1、第一章 导论 Guide,第一节 流体力学的研究任务和研究方法,第二节 连续介质假设,第三节 流体的密度,第四节 流体的粘性,第二节 连续介质假设,一、流体的定义:,二 、 流体和固体的区别:,第三节 流体的密度(density),均质流体： kg/m3 非均质流体：,单位面积的摩擦力称为切应力,单位为帕秒， PaS,对于非线性的速度分布情况,2、牛顿内摩擦定律。,1、粘性的定义及产生的原因,第四节 流体的粘性,工程中常用运动粘度,1）动力粘度,2）运动粘度,3）相对粘度 如恩氏粘度,粘度特性：,粘度一般不随压力变化，但随温度变化。对于气体，温度升高则粘度变大；对于液体，温度升高则粘度变小。（
2、如润滑油冬季粘稠，夏季粘度小）,4.牛顿内摩擦定律的适用条件,1）层流,2）牛顿流体,2-7 流体的相对静止,2-2 流体平衡微分方程,2-4 液柱式测压计,2-6 静止流体作用在平面壁上的总压 力,2-1 静止流体的压力特征,第二章 流体静力学,一、作用在流体上的力,1 静止流体的压力特征,重力、摩擦力、惯性力、弹性力、表面张力等。,按作用方式分：,质量力、面积力,按物理性质的不同,表面力,法向力-,切向力-,流体的压强,剪切应力,表面力按作用方向可分为：,压力：垂直于作用面。 切力：平行于作用面。,3、应力 单位面积上的表面力，单位：,压强,切应力,A,A,二、静止流体中任一点应力的特性,
3、1） 静止流体表面应力只能是压应力即压强，且静水压强方向与作用面的内法线方向重合。,2）作用于静止流体同一点压强的大小各向相等，与作用面的方位无关。静止流体中不同点的压强一般是不等的，,流体平衡微分方程 (欧拉平衡方程）：,物理意义：,3)等压面,2)压差方程,dp,dp=0 p=const,在自由液面上有：,水静力学基本方程：,或,o,x,H,h,z,A,p0,p = -gz +c,静水力学基本方程又可写为：,在容器中任意两点,方程及各项的物理意义及几何意义：,pa,pa,二.压力分布规律,4 液柱式测压计,一、测压管,二、水银测压计与U形测压计,三、压差计,6 静止流体作用在平面壁上的总压
4、力,1.总压力的大小,2、总压力作用点（压力 中心）,3、总压力的方向,垂直指向作用面。,第三章 理想流体动力学,3-1 描述流体运动的两种方法 3-2 流线和流管 3-3 连续性方程 控制体的概念 3-4 动量方程和运动方程 3-5 伯努利方程 3-6 压强沿流线法向的变化 3-7 总流伯努利方程,1 描述流体运动的两种方法,一、拉格朗日方法,二、欧拉法,流场作为描述对象,以流体团作为研究对象,控制体：空间某一确定的区域。,三.质点导数（物质导数）,四.流动的分类,定常流,非定常流,均匀流,急变流和渐变流,非均匀流：,一元流,二元流,三元流,2 流线和流管,流线,迹线、,流管和流束,流量,平
5、均速度 V:,流线的性质及方程,连续性方程能量方程动量方程,质量守恒 能量守恒 动量守恒,流体上任意两点间总机械能关系,测压管水头,总水头,许多流体动力学问题需要求流体和固体的相互作用力，这就要用动量定理，其解题步骤可概括如下：选择控制体；建立坐标系；分别写出沿某个坐标方向的动量方程；求解。在求解时往往还要用到连续方程及伯努利方程。,第四章不可压缩流体的一元流功,1.粘性流动的伯努利方程,2.流体运动的两种流态,3.圆管中的层流,5.层流向紊流的过渡,6.紊流的速度分布,8.沿层损失系数的实验研究,9.局部水头损失,10.工程应用举例,一.粘流的伯努利方程,二.损失分类：,达西公式,1.沿程损
6、失hf：流体沿流程克服摩擦阻力引起的能量损失。,表达式为:,沿程损失 hf：,局部损失 hj,2.局部损失hj：流体流经管道中局部障碍时，由于速度分布的改变及漩涡的产生，流体质点间发生相互碰撞，阻碍流体运动。,表达式为,总阻力hw为两者之和,局部阻力系数，由实验得到。,2.流体流动两种状态,3.圆管中的层流,层流、紊流的特点,一.脉动现象和时均化,6.紊流的速度分布：,紊流的实质是非定常流。,粘性底层与管壁的粗糙度,层流特点：,（1）有序性。水流呈层状流动，各层的质点互 不混掺，质点作有序的直线运动。 （2）粘性占主要作用，遵循牛顿内摩擦定律。（3）能量损失与流速的一次方成正比。 （4）在流速
7、较小且雷诺数Re较小时发生。,（1）无序性、随机性、有旋性、混掺性。（2）紊流受粘性和紊动的共同作用。 （3）水头损失与流速的1.752次方成正比。（4）在流速较大且雷诺数较大时发生。,紊流特点：,对数分布,抛物分布,8.沿程损失系数的实验研究,9 局部水头损失(local resistance ),1.碰撞损失 2.转向损失 3.旋涡损失 4.加速损失,一.局部损失产生的原因:,1.一般用损失后的速度,即查表所得的值对应V2来计算hj 2.,二.串联管路和并联管路:,串联管路,并联管路:,4 -10 边界层的概念,当物面法向速度达到 时的法向距离为边界层厚度，用来表示。,1)流体在前驻点处速
8、度为零，0. 2)沿流动方向增加。3)附面层外边界线与流线不重合，流线可深入到边界层内。,一、定义,5.边界层内的流动也可分为层流和紊流，当两种状态都存在，称混合边界层。,2 曲面边界层分离,一、分离流动的特点,二、分离机理及分离条件：,3 绕流物体的阻力,一、绕流阻力的计算：,二、影响FD的因素：,汽车的绕流阻力,摩擦阻力、压差阻力,FD,绕流阻力：,第五章可压缩流体的一元流动,1 热力学基本方程2 绝热流动的能量方程3 微弱扰动波的传播音速4 一元等熵的气流流动的基本关系5 一元等熵气流在变截面管道中的 流动,可压缩流体(气体）的特点：const,连续性方程,动量方程：,能量方程,状态方程,音速c: 亚音速、超音速,运动方程,3 微弱扰动波（等熵波）的传播,二.音速音速公式:,三、马赫数 M与压缩性的关系,其物理含义: 惯性力/弹性力,四.弱扰动在空间的传播. 扰动波在静止空气中的传播有四种情况:,一元等熵的气流流动三种状态,一.滞止状态:是指速度等熵地降为零的状态，其参数用角标“0”表示。,二临界状态:当 u 等于当地音速时（u=c，M=1）的状态称之.其参数用下标 “* ”表示,三.最大速度状态：温度降到绝对零度T0，速度达到最大uumax的状态称之。此状态下h=0这种状态实际上是达不到的，但也可作为参考状态。,喷管、扩压管、拉伐尔管,
