水力学、工程流体力学、流体力学的联系与区别
流体力学 水力学 流体动力学
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01
流体力学概述
02
流体动力学的基本概 念
04
流体力学、水力学和 流体动力学的关系
05
水力学的基本概念
总结与展望
03
06
添加章节标题
流体力学概述
流体的定义和特性
流体：一种可以流动的物质包括液体和气体 流体的特性：流动性、可压缩性、热传导性、表面张力等 流体力学：研究流体的力学性质和运动规律的学科 流体力学的应用：工程、气象、海洋、航天等领域
流体动力学的研究对象和主要内容
研究对象：流体包括液体和气体
主要内容：流体的流动规律、流体与固体的相互作用、流体与流体之间的相互作用等
研究方法：理论分析、实验研究和数值模拟等 应用领域：航空航天、海洋工程、环境工程、生物医学等
流体动力学的应用领域
航空航天：飞机、火箭、卫星等飞行器 的设计、制造和运行
交叉融合：流体力学、水力学和流体动力学之间的交叉融合将更加紧密共同推动学科 发展。
应用领域：流体力学、水力学和流体动力学将在更多领域得到应用如航空航天、海 洋工程、环境科学等。
计算流体力学：计算流体力学将得到进一步发展提高计算效率和准确性为工程实践提 供更好的支持。
实验研究：实验研究将继续在流体力学、水力学和流体动力学中发挥重要作用为理 论研究和工程实践提供数据支持。
流体力学与水力学的应用领域不同流体力学广泛应用于航空航天、能源、环境等领域而水力学广泛 应用于水利、海洋、环境等领域。
水力学与流体动力学的关系
流体力学是研究 流体（液体和气 体）的力学性质 和运动规律的学 科包括水力学和
流体动力学。
水力学是研究液 体（如水）的力 学性质和运动规 律的学科是流体 力学的一个分支。
流体力学1
T(℃) 0° 2° 4° 6° 8° 10° 12°
ν(cm2 0.0177 0.0167 0.0156 0.0147 0.0138 0.0131 0.0123
/s)
5
4
8
3
7
0
9
T(℃) 14° 16° 18° 20° 22° 24° 26°
ν(cm2
/s)
0.0117 6
0.0118
0.0106 2
牛顿平板实验与内摩擦定律
设板间的y向流速呈直线分布，即：
u( y)
=
U Y
y
则
= du U
dy Y
实验表明，对于大多数流体满足：
F
∝
AU Y
引入动力粘性系数μ，则得牛顿内 摩擦定律
τ
=
F A
=
μ
U Y
=
μ
du dy
du 式中：流速梯度 dy 代表液体微团的剪切
= du u
变形速率。线性变化时，即 dy y ；
第一章 绪论
本章学习要点：
1. 水力学的研究对象与任务 2. 液体的连续介质模型。流体质点 3. 量纲和单位 4. 液体的主要物理性质：密度、重度、粘性、压缩性、
毛细现象、汽化压强 5. 作用在液体上的力：表面力和质量力
1.1.1 水力学的任务及研究对象
• 液体的平衡规律
研究液体处于平衡状态 时，作用于液
非牛顿流体：不符合上述条件的均称为非牛顿流体。
弹 性
τ
1
宾汉型塑性流体
τ
=τ0
+
μ
(
du dy
)n
体
假(伪)塑性流体
τ0
工程流体力学
我们将会看到，是否忽略粘性影响将对流动问题的处理带来很大的区别，理想流体假设可以大大简化理论分析过程。 而 是流体的客观属性，所以往往是在变形速率不大的区域将实际流体简化为理想流体。
ΔV
流体的压缩性
V
流体能承受压力，在受外力压缩变形时，产生内力（弹性力）予以抵抗，并在撤除外力后恢复原形，流体的这种性质称为压缩性。
长度单位：m（米）
质量单位：kg（公斤）
时间单位：s（秒）
流体力学课程中使用的单位制
SI 国际单位制（米、公斤、秒制）
三个基本单位
导出单位，如：
01
密度 单位：kg/m3
02
力的单位：N（牛顿），1 N=1 kgm/s2
03
应力、压强单位：Pa（帕斯卡），1Pa=1N/m2
04
动力粘性系数 单位：Ns/m2 =Pas
05
运动粘性系数 单位：m2/s
06
体积弹性系数 K 单位： Pa
07
一般取海水密度为
常压常温下，空气的密度是水的 1/800 与水和空气有关的一些重要物理量的数值 1大气压，40C 1大气压，100C
空气的密度随温度变化相当大，温度高，密
度低。
水的密度随温度变化很小。 1大气压，00C 1大气压，800C
04
流体不能承受集中力，只能承受分布力。
02
一般情况下流体可看成是连续介质。
03
力学
§1－1 课程概述
工程流体力学的学科性质
研究对象 力学问题载体
宏观力学分支 遵循三大守恒原理
流体力学
水力学
流体
水
力学
强调水是主要研究对象 偏重于工程应用，水利工程、流体动力工程专业常用
1.1 流体的基本概念和特性——学习材料
一、水力学的概念及其研究内容水力学(Hydraulics)是工程力学的一个重要分支。
它是研究以水为代表的工程流体的平衡和机械运动规律及其在工程实际中应用的一门学科,水力学又往往被称为液体力学或工程流体力学。
自然界的物质有气体、液体和固体三种状态。
液体与固体相比，它们的差别主要在变形方面。
液体不能保持固定的形状，具有流动性（连续不断变形）。
液体与气体相比，它们的差别主要在压缩性的差异上。
液体的压缩性极小，能保持一定的体积。
