工程流体力学-课件全集
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19世纪末，边界层理论，紊流理论，可压缩流体力学。
四、流体力学的分支：
工程流体力学、稀薄气体力学、磁流体力学、非牛顿流体 力学、生物流体力学、物理-化学流体力学。
五、流体力学的任务 解决科学研究和工农业生产中遇到的有关流体流动的问
题。 涉及的技术部门：航空、水利、机械、动力、航海、冶
金、建筑、环境。 例如：动力工程中流体的能量转换 机械工程中润滑液压传动气力传输 船舶的行波阻力（水，风的阻力） 高温液态金属在炉内或铸模内的流动 市政工程中的通风通水 高层建筑受风的作用(风载计算) 铁路,公路隧道中心压力波的传播(空气阻力) 汽车的外形与阻力的关系(流线型) 燃烧中的空气动力学特征 血液在人体内的流动 污染物在大气中的扩散
表示单位质量流体占有的体积
流体的密度与温度和压强有关,温度或压强变化时都会引
起密度的变化。
.
dρ P dP T dT
四.等温压缩系数,体积压缩系数
密度的相对变化律.
d 1
1
P dP T dT KdP TdT
K-等温压缩系数:表示在温度不变的情况下,增加单位压强所引起的 密度变化率.也称 K ---体积压缩系数:表示压强增加时,体积相对 减小,密度增加.
一:流体力学的定义
研究流体在外力作用下平衡和运动规律的一门学科,是力学的一个分支.
二:
物体
固体 ： 在静止状态时能抵抗一定数量的拉力,压力和剪切力。
流体(包括液体和气体) ： 不能抵抗抗力和剪切力.流体在剪切力的 作用下将发生连续不断的变形运动,直至剪切力消失为止。
流体的这种性质称为易流动性。
三:流体力学的发展
1653年,帕斯卡原理:静止液体的压强可以均匀的传遍整个流场.
P P0 gh
P0自由16面78压年强,牛的顿任粘何性变定化律,都,流会体等的值剪的应传力递与到速液度体梯的度任成何vy正一比处. . 1738年,伯努力定理,
（不计 ）理想流体：
1823年，粘性流体运动的微分方程。（一维雷诺方程）
气体:其密度,压强,温度应满足
七.状态方程: P RT
(体积和质量不变)
P—压强 (Pa)
T--绝对温度 (K)
绝对零度为摄氏-273度,国际标准温度
N
R P
m2
N .m
T
Kg m3
K
Kg .K
R—气体常数 空气 R=287N.m/Kg.K
由状态方程求得气体的等温压缩系数和热膨胀系数分别为
•
ρ=m/τ
• 非均质流体，各点密度不同
ρ=lim(△m/△τ)
△τ→0,不是数学上的趋于零，只是很小。
（一粒灰尘10-10mm2 ,比工程上常见的物体小得多，但比分子占据的体积大得 多）
二.流体微团
宏观上足够小，微观上足够大的微体积内的流 体称流体微团，或流体质点。
三.比容： 密度的倒数。
1
(m3 kg )
3.数值计算:伴随计算机出现的一种方法,用这种方 法时,首先将流体力学方程和边界条件离散化,然 后选取算例,编制程序,用计算机求出数值解.
1-2连续介质假设
一.建立假设的条件、依据:
微观: 流体的质量、温度在空间上的分布是不连续的,由于分子运动
的随机性,流体的物质的量在时间上的分布也是不连续的.
工程流体力学中(宏观): 研究对象的尺寸远大于流体上的分子平均自由程.人们感兴趣
航天器在高空稀薄空气体中飞行时,气体分子的平均距 离与航天器的尺寸有相同的量级.
超音速气流中的激波厚度与气体分子平均自由程为同
一量级. 血液在微血管里(直径约为10-4 CM)的运动.
§1-3 流体的密度
• 一.密度：
•ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
单位体积里流体具有的质量，表示流体质量在空间分
布的密集程度，是空间位置和时间的函数。
六:工程流体力学的研究方法
(理论分析,实验研究,数值计算)
1.理论分析:据工程实际中的流动现象的特点,建立 流体运动的方程及边界条件,运用各种数学工具 准确或近似的求出方程的解.
特点:科学的抽象,建立力学模型
2.实验研究:用于检验理论的真伪.
研究结果十分可靠,用这种方法能直接解决 工程中的复杂问题,并能发现新的流动现象.
