1、* 1单击此处编辑母版标题样式单击此处编辑母版副标题样式工程流体力学制作、主讲： 韩家德TEL:13796068516EXIT适用专业：热能工程课程知识体系 第一单元：基本概念 流体及性质EXIT第二单元：流体静力学 平衡与受力第三单元：运动学 运动描述第四单元：理想流体动力学 欧拉方程，平面势流、漩涡理论基础第五单元：粘性流体动力学 方程及应用第六单元：相似原理 实验解法EXITl教材： 工程流体力学（第二版），高等教育出版社， 陈卓如 主编l学时： 60（理论授课 52，实验 8）l考核办法：平时 30%（实验 1/3，出勤1/3，作业 1/3），期末考试 70%。第一章 绪论 工程流体力
2、学 学科基础课 。EXIT流体概念、性质，流体力学的任务、研究对象及方法 。第一节 流体及其性质1、流体 ：在微小的剪切力连续作用下，就会发生无休止变形的物质。EXIT2、性质 流动性 区别于固体。可承受压力，不能承受拉力。无固定形状。流体分为： 液体、气体。 有质量或重量（ 2）、 比容：单位质量流体占据的容积EXIT对均质流体，为平均值任意点（ 1）、 密度：单位体积流体的质量注意 ： 、 均是压强和温度的函数。EXIT（ 3）、 重度：单位体积流体具有的重量（ 4）、 比重：均质流体重量与 1标准大气压下4 同体积蒸馏水重量之比。（ 5）、 相对密度：均质流体质量与 1标准大气压下 4
3、同体积蒸馏水质量之比。用 d 表示。 、流体压缩性与膨胀性（ 2）、 压缩率 ： T不变，压强变化时的体积相对变化率 标志可压缩性大小。EXIT（ 1）、 热膨胀率： 压强不变，流体温度变化1 时的体积相对变化率，用 表示实际流体都是可压缩的。不可压缩流体模型： （与均质流体不同）注意 ： 在研究水击现象时，液体压缩性是不容忽视的，按可压缩对待。同样，流速小于50m/s气流， p变化不大时，也可按不可压缩流体处理。EXIT体积弹性系数 K： 压缩率的倒数。（ 1） 粘性 ：流体内产生内摩擦力的性质。阻碍流体运动，造成损失。产生原因： a、 分子间吸引力产生阻力。b、 分子不规则热运动和动量交换
4、产生阻力。EXIT 、 流体粘性（ 2） 牛顿粘性定律 内摩擦定律 与流体性质有关的比例系数，称动力粘度或粘度系数， Pa.s，EXIT内摩擦力（粘性力）与法向速度梯度成正比，与接触面积大小成正比，与流体性质有关。满足牛顿粘性定律的流体 ，称 牛顿流体 ，否则称 非牛顿流体（包括塑性流体和假塑性流体） ，如泥浆、污水；油漆、纸浆液等。我们仅研究牛顿流体。EXITdu/dy0 牛顿流体塑性流体假塑性流体在国际单位制中， 单位为 Pa.s 称动力粘度是因量纲中有力学因素EXIT1） 、 动力粘度 （ 3）粘性表示方法2）、 运动粘度 引入量我国用恩氏粘度 E200立方厘米流体在恩氏粘度计中流出时间
5、 t1与同体积蒸馏水在 20 时流出的时间 t2比值。EXIT3）、 相对粘度或条件粘度对于液体， 温度升高，粘度下降，对于气体， 温度升高，粘度升高。EXIT温度对粘度的影响 ：t、 0温度为 t、 t0时的粘度假设的一种无粘性（ =0）的流体模型，称为 理性流体 。第二节 研究对象和任务（ 2）任务： 建立描述流体运动的基本方程 ，确定流场中速度 v、 压强 p 的分布规律； 探求能量转换及阻力损失的计算方法 ， 解决流体与限制其流动的固体壁之间的相互作用力问题 。（ 1） 对象： 流体力学是研究流体 平衡 和 运动规律的一门科学。EXIT第三节 流体力学的研究方法1、 一般方法： 确定研
6、究课题。 建立物理、数学模型 理论分析和实验研究，形成理论。 检验、修正和完善理论。EXIT流场： 研究的所有流体质点的集合。EXIT质点： 含有流体微观粒子且占据空间一个坐标点的微元，或称流体微团。微元： 含有足够多流体微观粒子的微小体积。如何把流场的物理问题用数学方法描述 建立微分方程？引入：连续性介质模型。2、思路连续介质模型：（ 1）定义：由足够数量的微观粒子组成的流体微团，连续充满它占据的空间，彼此间无任何间隙。由欧拉首先建立，也称欧拉介质模型。（ 2）物理意义：模型化的流体介质的一系列参数如压强、速度、加速度、密度、比容等可看成是连续分布的，可表示为 坐标和时间的连续可微函数 ，从
7、而可用数学手段进行研究。EXIT建方程的对象为 流体微团 。EXIT平衡和运动都要进行受力分析 作用在微团上的力？作用在 流体微团上 的力 ：质量力和面积力质量力： 与质量成正比的力 ， 用 FQ表示， 如重力、匀加速运动的惯性力、匀角速度旋转的离心力。重力为 外质量力 。单位质量流体受的力，称 单位质量力 ，大小即为加速度值。 用 f 表示，在 xyz-o坐标系中， f 的三分量为 fx、 fy、 fz。在重力场中， fx0， fy 0， fz -g， 负号表示 fz 方向与重力方向相反。 除特别说明，一般规定 z正向竖直向上。EXIT面积力 :作用在微团表面上与表面积大小成正比的力，也称表
8、面力，是内力。 单位面积上的表面力称为 应力 ，分为 切应力、压强 。粘性力为切力。EXIT 平衡流体 中不存在切应力，只有压强。 表面张力 是 作用于自由表面上的切力 。（自学） 依据 力平衡 可给出平衡微分方程，依据 牛顿第二定律 可给出运动微分方程 动量微分方程，同时，流动满足 质量守恒可给出连续性方程 第一任务 。微分方程也称为 控制方程，加上积分条件，积分得到速度和压强分布和能量守恒形式 第二任务。EXIT由能量守恒可以解决能量损失问题 第三任务。由得到的 速度和压强分布，依据动量定理可以解决与固体壁作用力问题 第四任务。第四节 流体力学的发展简史 阿基米德， D.C250，论浮力，
9、提出流体静力学的浮力定律。 十五世纪末，达芬奇，研究了沉浮问题、孔口出流、物体运动阻力、流体在管路中和水渠中的流动问题。 十六、十七世纪，牛顿、伯努利、欧拉、伽利略、托利拆利及帕斯卡，作了大量的研究，由欧拉建立了经典流体力学；牛顿，粘性定律。 达朗伯佯谬： “物体在理想流体中运动时，没有对运动的阻力 ”，导致粘性流体动力学创立。EXIT 分支： “理论流体力学 ”， “工程流体力学 ” “水力学 ”+“空气动力学 ” 。 十九世纪，纳维、斯托克斯，粘性流体运动的微分方程，即著名的 N-S方程，亥姆霍兹、柯西霍夫，研究漩涡运动和分离运动。 重要的、有应用价值的是伯努利方程，它反映了流体流动过程中的能量守恒。 普朗特，边界层理论，边界层微分方程组 卡门，边界层动量积分方程 激波理论，空间空气动力学（自学）EXIT第五节 应用3倍声速的战斗机F-15EXIT幻影 2000EXIT大型民航客机，运输机。EXITEXIT制造出航天飞机，建立太空站，实现了人类登月的梦想。EXIT