当容纳液体的固定容器大于液体的体积时，液体不能充满整个空间，会形成自由表面。
水力学研究对象是以水为代表的液体，实际上在大多数工程流动中由于常见气体( 如空气、燃气、天然气等)的温度变化不大、压强相差较小，其流动规律与水运动规律近似。
因此水力学基本规律也可以用于常见气体的工程流动过程中。
水力学是一门应用较广的科学，航空航天、水运工程、流体机械、给水排水、水利工程、化学工程、气象预报以及环境保护等学科均以流体力学为其重要的理论基础。
在土木工程中，水力学（工程流体力学）亦得到了广泛的应用。
在给水排水工程中，无论是管网流量计算、管网设计还是渠道开挖、水泵选型等都需要解决一系列水力学问题；在建筑暖通工程中，热风采暖、冷风降温、燃气输送等均以流体为输送介质。
在公路和桥梁建设中，路基和边坡的稳定性、桥梁和涵洞的修建也与水密切相关。
此外，在土建工程施工中，围堰修建、基坑排水也涉及到许多水力学问题。
只有学好水力学，掌握流体的各种力学特性和运动规律，才能很好地解决土木工程中遇到的流体力学问题。
因此，水力学既包含自然科学的基础理论，又涉及工程技术科学方面的应用。
此外，如从液体作用力的角度，则可分为水静力学、水运动学和水动力学；从对不同“力学模型”的研究来分，则有理想流体动力学、粘性流体动力学、不可压缩流体动力学、可压缩流体动力学和非牛顿流体力学等。
二、连续介质假设和介质模型（一）连续流体模型从物理学知道，液体和固体一样，由无数不规则随机热运动的分子构成，分子之间有着比分子尺度大得多的间隙。
流体力学第一章
流体力学泵与风机主讲教师：杨艺广东海洋大学工程学院热能与动力工程系电话：139********E-mail：yiyang_1@参考书:[1] 流体力学泵与风机, 许玉望主编, 中国建筑工业出版社, 第一版[2] 流体力学, 吴望一主编, 北京大学出版社, 第一版[3] 流体力学基本理论与方法, 赵克强,韩占忠编, 北京理工大学出版社, 第一版图书馆索取号:o35/06[4] 流体力学水力学题解, 莫乃榕,槐文信编, 华中科技大学出版社, 第一版图书馆索取号:o35-44/M864[5] 流体力学学习方法及解题指导, 程军等编, 同济大学出版社, 第一版图书馆索取号:o35/c540第一节流体力学的研究对象、任务及其应用✓定义在任何微小剪切力的持续作用下能够连续不断变形的物质，称为流体。
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。
✓研究对象流体力学研究对象是液体和气体，统称为流体。
✓研究任务流体力学的任务是研究流体平衡和运动的力学规律，及其在工程中的应用。
第一节流体力学的研究对象、任务及其应用✓分类流体力学可分为理论力学和工程流体力学。
前者以理论研究为主，后者研究实际工程中的流体力学问题。
流体力学又可分为水力学和气体动力学。
水力学研究不可压缩流体，主要是液体和一定条件下气体的平衡和运动规律；气体动力学研究可压缩流体，主要是气体的平衡和运动规律。
✓组成流体力学组成：一是研究流体平衡规律的流体静力学；二是研究流体运动规律的流体动力学。
第一节流体力学的研究对象、任务及其应用✓流体力学发展简史：第一阶段（16世纪以前）：流体力学形成的萌芽阶段➢公元前2286年－公元前2278年大禹治水——疏壅导滞（洪水归于河）➢公元前300多年李冰都江堰——深淘滩，低作堰➢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➢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一节流体力学的研究对象、任务及其应用第二阶段（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➢1586年斯蒂芬——水静力学原理➢1650年帕斯卡——“帕斯卡原理”➢1612年伽利略——物体沉浮的基本原理➢1686年牛顿——牛顿内摩擦定律➢1738年伯努利——理想流体的运动方程即伯努利方程➢1775年欧拉——理想流体的运动方程即欧拉运动微分方程第一节流体力学的研究对象、任务及其应用第三阶段（18世纪中叶-19世纪末）流体力学沿着两个方向发展——欧拉（理论）、伯努利（实验）✓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）✓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）第一节流体力学的研究对象、任务及其应用第四阶段（19世纪末以来）流体力学飞跃发展✓理论分析与试验研究相结合✓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第一节流体力学的研究对象、任务及其应用✓研究方法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实验方法相似理论→模型实验装置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力学领域的基本单位是：长度，质量和时间；它们的单位分别是：m，kg，s。
流体力学水力学知识点总结
