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1、流体力学流体力学 58+6(实验)/4.0 教材:工程流体力学 莫乃榕主编 华中理工大学出版社,2000年5月能源与动力工程学院2003-2004学年度第一学期热能与动力工程 0104-0105热能与动力工程 0109-0110 教师:李光正 土木工程与力学学院 力学系流体力学教研室第一章-导论1-1 流体力学的研究任务和研究方法1-2 连续介质假说1-3 流体的密度1-4 流体的粘性1-5 表面张力 流体流体:易于流动的物体 流体力学流体力学:宏观的机械性质;外力作用 下平衡及运动规律 易流动性易流动性:不能抵抗无论多么小的拉力和剪切力 研究方法 理论分析 实验研究 数值计算流体力学学科发展
2、简介第一时期-17世纪中叶以前特点阿基米德浮力定律漏壶计时水轮机,皮老虎第二时期-17世纪末叶至19世纪末叶特点1678年牛顿实验1738年伯努力方程1752年达朗伯佯谬1775年欧拉运动方程1781年复位势理论第二时期-17世纪末叶至19世纪末叶1823-1845年Novier-Stokes方程1840年泊萧叶流动1845年亥姆霍兹定理1883年雷诺的发现1891年速度环量概念第三时期-20世纪初叶至20世纪中叶特点1902年库塔定理1904年边界层理论1910-1945年机翼理论与实验的极大发展第三时期-20世纪初叶至20世纪中叶1912年卡门涡街1921年动量积分关系式1932年热线流速
3、计1947年电子计算机1954年湍流特性的出色测量第四时期-20世纪中叶以后特点前沿-湍流,流动稳定性,涡旋和非定常流交叉学科和新分支:工业流体力学;气体力学;环境流体力学 稀薄气体力学;电磁流体力学;微机电系统 宇宙气体力学;液体动力学;微尺度流动与传热 地球流体力学;非牛顿流体力学 生物流体力学;多相流体力学 物理-化学流体力学;渗流力学和流体机械等几点结论生产与生活的需要发展的动力17世纪中叶以后的三百五十年中惊人的发展实验的作用及其特殊意义研究的前沿仍需努力我国学者对流体力学发展的贡献卡门涡街D美国著名的塔科马海峡大桥1940年11月7号在八级大风中崩塌,是卡门涡街造成巨大破坏的例子.
4、顺 风侧风侧逆风“阻力危机”应用:有麻点的高尔夫球比光滑的阻力小连续介质假说天衣无缝流体质点连续函数连续介质力学 1mm3 体积 水:3.31019 个分子 空气:2.7 1016个分子 10-10mm3 体积 (相当于一粒灰尘体积)空气:2.7 106个分子失效情况:稀薄气体 激波(厚度与气体分子平均自由程同量级)x0yzP*流体的密度x0yzP*体积膨涨系数 aT=(dv/v)/dT=-(d/)/dTdm=d(v)=0 -dv/v=d/弹性模量 E=1/k 体积压缩系数F=AU/H=du/dyYXU0dyFu+duuH牛顿流体粘性实验CDBAdbady即du/dy是流体微团的角变形速率,也
5、称为剪切应变率 称动力粘性系数,单位为 N.s/m2 为运动粘性系数,单位为 m2/s流体的粘性随温度的变化:对液体与气体因机理不同变化趋势是不同的表面张力和接触角PP0R液体气体表面张力表面张力:-单位长度所受拉力接触角概念接触角概念:当液体与固体壁面接触时,在液体,固体壁面作液体表面的切面,此切面与固体壁在液体内部所夹部分的角度 称为接触角,当 为锐角时,液体润湿固体,当 为钝角时,液体不润湿固体水与玻璃的 =8090 水银的 =1380毛细现象 h水在玻璃管中上升高度 h=29.8/d(mm)水银在玻璃管中下降高度 h=10.5/d(mm)内聚力内聚力:液体分子间吸引力附着力附着力:液体
6、与固体分子间吸引力 (1)空气的体积弹性模数E (a).P (b).T (c).(d).RT思考题(a)(2)-是非牛顿流体 (a).水 (b).空气 (c).血液 (d).沥青思考题(C)(D)(3)流体的粘性与流体的-无关 (a).分子内聚力 (b).分子动量交换 (c).温度 (d).速度梯度思考题 (D)(4)温度升高时表面张力系数是-(A)增大 (B)减小 (C)不变思考题(B)(5)毛细液柱高度h与-成反比 (A)表面张力系数 (B)接触角 (C)管径 (D)粘性系数思考题(C)(6)液滴内压强p与大气压强p0之差 (p-p0)-0 (a).0 (b).=0 (c).0思考题(A)(7)接触角=?时,流体不湿润固体 (a)120o (b)20o (c)10o (d)0o思考题 (A)作业:1-9 1-10预习 第二章 流体静力学 2-1静止流体的应力特征 2-2流体静止的微分方程 2-3静止流体的压强分布