体的流动性 流体的可压缩性流
3、体的可压缩性 流体的粘滞性流体的粘滞性 作用在流体上的力作用在流体上的力 1.3牛顿流体与非牛顿流体牛顿流体与非牛顿流体第4页，本讲稿共13页1.11.1流体、流体质点、连续介质假设流体、流体质点、连续介质假设一、流体一、流体一、流体一、流体 流体是相对固体而言的，流体在很小的剪切力作流体是相对固体而言的，流体在很小的剪切力作流体是相对固体而言的，流体在很小的剪切力作流体是相对固体而言的，流体在很小的剪切力作用下能发生连续不断的变形用下能发生连续不断的变形用下能发生连续不断的变形用下能发生连续不断的变形。二、流体质点及连续介质假设二、流体质点及连续介质假设二、流体质点及连续介质假设二、流体质点
4、及连续介质假设 从微观角度看：流体分子之间存在空隙，流体物理量的从微观角度看：流体分子之间存在空隙，流体物理量的从微观角度看：流体分子之间存在空隙，流体物理量的从微观角度看：流体分子之间存在空隙，流体物理量的分布在空间和时间上都是不连续的。分布在空间和时间上都是不连续的。分布在空间和时间上都是不连续的。分布在空间和时间上都是不连续的。流体力学中，感兴趣的是流体的宏观特性，即有流体力学中，感兴趣的是流体的宏观特性，即有流体力学中，感兴趣的是流体的宏观特性，即有流体力学中，感兴趣的是流体的宏观特性，即有连连连连续介质假设续介质假设续介质假设续介质假设的提出。的提出。的提出。的提出。第5页，本讲稿共
5、13页连续介质模型连续介质模型流体连续介质假设流体连续介质假设（Euler，1753）连续介质连续介质（ContinuumContinuum）假设假设将流体看成由无限多个流体质将流体看成由无限多个流体质点所组成的密集而无间隙的连续介质。点所组成的密集而无间隙的连续介质。流体质点：流体质点：不呈现流体个别分子无规则运动的最不呈现流体个别分子无规则运动的最小部分所包含的大量分子的组合。小部分所包含的大量分子的组合。连续介质模型可表示为：连续介质模型可表示为：第6页，本讲稿共13页1.2.11.2.1流体的流动性流体的流动性 对剪切力没有抵抗作用，在很小的剪切力作对剪切力没有抵抗作用，在很小的剪切力
6、作用下就会发生连续不断的变形。流体的这种特性用下就会发生连续不断的变形。流体的这种特性称为称为流体的易流动性流体的易流动性。流体没有固定的形状，不能承受拉力，但能流体没有固定的形状，不能承受拉力，但能承受压力。承受压力。1.2 1.2 流体的主要物理性质流体的主要物理性质第7页，本讲稿共13页1.2.2流体的可压缩性流体的可压缩性(Compressible and Incompressible)(Compressible and Incompressible)压缩性系数：单位压力变化引起的体积的相对收缩压缩性系数：单位压力变化引起的体积的相对收缩压缩性系数：单位压力变化引起的体积的相对收缩压缩
7、性系数：单位压力变化引起的体积的相对收缩 体积弹性模数体积弹性模数体积弹性模数体积弹性模数:单位体积的相对变化所需要的压力增量单位体积的相对变化所需要的压力增量单位体积的相对变化所需要的压力增量单位体积的相对变化所需要的压力增量对大部分流体，体积弹性模数都很大。对大部分流体，体积弹性模数都很大。对大部分流体，体积弹性模数都很大。对大部分流体，体积弹性模数都很大。流体不同，流体不同，流体不同，流体不同，E EV V不不不不同同同同 ；E EV V 越大，流体越不易被压缩。越大，流体越不易被压缩。越大，流体越不易被压缩。越大，流体越不易被压缩。常温下：水常温下：水常温下：水常温下：水E EV V2