流体力学水力学知识点总结一、流体力学基础知识1. 流体的定义：流体是一种具有流动性的物质，包括液体和气体。
流体的特点是没有固定的形状，能够顺应容器的形状而流动。
2. 流体的性质：流体具有压力、密度、粘性、浮力等基本性质。
这些性质对于流体的流动行为具有重要的影响。
3. 流体静力学：研究流体静止状态下的力学性质，包括压力分布、压力力和浮力等。
流体静力学奠定了流体力学的基础。
4. 流体动力学：研究流体在外力作用下的运动规律，包括速度场、流线、流量、动压、涡量等。
流体动力学研究的是流体的流动行为及其相关问题。
5. 流动方程：流体力学的基本方程包括连续方程、动量方程和能量方程。
这些方程描述了流体的运动规律，是解决流体力学问题的基础。
6. 流体模型：流体力学的研究对象是真实流体，但通常会采用模型来简化问题。
常见的模型包括理想流体模型、不可压缩流体模型等。
二、水力学基础知识1. 水的性质：水是一种重要的流体介质，具有密度大、粘性小、表面张力大等特点。
这些性质对于水力学问题具有重要影响。
2. 水流运动规律：水力学研究水的流动规律，包括静水压力分布、流速分布、流线形状等。
3. 基本水力学定律：包括质量守恒定律、动量守恒定律和能量守恒定律。
这些定律是解决水力学问题的基础。
4. 水流的计算方法：水力学中常用的计算方法包括流速计算、水头损失计算、管道流量计算等，这些方法是解决水力学工程问题的重要手段。
5. 水力学工程应用：水力学在工程中具有广泛的应用，包括水利工程、水电站设计、城市供水排水系统等方面。
6. 液体静力学：水力学中涉及了静水压力、浮力、气压等液体静力学问题。
这些问题对水力工程设计和建设具有重要影响。
三、近年来的流体力学与水力学研究进展1. 流固耦合问题：近年来，液固耦合问题成为流体力学与水力学领域的重点研究方向。
在这个方向上的研究主要涉及流固耦合现象的模拟、流固耦合系统的动力学特性等方面。
2. 多相流动问题：多相流动是指不同相的流体在空间和时间上相互混合流动的现象。
流体动力学简明介绍
第一节流体力学的概念与发展简史一、流体力学概念流体力学是力学的一个独立分支，是一门研究流体的平衡和流体机械运动规律及其实际应用的技术科学。
流体力学所研究的基本规律，有两大组成部分。
一是关于流体平衡的规律，它研究流体处于静止（或相对平衡）状态时，作用于流体上的各种力之间的关系，这一部分称为流体静力学；二是关于流体运动的规律，它研究流体在运动状态时，作用于流体上的力与运动要素之间的关系，以及流体的运动特征与能量转换等，这一部分称为流体动力学。
流体力学在研究流体平衡和机械运动规律时，要应用物理学及理论力学中有关物理平衡及运动规律的原理，如力系平衡定理、动量定理、动能定理，等等。
因为流体在平衡或运动状态下，也同样遵循这些普遍的原理。
所以物理学和理论力学的知识是学习流体力学课程必要的基础。
目前，根据流体力学在各个工程领域的应用，流体力学可分为以下三类：水利类流体力学：面向水工、水动、海洋等；机械类流体力学：面向机械、冶金、化工、水机等；土木类流体力学：面向市政、工民建、道桥、城市防洪等。
二、流体力学的发展历史流体力学的萌芽，是自距今约2200年以前，西西里岛的希腊学者阿基米德写的“论浮体”一文开始的。
他对静止时的液体力学性质作了第一次科学总结。
流体力学的主要发展是从牛顿时代开始的，1687年牛顿在名著《自然哲学的数学原理》中讨论了流体的阻力、波浪运动，等内容，使流体力学开始成为力学中的一个独立分支。
此后，流体力学的发展主要经历了三个阶段：1.伯努利所提出的液体运动的能量估计及欧拉所提出的液体运动的解析方法，为研究液体运动的规律奠定了理论基础，从而在此基础上形成了一门属于数学的古典“水动力学”（或古典“流体力学”）。
2.在古典“水动力学”的基础上纳维和斯托克思提出了著名的实际粘性流体的基本运动方程——N-S方程。
从而为流体力学的长远发展奠定了理论基础。
但由于其所用数学的复杂性和理想流体模型的局限性，不能满意地解决工程问题，故形成了以实验方法来制定经验公式的“实验流体力学”。
流体力学和水力学
流体力学和水力学
流体力学和水力学是涉及流体行为和性质的两个相关领域，但它们在研究的范围和重点上略有不同。
流体力学是研究流体的力学性质和运动规律的学科。
它涉及的流体可以是液体或气体，并研究其在各种条件下的运动、力学行为、压力和速度分布等。
流体力学包括两个分支：静力学和动力学。
静力学研究静止流体的力学性质，例如压力、浮力和静压力分布等。
动力学则涵盖了流体的运动，包括速度、加速度、流速分布、黏性和湍流等。
水力学是研究涉及水流和水的运动的分支领域。
它是流体力学的一个特定应用，主要关注水的力学性质和运动规律。
水力学的研究范围涵盖了水流的特性、水文学、河流和水库的水力学、水力机械以及水资源管理等。
水力学的应用广泛，对于城市排水系统、堤坝和水坝设计、水电站的规划和运营等都具有重要作用。
综上所述，流体力学是一个更广泛的学科，研究各种流体的力学性质和运动规律，而水力学则是流体力学的一个特定应用领域，专注于研究水的力学性质和运动规律。
两个领域的研究成果相互支持，但也在特定问题上有重点和差异。
流体力学的基本概念与原理
流体力学的基本概念与原理引言：流体力学是研究流体运动规律的学科，涉及广泛且应用领域广泛。
本文将介绍流体力学的基本概念与原理，包括流体、流体静力学、流体动力学以及相关应用等方面的内容。