K 1 P
1
T
1 1 1 1 1 1
(K
P
P
RT
) P
(T
-
1
P
-
1
P R
(-1) T-2
P
R T2
1) T
E
P
P E
例:常温下,水的弹性模数 E 2.81*109 N/ m2
,如
果水的压强从105N/m2增至12×106N/m2,求水的体积变
化率.
解:体积变化率
已知公式:
E P P
工程流体力学
第一篇 流体力学基础
• 第一章 导论 • 第二章 流体静力学 • 第三章 理想流体动力学基本方程
第一章 导论
• 1-1 流体力学的研究任务和研究方法 • 1-2 连续介质假设 • 1-3 流体的密度 • 1-4 流体的粘性 • 1-5 表面张力
1-1 流体力学的研究任务和研究方 法
流体的粘性实验
流体的粘性：流体流动时产生内摩擦力的性质 程为流体的黏性。流体内摩擦的概念最早由 牛顿（I.Newton,1687，）提出。由库仑 （C．A．Coulomb,1784，）用实验得到证 实。
1 1
-2
P - P (- ) P
由于液体的不可压缩性,K近似为常数
五. T的-体--热积膨变胀化系率数:表示在压强不变的条件下,增加单位温度引起
T
-
1
T
六.体积弹性系数(弹性模量)E:抵抗弹性变形的能力.E增加则压缩性
降低.
E
1 K
-
P
P
( N m2 )
(同上式,自己推)
E
12 *106 -105 -0.424 % 2.81*109
§1-4 流体的粘性
一.粘性： 是流体抵抗变形的能力，是流体的固有属
性。 二.粘性切应力：
流体在运动时，如果相临两层流体的速
度不同，则在它们的界面上产生切应力，运 动快的流层对运动慢的流层施以拖力，运动 慢的流层对运动快的流层施以阻力，这对力 称流层之间的内摩擦力，或粘性切应力。
的并不是流体分子的微观运动特征,而是宏观特征,即大量分子的 统计平均特征 (例如流体的密度、温度、压强)，所以,宏观上可以 认为流体是在空间上和时间上连续分布的物质.
二.连续介质假说 液体和气体充满一个体积时,不留任何空隙,其中没有真
空,没有分子间的间隙;流体的密度,温度等物理量是连续分布 的. 三.特例
四、流体力学的分支：
工程流体力学、稀薄气体力学、磁流体力学、非牛顿流体 力学、生物流体力学、物理-化学流体力学。
五、流体力学的任务 解决科学研究和工农业生产中遇到的有关流体流动的问
题。 涉及的技术部门：航空、水利、机械、动力、航海、冶
金、建筑、环境。 例如：动力工程中流体的能量转换 机械工程中润滑液压传动气力传输 船舶的行波阻力（水，风的阻力） 高温液态金属在炉内或铸模内的流动 市政工程中的通风通水 高层建筑受风的作用(风载计算) 铁路,公路隧道中心压力波的传播(空气阻力) 汽车的外形与阻力的关系(流线型) 燃烧中的空气动力学特征 血液在人体内的流动 污染物在大气中的扩散
表示单位质量流体占有的体积
流体的密度与温度和压强有关,温度或压强变化时都会引
起密度的变化。
.
dρ P dP T dT
四.等温压缩系数,体积压缩系数
密度的相对变化律.
d 1
1
P dP T dT KdP TdT
K-等温压缩系数:表示在温度不变的情况下,增加单位压强所引起的 密度变化率.也称 K ---体积压缩系数:表示压强增加时,体积相对 减小,密度增加.
一:流体力学的定义
研究流体在外力作用下平衡和运动规律的一门学科,是力学的一个分支.
二:
物体
固体 ： 在静止状态时能抵抗一定数量的拉力,压力和剪切力。
流体(包括液体和气体) ： 不能抵抗抗力和剪切力.流体在剪切力的 作用下将发生连续不断的变形运动,直至剪切力消失为止。
流体的这种性质称为易流动性。
三:流体力学的发展
1653年,帕斯卡原理:静止液体的压强可以均匀的传遍整个流场.