8、102109 9N/mN/m2 2,空气空气空气空气E EV V 10 105 5N/mN/m2 2,气体的压缩性与压缩过程有关气体的压缩性与压缩过程有关气体的压缩性与压缩过程有关气体的压缩性与压缩过程有关,压缩性表现较为突出。压缩性表现较为突出。压缩性表现较为突出。压缩性表现较为突出。第8页，本讲稿共13页可压缩流体与不可压缩流体可压缩流体与不可压缩流体 严格讲不可压缩流体是不存在的，真实的流体都是可压缩的。严格讲不可压缩流体是不存在的，真实的流体都是可压缩的。严格讲不可压缩流体是不存在的，真实的流体都是可压缩的。严格讲不可压缩流体是不存在的，真实的流体都是可压缩的。但但但但 p p 引起的
9、引起的引起的引起的 很小时，可以认为：很小时，可以认为：很小时，可以认为：很小时，可以认为：constEV 将流体可视为不可压缩流体。将流体可视为不可压缩流体。将流体可视为不可压缩流体。将流体可视为不可压缩流体。流体是否是可压缩性的，判断的主要依据是：可压流体是否是可压缩性的，判断的主要依据是：可压缩性对流体流动影响的大小。缩性对流体流动影响的大小。第9页，本讲稿共13页tt+t实验证明：实验证明：实验证明：实验证明：牛顿内摩擦定律：牛顿内摩擦定律：牛顿内摩擦定律：牛顿内摩擦定律：16861686年年(or(or牛顿剪切定律）牛顿剪切定律）牛顿剪切定律）牛顿剪切定律）动力粘性系数（动力粘性系数
10、（动力粘性系数（动力粘性系数（p p p p,T T T T）单位单位单位单位:Pa:Pa:Pa:Pa s(s(s(s(帕帕帕帕 秒秒秒秒)1.2.31.2.3流体的粘性流体的粘性(Viscosity)Fx yxBA0u 牛顿内摩擦牛顿内摩擦牛顿内摩擦牛顿内摩擦定律说明图定律说明图定律说明图定律说明图在流体力学中常用运动粘性系数：在流体力学中常用运动粘性系数：第10页，本讲稿共13页1.2.4作用在流体上的力作用在流体上的力 表面力表面力表面力表面力(面积力面积力面积力面积力)作用在分离出的流体对象表面上的力，作用在分离出的流体对象表面上的力，接触力。它是分离体以外的流体或其它物体通过接触面接
11、触力。它是分离体以外的流体或其它物体通过接触面作用在分离体上的力。作用在分离体上的力。质量力质量力质量力质量力(场力场力场力场力/体积力体积力体积力体积力)是某种力场作用在流体的全部质点是某种力场作用在流体的全部质点是某种力场作用在流体的全部质点是某种力场作用在流体的全部质点(全全全全部体积部体积部体积部体积)上的力，是和流体的质量上的力，是和流体的质量上的力，是和流体的质量上的力，是和流体的质量(体积体积体积体积)成正比的力。成正比的力。成正比的力。成正比的力。1.1.拉普拉斯公式拉普拉斯公式(见见P8P8）2.2.毛细管毛细管(见见P10P10）毛细现象是由液体对固体表面的润湿效应和液体表
12、面毛细现象是由液体对固体表面的润湿效应和液体表面张力所决定的一种现象。张力所决定的一种现象。第11页，本讲稿共13页1.3 1.3 牛顿流体与非牛顿流体牛顿流体与非牛顿流体牛顿流体：牛顿流体：切应力与速度梯度之间呈线性关系，即动力切应力与速度梯度之间呈线性关系，即动力粘性系数为常数。粘性系数为常数。非牛顿流体：非牛顿流体：切应力在变形速率保持恒定时要随时间发生切应力在变形速率保持恒定时要随时间发生变化。切应力随时间增加为变化。切应力随时间增加为流变形流体流变形流体，反之为，反之为触变性流触变性流体体。广义牛顿切应力公式：广义牛顿切应力公式：牛顿流体牛顿流体非非牛顿流体牛顿流体第12页，本讲稿共13页作业作业习题（第二版）：习题（第二版）：1-31-31-41-4第13页，本讲稿共13页