流体力学绪论

其他
渗流力学
物理-化学流体动力学
多相流体力学
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造船 水动力学 船舶流体力学
大型运输船
排水量达50万吨以上的超大型运输船
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造船 水动力学 船舶流体力学
大型运输船
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核动力潜艇
航速达30节，深潜达数百米的核动力潜艇
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二、流体的粘性 y
1.牛顿平板试验
dy
u(y) U y h
剪切力（粘性力、内摩 擦力）
F AU
h
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u=U
F'
u+ du h F
u
u=0
F1'
F1
F F1
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剪切应力（粘性应力、内摩擦应力）：单位面积 上的剪切力
讨论:
F U
Ah
对于此种线性速度分布的情形，不同地 方的切应力是否相等？
轮船
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水翼飞机
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祝同学们前程远大！
乘风破浪，驶向辉煌！
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按流体作用力的性质分类:
流体静力学 流体运动学
分类
流体动力学
按力学模型分类
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
非牛顿流体力学
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三 流体力学的研究方法
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四、真实流体和理想流体
真实流体
0
相互接触的流体层之 间有剪切应力作用
理想流体
0 0
在固体表面上其流速与 固体的速度相同
在固体表面上发 生相对滑移
（壁面滑移条件）
（壁面无滑移条件）
（壁面无粘附条件）
（壁面粘附条件）
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真实流体和理想流体
真实流体与理想流体的主要差别：
1模型实验
相似理论→模型实验装置
2理论研究
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
3数值计算
力学模型→物理基本定律→计算机数值方法求解数学方程
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四、流体力学的展望
根据工程技术方面的需要进行流体力学应用性 研究，更深入地开展基础研究以探求流体的复杂流 动规律和机理。
（1）流体运动时，真实流体相互接触的流体 层之间有剪切应力作用，而理想流体没有；
（2）真实流体附着于固体表面，即在固体 表面上其流速与固体的速度相同，而理想 流体在固体表面上发生相对滑移。
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牛顿型流体：
du
dy
如空气、水、汽油、煤油、甲醇、乙醇、
甲苯
非牛顿型流体：
牛顿流体与非牛顿流体
内容提要
1. 绪论
2. 流体静力学
3. 流体运动学
4. 理想流体动力学
5. 旋涡理论
6. 势流理论
7. 波浪理论
8. 粘性流体动力学基础
9. 相似理论
10.粘性流体的一元流动-管道流体力学
11.边界层理论
12.机翼理论
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绪论
第一章
绪论
一 流体力学与实际工程技术 二 连续介质假设 三 流体的性质 四 作用于流体上的力
3 流体的粘性系数 （1）动力粘性系数μ—Dynamic viscosity 物理常数
［μ］＝N·S／m２＝Ｐa·s
（2）运动粘性系数
Kinematic viscosity
［ν］＝ｍ２／ｓ
(1-9)
(3) μ与温度的关系 气体：温度上升, μ升高
液体: 温度上升，μ下降
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粘性系数μ：与流体物性有关的物理常数
[μ]＝N·s／ｍ2＝帕·秒＝Ｐa·s
粘性系数
运动粘性系数：
[ν]＝ 米２/秒 ＝ｍ2/ｓ
μ与温度、压力的关系
气体：温度上升， μ升高 液体: 温度上升，μ下降
压力的变化对μ的影响不大
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4.粘性产生的原因
(1)两层液体之间的粘性力主要由分子内聚力形成 (2)两层气体之间的粘性力主要由分子动量交换形成
波音747
一架经改装的波音747搭载“发现号”航天飞机
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•超高速气体动力学 •物理化学流体力学 •稀薄气体力学
太空站
从航天飞机上看到的太空站
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水三利峡、水土建利工枢程纽 水力学
三峡水利枢纽 7 第8页/共51页
建筑流体力学
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生物流变学
毛细血管流动
质点连续的、无间隙的分布于整个流场中。
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§1-3 流体性质 一、流体的密度和重度
1. 密度（density）
A
lim
V 0
m V
dm dV
(1-1)
均质流体，密度为常数
2. 重度(gravity)
A
lim
V 0
G V
dG dV
(1-2)
密度和重度之间的关系为： g
水的重度为 9800N / m3
y u=U
剪应力
dy
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u+ du h
u
u=0 23
2.牛顿内摩擦定律
y
u=U
F du (1-7)
A dy
dy
u+ du
u
h
u=0
粘性切应力与速度梯度成正比 比例系数称动力粘性系数，简称粘度。
讨论: 对于此种速度分布的情形，不同地方的切应 力是否相等？
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Δm ΔＶ
ΔG ΔＶ
(1-3)
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海水密度：和ρ重＝度1020kg／m3，γ＝9996Ｎ/m3
空气：ρ＝1.226 kg／m3，γ＝12Ｎ/m3。
气体在高速流动时，密度与流场中的压 力和温度有密切的关系:
即ρ＝f（p，Ｔ）。
气体密度的变化非常小的流动，可将气体 作不可压缩流体处理。Mach=流速/声速<0.3
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§1-１1流-１体流力体学力与学工与程工技程术技术
一、研究对象: 流体(fluid),包括液体和气体。 特性：流动(flow)性
F
F
固体
流体
流体遵循牛顿的力学定律、质量守恒定律
和能量守恒定律等。
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二 流体力学与工程技术
航空 空气动力学
幻影2000
幻影2000
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包括： 湍流 非定常流动 非线性水波 旋涡理论 交叉学科 有关各种实验设备和仪器等。
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§1-2流体的连续介质模型
1.Biblioteka Baidu续介质模型引入：
流体分子之间不连续、有间隙。
2.流体质点(或称流体微团) :
忽略尺寸效应但包含无数分子的流体最小单元。
3.连续介质模型：流体由流体质点组成，流体
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流体的其他属性
一、流体的压缩性
定义：温度不变，流体的体积随压强增加 而缩小为流体的压缩性。
温度不变时压强增加一个单位所引起
的流体体积相对缩小量的倒数，即
E
dp dV
dp V dV
称为体积摸量
V
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因为 dV d