一、流体的基本特性流体是指能够流动的物质，主要包括液态流体和气态流体。
相较于固体，流体具有以下基本特性：1. 流动性：流体能够在物体表面滑动或流动。
2. 不可压缩性：理想流体在正常条件下几乎不可压缩，而实际流体也只在极高压力下才会发生明显的压缩。
3. 连续性：流体不存在间断，可以填充空间。
4. 流体内部分子间力的相对较小：流体分子间的相互作用力相对较弱，以致于在外力作用下，流体分子会相对较快地改变位置。
二、流体静力学流体静力学研究的是处于静止状态的流体，主要涉及以下概念与原理：1. 压强：压强是流体对单位面积上的压力。
根据帕斯卡原理，流体中的压强在各个方向上都是相等的。
2. 大气压：大气压是指大气对物体单位面积上的压力，通常用标准大气压作为基准。
3. 浮力：根据阿基米德原理，浸在液体中的物体会受到一个向上的浮力，其大小等于物体排斥液体的重量。
4. 斯托克斯定律：斯托克斯定律描述了粘性流体中小球的受力情况，根据该定律，小球的阻力与小球半径、流体黏度以及小球速度有关。
三、流体动力学流体动力学研究的是流体在运动过程中的行为，主要涉及以下概念与原理：1. 流速与流量：流速是单位时间内通过某个截面的流体体积，流量是单位时间内通过某个截面的流体质量或体积。
2. 流体动能：流体动能是流体由于运动而具有的能量，与流体的质量和速度有关。
3. 费诺特定律：费诺特定律是描述粘性流体内摩擦力与流速梯度之间关系的定律，根据该定律，粘性流体内部存在着滑动摩擦和黏滞摩擦。
4. 贝努利定律：贝努利定律描述了在不可压缩、稳定流动的流体中，沿着流线速度增大的地方，压强会减小；反之，速度减小的地方，压强会增大。
四、流体力学的应用流体力学的研究内容和应用广泛，常见的应用领域包括但不限于：1. 水力学：研究水的流动、水耗等问题，广泛应用于水利工程、水电站等领域。
水力学、工程流体力学、流体力学的联系与区别
水力学、工程流体力学、流体力学的联系与区别水力学，流体力学，工程流体力学，都是力学的一个分支。
水力学是研究以水为代表的液体的宏观机械运动规律，及其在工程技术中的应用。
工程流体力学包含于水力学体系之中。
流体力学，是研究流体(液体和气体)的力学运动规律及其应用的学科。
水力学侧重于研究液体的宏观机械运动，而流体力学侧重于研究流体的力学运动规律。
1水力学水力学是研究以水为代表的液体的宏观机械运动规律，及其在工程技术中的应用。
水力学包括水静力学和水动力学。
1.1水静力学水静力学研究液体静止或相对静止状态下的力学规律及其应用，探讨液体内部压强分布，液体对固体接触面的压力，液体对浮体和潜体的浮力及浮体的稳定性，以解决蓄水容器，输水管渠，挡水构筑物，沉浮于水中的构筑物，如水池、水箱、水管、闸门。
堤坝、船舶等的静力荷载计算问题。
1.2水动力学水动力学研究液体运动状态下的力学规律及其应用，主要探讨管流、明渠流、堰流、孔口流、射流多孔介质渗流的流动规律，以及流速、流量、水深、压力、水工建筑物结构的计算，以解决给水排水、道路桥涵、农田排灌、水力发电、防洪除涝、河道整治及港口工程中的水力学问题。
1.3水力学作用随着经济建设的发展，水力学学科衍生了一些新的分支，以处理特定条件下的水力学问题，如以解决河流泥沙运动所导致的河床演变问题的动床水力学，以解决风浪对防护构筑物的动力作用和对近岸底砂的冲淤作用等问题的波浪理论等。
2流体力学流体力学，是研究流体(液体和气体)的力学运动规律及其应用的学科。
主要研究在各种力的作用下，流体本身的状态，以及流体和固体壁面、流体和流体间、流体与其他运动形态之间的相互作用的力学分支。
流体力学是力学的一个重要分支，它主要研究流体本身的静止状态和运动状态，以及流体和固体界壁间有相对运动时的相互作用和流动的规律。
在生活、环保、科学技术及工程中具有重要的应用价值。
流体力学分为理论流体力学、实验流体力学、计算流体力学、应用流体力学。
水力学和流体力学
水力学和流体力学水力学和流体力学是两个密不可分的学科，这两个学科研究的都是运动中的流体力学现象。
水力学中主要关注着液体运动以及与液体有关的各种现象，例如水体储存、供水、供电等等；而流体力学则是研究各种流体，无论是液体还是气体的流动现象，包括但不限于飞机飞行、汽车运动、建筑物建设等等。
水力学水力学是一门研究液体在静力学和动力学状态下的运动以及与此相关的诸多现象的学科。
其中，静力学主要研究液体平衡和液体的压力与快慢之间的关系；动力学则主要是研究液体的流动现象，根据欧拉方程式和伯努利方程式，并通过热力学、物理学等方面知识对液体动力学的运动进行分析。
对于液体投放、灌溉等方面的应用，以及发电、水利工程中的水文学等诸多领域，都是水力学的重要应用之一。
例如，在水利工程学中，水力学起着至关重要的作用。
水电站工程设计，不论是大型水电站还是小型间歇式水电站，都要通过水力学来分析水力发电机的转动速度和发电功率，以及河流水平的高度和流量等等，以便在设计阶段构建出最优（或最合理）的方案。
此外，在水文学中，水力学的分析也是必不可少的，因为通过这一学科所获取的河流水深、河床变化等数据可以用来对洪水灾害进行预测和控制。
流体力学流体力学是研究任意流体（不仅仅是液体，还包括空气等）在不同状态下的运动、变形和变化的学科。
