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流体力学多媒体课件绪　论　　流体力学是研究流体机械运动规律及其应用的科学，是力学的一个重要分支　　流体力学研究的对象——液体和气体流体力学发展简史流体力学的研究方法作用在流体上的力流体的主要物理性质流体力学的模型流体力学发展简史n第一阶段（16世纪以前）：流体力学形成的萌芽阶段n第二阶段（16世纪文艺复兴以后-18世纪中叶）流体力学成为一门独立学科的基础阶段n第三阶段（18世纪中叶-19世纪末）流体力学沿着两个方向发展——欧拉、伯努利n第四阶段（19世纪末以来）流体力学飞跃发展第一阶段（第一阶段（16世纪以前）：流体力学形成的萌芽阶段世纪以前）：流体力学形成的萌芽阶段n公元前2286年－公元前2278年　　大禹治水——疏壅导滞（洪水归于河）n公元前300多年　　李冰　　都江堰——深淘滩，低作堰n公元584年－公元610年　　隋朝　　南北大运河、船闸应用　　埃及、巴比伦、罗马、希腊、印度等地水利、造船、航海产业发展n系统研究　　古希腊哲学家阿基米德《论浮体》（公元前250年）奠定了流体静力学的基础第二阶段（第二阶段（16世纪文艺复兴以后世纪文艺复兴以后-18世纪中叶）流体力学世纪中叶）流体力学成为一门独立学科的基础阶段成为一门独立学科的基础阶段n1586年　斯蒂芬——水静力学原理n1650年　帕斯卡——“帕斯卡原理”n1612年　伽利略——物体沉浮的基本原理n1686年　牛顿——牛顿内摩擦定律n1738年　伯努利——理想流体的运动方程即伯努利方程n1775年　欧拉——理想流体的运动方程即欧拉运动微分方程第三阶段（第三阶段（18世纪中叶世纪中叶-19世纪末）流体力学沿着两个方世纪末）流体力学沿着两个方向发展向发展——欧拉（理论）、伯努利（实验）欧拉（理论）、伯努利（实验）n工程技术快速发展，提出很多经验公式　　　1769年　谢才——谢才公式（计算流速、流量）　　　1895年　曼宁——曼宁公式（计算谢才系数）　　　1732年　比托——比托管（测流速）　　　1797年　文丘里——文丘里管（测流量）n理论　　　1823年纳维，1845年斯托克斯分别提出粘性流体运动方程组（N-S方程）第四阶段（第四阶段（19世纪末以来）流体力学飞跃发展世纪末以来）流体力学飞跃发展n理论分析与试验研究相结合n量纲分析和相似性原理起重要作用　　1883年　雷诺——雷诺实验（判断流态）　　1903年　普朗特——边界层概念（绕流运动）　　1933-1934年　尼古拉兹——尼古拉兹实验（确定阻力系数）　　……流体力学与相关的邻近学科相互渗透，形成很多新分支和交叉学科流体力学的研究方法理论分析方法、实验方法、数值方法相互配合，互为补充n理论研究方法　　　力学模型→物理基本定律→求解数学方程→分析和揭示本质和规律n实验方法　　　相似理论→模型实验装置n数值方法　　　计算机数值方法是现代分析手段中发展最快的方法之一作用在流体上的力1.质量力：作用在所研究的流体质量中心，与质量成正比重力　惯性力单位质量力重力2.表面力：外界对所研究流体表面的作用力，作用在外　　　　 表面，与表面积大小成正比应力切线方向：切向应力——剪切力内法线方向：法向应力——压强ΔFΔAΔFnΔFτ表面力具有传递性流体相对运动时因粘性而产生的内摩擦力流体的主要物理性质惯性、粘性、压缩（膨胀）性1.惯性密度常见的密度（在一个标准大气压下）：4℃时的水　　　　　　　　20℃时的空气容重（重度）比重2.粘性：在外力作用下，流体微元间出现相对运动时，　　　　随之产生阻抗相对运动的内摩擦力微观机制：分子间吸引力、分子不规则运动的动量交换牛顿内摩擦定律：切应力：zvv+dvvxzdzya.速度梯度　　的物理意义——角变形速度（剪切变形速度）vdt(v+dv)dtdvdtdzdθ流体与固体在摩擦规律上完全不同正比于dv/dz正比于正压力，与速度无关b.动力粘度（系数）μ：与流体性质有关　Pa·S运动粘度（系数）：　　　　　　　　　m２/s微观机制：液体　吸引力　T↑　μ↓气体　热运动　T↑　μ↑τdv/dz牛顿流体o•牛顿流体——服从牛顿内摩擦定律的流体（水、大部分轻油、气体等）c.牛顿流体与非牛顿流体ττ0dv/dzo塑性流体• 非牛顿流体 塑性流体——克服初始应力τ0后，τ才与速度梯度成正比（牙膏、新拌水泥砂浆、中等浓度的悬浮液等）例：汽缸内壁的直径D=12cm，活塞的直径d=11.96cm，活塞长度L=14cm，活塞往复运动的速度为1m/s，润滑油的μ =0.1Pa·s。

求作用在活塞上的粘性力解：注意：面积、速度梯度的取法dDL3.压缩（膨胀）性a.压缩系数β在一定温度下，密度的变化率与压强的变化成正比——体积模量（弹性模量）b.膨胀系数α在一定压强下，体积的变化率与温度的变化成正比c.气体•理想气体状态方程R——气体常数　空气R=8.31/0.029=287J/kg·K•等温过程：压缩系数•等压过程：膨胀系数•绝热过程：压缩系数•低速（标准状态，v<68m/s）气流可按不可压缩流体处理流体力学的模型n连续介质　　流体微元——具有流体宏观特性的最小体积的流体团n理想流体　　不考虑粘性的流体n不可压缩性　　ρ=c。