其研究领域覆盖广泛，可以涉及诸如飞机飞行、汽车运动、建筑物建设、油气输送和空气净化等许多领域，其中，两个基本量的关系，即粘度和纯度，是流体力学研究的主要内容。
在航空航天中，流体力学的应用是至关重要的。
飞机的翼型设计、气动支撑、发动机等均需要结合流体力学建立数学模型进行分析，以确保飞机在不同的气流状态下保持稳定性并且在最小的阻力下飞行。
汽车制造同样离不开流体力学。
在汽车行驶过程中，空气的阻力会影响汽车行进的速度和距离，并且这个阻力是与速度成正比的。
此外，在燃油的燃烧过程中，也会产生大量的流体力学现象。
汽车制造商必须了解这些现象，以便更好地设计拥有更小的阻力和更高燃油效率的汽车。
流体的主要力学性质
一、 班名：二、 授课内容：引言 三、 时间：60分钟 四、 重点流体的密度与重度、流体的压缩性与膨胀性、流体的粘滞性。
五、 难点流体的粘滞性及牛顿内摩擦定律。
六、 课程性质：综合课 七、 教学目的通过讲解流体的主要物理性质，使学院对流体有更为具体和量化的认识，也为后续学习的展开奠定基础。
八、 教学目标理解流体密度、压缩性和膨胀性、粘滞性；应用粘滞性来分析实际问题。
九、 所需教具黑板、粉笔、板擦、计算机和投影仪。
十、 教学过程首先组织教学，把学员的精神都集中到课堂上来。
（一）回顾上一讲内容（启发式教学，用时5分钟） 1、什么是流体？流体是易于流动的物质；它包括气体、液体及分散状的固体微粒的集合体。
如我们日常生活中的水、空气、燃气等都是流体。
2、什么是流体力学？流体力学研究流体平衡和运动规律以及流体与固体壁面间作用力的一门科学。
3、流体力学的任务（1）流体力学主要研究大量流体分子的宏观运动特性。
（2）流体力学学科的分类流体力学根据研究的重点与方法不同分为：理论流体力学和工程流体力学； 流体力学根据流体性质不同分为：水力学、空气动力学以及两相流体力学。
- 2 -（3）本课程的主要研究内容和对象本课程主要以流体在容器和管道内的特性为研究内容。
（二）本节内容首先向大家说明一个基本问题。
流体不同于固体的基本特征是流体的流动性。
一般而言，流体的流动性与其分子间距d 成正比。
1、密度、比容及重度（直观式教学，用时10分钟） （1）密度密度是一般物质的基本属性，对于均匀流体而言，单位体积的质量称为密度。
/m V ρ=ρ——流体的密度，kg/m 3； m ——流体的质量，kg ； V ——该质量流体的体积，m 3。
（2）比容也叫做比体积；表示单位质量的流体所占的体积；简单来说就是密度的倒数。
在燃气行业中，比容是应用较多的定义之一。
因为燃气在输送过程中其体积和密度是随着压力级制的不同而发生变化的，但其总质量是不会改变的，因为质量是守恒的。
《流体力学》课件-(第1章 绪论)
流体力学
流体
强调水是主要研究对象 比较偏重于工程应用 土建类专业常用
力学
宏观力学分支 遵循三大守恒原 理
水力学
水
力学
§1.1.1 流体力学的任务和研究对象
二、研究对象 流体 指具有流动性的物体，包括气体和 液体二大类。
流动性
•即 任 一 微 小 剪
切力都能使流体 发生连续的变形
•
流体的共性特征
基本特征：具有明显的流动性；气体的流动性大于液体。 流体只能承受压力，不能承受拉力，在即使是很小剪切力
二. 表面力 是指作用在所研究的流体表面上的力，它是相邻流 体之间或固体壁面与流体之间相互作用的结果。 它的大小与流体的表面积成正比； 方向可分解为切向和法向。
• 设 面 积 为 ΔA 的 流 体
nFLeabharlann 面元，法向为 n ，指 向表面力受体外侧， 所受表面力为 ΔF ，则 应力
F f n lim A0 A
第一阶段：古典流体力学阶段 奠基人是瑞士数学家伯努利(Bernoulli，D．)和他的 亲密朋友欧拉(Euler，L.)。1738年，伯努利推导出了著 名的伯努利方程，欧拉于1755年建立了理想流体运动微分 方 程 ， 以 后 纳 维 (Navier,C .H.) 和 斯 托 克 斯 (Stokes ， G．G．)建立了粘性流体运动微分方程。拉格朗日 （Lagrange）、拉普拉斯(Laplace)和高斯(Gosse)等人， 将欧拉和伯努利所开创的新兴的流体动力学推向完美的分 析高度。
第1章 绪论 第2章 流体静力学 第3章 一元流体动力学理论基础 第4章 流动阻力与能量损失 第5章 孔口、管嘴出流和有压管流 第6章 量纲分析与相似原理
第一章 绪论
工程力学与流体力学的关系
工程力学与流体力学的关系工程力学和流体力学是工程学科中重要的两个分支，两者之间存在紧密的联系和相互作用。
本文将探讨工程力学与流体力学之间的关系，以及它们在实际工程应用中的意义。
一、工程力学和流体力学的概念和基础知识1. 工程力学的概念和基础知识工程力学是研究力与物体之间相互作用规律的科学，主要分为静力学和动力学两个方面。
静力学研究物体处于静止状态下的力学行为，而动力学研究物体在运动状态下的力学行为。
2. 流体力学的概念和基础知识流体力学是研究流体静力学和流体动力学的科学，研究流体的力学性质和运动规律。
流体静力学主要研究流体处于静止状态下的力学行为，而流体动力学研究流体在运动状态下的力学行为。
二、1. 力的传递：工程力学研究物体的受力情况，而流体力学研究流体中的力和压强等。
在实际工程中，往往需要将工程力学和流体力学的知识相结合，来研究流体在管道、水利设施等工程中的内部力分布，以确保结构的稳定和安全。
2. 力的平衡：工程力学研究物体上外部力和内部力之间的平衡关系，而流体力学研究流体内部各点之间的平衡关系。
在设计和分析工程结构或设备时，需要考虑物体或流体所受到的各种力的平衡条件，从而保证结构或设备的安全性和稳定性。
3. 动力学问题：工程力学和流体力学都涉及到动力学问题的研究，如物体或流体的运动过程、速度和加速度等参数的计算。
在工程实践中，需要通过工程力学和流体力学的方法来研究和解决运动过程中可能出现的问题，以保证工程的正常运行。
三、工程力学与流体力学的应用1. 建筑工程中的应用：在建筑结构的设计和施工过程中，需要考虑工程力学和流体力学的知识。
例如，在高层建筑的风荷载分析中，工程力学方法可以用来计算建筑物所受到的风力，而流体力学方法可以用来分析风对建筑物的作用力分布情况。
2. 水利工程中的应用：水利工程涉及到水流的运动和控制，因此需要运用流体力学的知识来研究水流的流动规律和影响因素。
同时，水利工程中的闸门、泵站等设备的设计和运行也需要工程力学的方法来分析和计算。
水力学 第1章 绪论
连续介质模型
水力学在研究液体运动时，由于只研究 水力学在研究液体运动时， 外力作用下的机械运动， 外力作用下的机械运动，而液体分子又是极 为密集的，因此把液体视为连续介质既有必 为密集的，因此把液体视为连续介质既有必 要又有可能。 要又有可能。 长期的生产和科学实验证明： 长期的生产和科学实验证明：利用连续 介质假定所得出的有关液体运动规律的基本 理论与客观实际是十分符合的。 理论与客观实际是十分符合的。
考核方式及成绩评定标准
考核方式： 考核方式：闭卷 成绩评定标准： 成绩评定标准： 平时成绩：20％ 平时成绩：20％ 期末考试：80％ 期末考试：80％
第1 章
绪论
1.1. 流体力学的发展简史 1.2. 水力学的研究内容 1.3. 液体的主要物理性质 1.4. 作用在液体上的力
1.1 流体力学的发展简史
G Mg M γ = = ρ = V V V 3 γ = 9.8 kN m
第1章 绪论
γ = ρg
熟 记
工程计算中使用水的密度 容重： 工程计算中使用水的密度和容重： 密度和 采用1个标准大气压下而且温度为4 采用1个标准大气压下而且温度为4ºC时的纯净 水： ρ=1000 kg/m3 ; γ=9.8 kN/ m3 .
17世纪-1653年，D.Pascal（帕斯卡）发现了静止流体 17世纪 1653年 D.Pascal（帕斯卡） 世纪的压强可以均匀地传遍整个流场定律。 的压强可以均匀地传遍整个流场- Pascal 定律。 17世纪-1687年，I.Newton（牛顿）用粘性实验方法 ， 17世纪 1687年 I.Newton（牛顿） 世纪提出了内摩擦定律。 提出了内摩擦定律。 18世纪-1738年，D.Bernoulli（柏努利）对管流进行 18世纪 1738年 D.Bernoulli（柏努利） 世纪了大量的观测，提出了定常-不可压缩了大量的观测，提出了定常-不可压缩-理想流体的能 量守恒定律-Bernoulli方程 方程。 量守恒定律-Bernoulli方程。 18世纪-1775年，Euler（欧拉）提出了理想流体的运 18世纪 1775年 Euler（欧拉） 世纪动方程。 动方程。
流体力学科普-概述说明以及解释
流体力学科普-概述说明以及解释1.引言1.1 概述流体力学是研究流体运动规律和力学性质的学科，它是力学的一个重要分支领域。
流体是指具有固定体积但没有固定形状的物质，包括液体和气体。
流体力学的研究对象涉及液体和气体在各种条件下的运动、变形和力学行为。
在自然界和工业生产中，流体力学的应用无处不在。
无论是大自然中的气象气候、海洋流动，还是现代工业生产中的管道输送、风洞实验，都需要流体力学来分析和解决问题。
流体力学的应用领域包括但不限于航空航天、能源、环境工程、地下水流动、海洋工程、交通运输等。
本文将首先介绍流体力学的定义与基本原理，包括流体力学的基本假设和方程。
然后，我们将探讨流体的性质与特点，涉及到压力、密度、黏度等概念。
接下来，我们将详细介绍流体力学在不同领域的应用，包括航空航天、能源和环境工程等。
通过对这些实际应用案例的讨论，可以更好地理解流体力学的重要性和意义。
总的来说，通过对流体力学的认识和理解，可以帮助我们分析和解决各种与流体有关的问题。
流体力学在现代科学和工程技术中具有重要的地位和作用。
未来，随着科学技术的不断进步，流体力学将在更多领域展现其应用潜力，并为人类社会的发展做出更大的贡献。
因此，对未来流体力学发展的展望充满希望与期待。
1.2 文章结构本文旨在对流体力学进行科普介绍，文章主要分为三个部分：引言、正文和结论。
引言部分将对流体力学进行概述，介绍流体力学的基本概念以及其在日常生活和工程领域中的重要性。
同时，引言部分还会阐述本文的结构和目的，为读者提供一个整体的框架，以便更好地理解和吸收接下来的内容。
正文部分将详细讲解流体力学的定义与基本原理。
首先会介绍流体力学的起源和发展历程，包括早期的流体力学研究以及现代流体力学的主要发展方向。
然后将依次介绍流体的性质与特点，包括流体的运动规律、流体的压力和温度、流体的粘性等相关内容。
最后，正文部分将探讨流体力学的应用领域，包括航空航天、能源工程、环境科学等方面，以展示流体力学在实际工程中的重要性和广泛应用。
流体力学概念总结
第一章绪论1.工程流体力学的研究对象：工程流体力学以流体（包括液体和气体）为研究对象，研究流体宏观的平衡和运动的规律，流体与固体壁面之间的相互作用规律，以及这些规律在工程实际中的应用。
第二章流体的主要物理性质1.★流体的概念：凡是没有固定的形状，易于流动的物质就叫流体。
2.★流体质点：包含有大量流体分子，并能保持其宏观力学性能的微小单元体。
3.★连续介质的概念：在流体力学中，把流体质点作为最小的研究对象，从而把流体看成是：1)由无数连续分布、彼此无间隙地；2)占有整个流体空间的流体质点所组成的介质。
4.密度：单位体积的流体所具有的质量称为密度，以ρ表示。
5.重度：单位体积的流体所受的重力称为重度，以γ表示。
6.比体积：密度的倒数称为比体积，以υ表示。
它表示单位质量流体所占有的体积。
7.流体的相对密度：是指流体的重度与标准大气压下4℃纯水的重度的比值，用d表示。
8.★流体的热膨胀性：在一定压强下，流体体积随温度升高而增大的性质称为流体的热膨胀性。
9.★流体的压缩性：在一定温度下，流体体积随压强升高而减少的性质称为流体的压缩性。
10.可压缩流体：ρ随T 和p变化量很大，不可视为常量。
11.不可压缩流体：ρ随T 和p变化量很小，可视为常量。
12.★流体的粘性：流体流动时，在流体内部产生阻碍运动的摩擦力的性质叫流体的粘性。
13.牛顿内摩擦定律：牛顿经实验研究发现，流体运动产生的内摩擦力与沿接触面法线方向的速度变化（即速度梯度）成正比，与接触面的面积成正比，与流体的物理性质有关，而与接触面上的压强无关。
这个关系式称为牛顿内摩擦定律。
14.非牛顿流体：通常把满足牛顿内摩擦定律的流体称为牛顿流体，此时不随dυ/d n而变化，否则称为非牛顿流体。
15.动力粘度μ：动力粘度表示单位速度梯度下流体内摩擦应力的大小，它直接反映了流体粘性的大小。
16.运动粘度ν：在流体力学中，动力粘度与流体密度的比值称为运动粘度，以ν表示。
流体力学
在三次采油中，为有效地采用强化采油技术驱替仍残留在多孔岩体中的多半原油，要避免
粘性指进现象，石油、天然气及水煤浆的输送涉及管道中不同流态的多相流驱动问题水电
站的关键技术之一是防止水轮机叶片受空泡和泥沙侵蚀；要采用射流技术来提高燃烧效率等。
测。多数环境问题是因发生在地球表层的流体运动和界面过程引起的，也存在大量流体力
学问题。可重点研究陆气海气界面过程，污染物扩散输运，风沙、泥沙、泥石流运动等问
题，因此要研究层结流体中的湍流边界层，在陆地要考虑植被的影响，在海上要考虑不规
则波浪、气泡、水滴的作用，远距离污染物的输送涉及干沉积、湿沉积、大气化学、放射
速、安全、“绿色”船舶，研制新型水上、水陆两栖运输工具(如地效翼船)，开辟、疏浚
航道，建设深水泊位的集装箱码头，也有许多与船舶工程、海岸与港湾工程有关的流动
问题。
生物：生物学对人类的健康，农、林、牧业的革命有密切关系，在21 世纪，无疑是头
等重要的问题。细胞力学旨在了解细胞分裂、粘附、吞噬、运动的机理以及应力与生长的
关系，这对理解生理病理现象，攻克癌症及心血管疾病等都有重要意义。为了研制生物代
用品，如人造胰脏、皮肤、血管、血液等来恢复、维持、改善人体组织的功能，形成了组
织工程。生物学家的研究成果要转化为产品或进行生物加工，要依靠生物反应器，要利用
力学原理实现分离、纯化与高效生命，以保证正常的新陈代谢，保障细胞不受损伤。所以，
流体力学(fluid mechanics)是力学的一个独立分支。它是研究流体的平衡和流体的机械
运动规律及其在工程实际中应用的一门学科。流体力学的研究对象是流体，包括液体和气
水力学与工程力学的关联性分析探讨
水力学与工程力学的关联性分析探讨水力学与工程力学是研究水的运动规律和应用力学原理于水利工程中的学科。
水力学主要研究水的流动、水波、水压力等现象，而工程力学则研究物体受力、应力分析、结构稳定等问题。
虽然两者看似有些不同，但在水利工程领域中，二者的关联性十分密切。
首先，水力学为工程力学提供了基础理论。
在水利工程中，我们经常需要对水流的速度、压力、流量等进行计算和分析。
这些计算和分析都依赖于水力学的基本理论，如伯努利定律、连续方程、动量方程等。
这些理论为工程力学提供了基础，使得我们能够更好地理解和应用工程力学原理。
其次，工程力学为水力学提供了实际应用。
水力学研究的对象是水的运动规律，而在水利工程中，我们需要根据水的运动规律设计和建造各种水利设施，如水坝、水闸、水泵等。
这些设施的设计和建造都需要工程力学的知识，如结构力学、强度学等。
工程力学为水力学提供了实际应用的手段，使得水力学的研究能够更好地服务于水利工程的实际需求。
此外，水力学和工程力学在水利工程实践中相互促进。
在水利工程的设计和施工过程中，我们需要根据水力学的理论和工程力学的原理进行计算和分析。
通过对水流的速度、压力、流量等进行准确的测量和计算，我们能够更好地评估和控制水利工程的风险，保证工程的安全性和可靠性。
同时，水利工程的实践也为水力学和工程力学的研究提供了实验和实地观测的机会，从而推动了两个学科的发展。
总之，水力学与工程力学在水利工程领域中有着密切的关联性。
水力学为工程力学提供了基础理论，而工程力学为水力学提供了实际应用的手段。
两者在水利工程实践中相互促进，共同推动了水利工程的发展。
在未来，随着科学技术的不断进步，水力学和工程力学的研究将会更加紧密地结合在一起，为水利工程领域的发展做出更大的贡献。
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水力学、工程流体力学、流体力学的了解与区别
水力学，流体力学，工程流体力学，都是力学的一个分支。
水力学是研究以水为代表的液体的宏观机械运动规律，及其在工程技术中的应用。
工程流体力学包含于水力学体系之中。
流体力学，是研究流体(液体和气体)的力学运动规律及其应用的学科。
水力学侧重于研究液体的宏观机械运动，而流体力学侧重于研究流体的力学运动规律。
1水力学
水力学是研究以水为代表的液体的宏观机械运动规律，及其在工程技术中的应用。
水力学包括水静力学和水动力学。
1.1水静力学
水静力学研究液体静止或相对静止状态下的力学规律及其应用，探讨液体内部压强分布，液体对固体接触面的压力，液体对浮体和潜体的浮力及浮体的稳定性，以解决蓄水容器，输水管渠，挡水构筑物，沉浮于水中的构筑物，如水池、水箱、水管、闸门。
堤坝、船舶等的静力荷载计算问题。
1.2水动力学
水动力学研究液体运动状态下的力学规律及其应用，主要探讨管流、明渠流、堰流、孔口流、射流多孔介质渗流的流动规律，以及流速、流量、水深、压力、水工建筑物结构的计算，以解决给水排水、道路桥涵、农田排灌、水力发电、防洪除涝、河道整治及港口工程中的水力学问题。
1.3水力学作用
随着经济建设的发展，水力学学科衍生了一些新的分支，以处理特定条件下的水力学问题，如以解决河流泥沙运动所导致的河床演变问题的动床水力学，以解决风浪对防护构筑物的动力作用和对近岸底砂的冲淤作用等问题的波浪理论等。
2流体力学
流体力学，是研究流体(液体和气体)的力学运动规律及其应用的学科。
主要研究在各种力的作用下，流体本身的状态，以及流体和固体壁面、流体和流体间、流体与其他运动形态之间的相互作用的力学分支。
流体力学是力学的一个重要分支，它主要研究流体本身的静止状态和运动状态，以及流体和固体界壁间有相对运动时的相互作用和流动的规律。
在生活、环保、科学技术及工程中具有重要的
应用价值。
流体力学分为理论流体力学、实验流体力学、计算流体力学、应用流体力学。
2.1理论流体力学
理论流体力学主要研究流体力学中的理论知识，研究流体力学中的力学模型，用数学方法求出问题的定量结果。
对流体物理性质，流体的受力情况进行理论的推导与描述。
理论流体力学是所有流体力学的基础，是分析流体受力情况和运动形式的重要依据。
2.2实验流体力学
主要用实验方法研究自然界或各类工程领域中的流体流动现象和规律以及流体与固体之间的相互作用的流体力学分支。
实验方法包括现场观测及实验室模拟两大类。
前者是对实际存在的流动现象进行系统观测，以便分析流动规律，预测流动现象的演变，如气象、水文、潮汐研究等。
但实际流动往往不易控制，无法重复，且流动尺度大，实验成本比较高。
实验室模拟可控制实验条件，现象可以重演，产生的流动具有典型性，有利于揭示复杂流动的本质和规律，成为主要的实验手段。
实验研究的内容可分为基础性和应用性两种。
基础性研究的对象是流动的基本现象和规律，如边界层、湍流结构、旋涡、分离流动、尾迹等等。
应用性研究主要为工程设计提供有关布局技术和流体动力数据。
实验流体力学的基本理论是流动相似理论，它指明应如何在实验室条件下模拟或预演某种实际流动。
实验室模拟的主要设备是风洞、水洞、水槽等。
为了提高实验的准确性和精度，实验流体力学还包括以下内容：研制更能模拟实际流动（如高温、高雷诺数）的实验设备；提高测试仪器的精度，促使其小型化和自动化；改进实验技术，如流动显示技术；研究未能完全满足相似准则时的数据修正方法，如洞壁干扰、支架干扰、雷诺数不足的修正等。
计算机在流体力学实验中的使用，显著提高了实验的效率、精度和自动化。
2.3计算流体力学
计算流体力学或计算流体动力学，英文Computational Fluid Dynamics，简称CFD,是用电子计算机和离散化的数值方法对流体力学问题进行数值模拟和分析的一个分支。
2.4应用流体力学
应用流体力学是对流体力学知识的一个应用，它主要应用在：大气、海洋、机械人体、生物流体等方面。
3工程流体力学
工程流体力学是在水力学体系之下的。
力学中的工程力学是研究有关物质宏观运动规律，及其应用的科学。
工程给力学提出问题，力学的研究成果改进工程设计思想。
从工程上的应用来说，工程力学包括：质点及刚体力学，固体力
学，流体力学，流变学，土力学，岩体力学等。
所有工程流体力学又是工程力学的一小部分。
4总结
总的说来，水力学是研究水的流动特性、压力、流量和流动方向及对固体的作用力的规律的学科，水力学一般研究大型水利的建设，例如三峡工程。
流体力学对任何液体和气体的压力、流量和流动方向及对固体的作用力的规律，流体力学应较偏重于理论性，重视理论的严密性，有较多的理论推导，流体力学涵盖范围比水力学广一些，最简单的概念来说，流体包括气体、粘液等，内容有一些相同但不完全一样，流体力学是研究流体相关的动力机械，例如水轮机。
工程流体力学是简化了流体力学，工程流体力学着重工程应用,实践性较强。
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