P P0 gh
P0自由16面78压年强,牛的顿任粘何性变定化律,都,流会体等的值剪的应传力递与到速液度体梯的度任成何vy正一比处. . 1738年,伯努力定理,
（不计 ）理想流体：
1823年，粘性流体运动的微分方程。（一维雷诺方程）
气体:其密度,压强,温度应满足
七.状态方程: P RT
(体积和质量不变)
P—压强 (Pa)
T--绝对温度 (K)
绝对零度为摄氏-273度,国际标准温度
N
R P
m2
N .m
T
Kg m3
K
Kg .K
R—气体常数 空气 R=287N.m/Kg.K
由状态方程求得气体的等温压缩系数和热膨胀系数分别为
•
ρ=m/τ
• 非均质流体，各点密度不同
ρ=lim(△m/△τ)
△τ→0,不是数学上的趋于零，只是很小。
（一粒灰尘10-10mm2 ,比工程上常见的物体小得多，但比分子占据的体积大得 多）
二.流体微团
宏观上足够小，微观上足够大的微体积内的流 体称流体微团，或流体质点。
三.比容： 密度的倒数。
1
(m3 kg )
3.数值计算:伴随计算机出现的一种方法,用这种方 法时,首先将流体力学方程和边界条件离散化,然 后选取算例,编制程序,用计算机求出数值解.
1-2连续介质假设
一.建立假设的条件、依据:
微观: 流体的质量、温度在空间上的分布是不连续的,由于分子运动
的随机性,流体的物质的量在时间上的分布也是不连续的.
工程流体力学中(宏观): 研究对象的尺寸远大于流体上的分子平均自由程.人们感兴趣
航天器在高空稀薄空气体中飞行时,气体分子的平均距 离与航天器的尺寸有相同的量级.
超音速气流中的激波厚度与气体分子平均自由程为同
一量级. 血液在微血管里(直径约为10-4 CM)的运动.
§1-3 流体的密度
• 一.密度：
•ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
单位体积里流体具有的质量，表示流体质量在空间分
布的密集程度，是空间位置和时间的函数。
六:工程流体力学的研究方法
(理论分析,实验研究,数值计算)
1.理论分析:据工程实际中的流动现象的特点,建立 流体运动的方程及边界条件,运用各种数学工具 准确或近似的求出方程的解.
特点:科学的抽象,建立力学模型
2.实验研究:用于检验理论的真伪.
研究结果十分可靠,用这种方法能直接解决 工程中的复杂问题,并能发现新的流动现象.
K 1 P
1
T
1 1 1 1 1 1
(K
P
P
RT
) P
(T
-
1
P
-
1
P R
(-1) T-2
P
R T2
1) T
E
P
P E
例:常温下,水的弹性模数 E 2.81*109 N/ m2
,如
果水的压强从105N/m2增至12×106N/m2,求水的体积变
化率.
解:体积变化率
已知公式:
E P P
工程流体力学
第一篇 流体力学基础
• 第一章 导论 • 第二章 流体静力学 • 第三章 理想流体动力学基本方程
第一章 导论
• 1-1 流体力学的研究任务和研究方法 • 1-2 连续介质假设 • 1-3 流体的密度 • 1-4 流体的粘性 • 1-5 表面张力
1-1 流体力学的研究任务和研究方 法
流体的粘性实验
流体的粘性：流体流动时产生内摩擦力的性质 程为流体的黏性。流体内摩擦的概念最早由 牛顿（I.Newton,1687，）提出。由库仑 （C．A．Coulomb,1784，）用实验得到证 实。
1 1
-2
P - P (- ) P
由于液体的不可压缩性,K近似为常数
五. T的-体--热积膨变胀化系率数:表示在压强不变的条件下,增加单位温度引起
T
-
1
T
六.体积弹性系数(弹性模量)E:抵抗弹性变形的能力.E增加则压缩性
降低.
E
1 K
-
P
P
( N m2 )
(同上式,自己推)
E
12 *106 -105 -0.424 % 2.81*109
§1-4 流体的粘性
一.粘性： 是流体抵抗变形的能力，是流体的固有属
性。 二.粘性切应力：
流体在运动时，如果相临两层流体的速
度不同，则在它们的界面上产生切应力，运 动快的流层对运动慢的流层施以拖力，运动 慢的流层对运动快的流层施以阻力，这对力 称流层之间的内摩擦力，或粘性切应力。
的并不是流体分子的微观运动特征,而是宏观特征,即大量分子的 统计平均特征 (例如流体的密度、温度、压强)，所以,宏观上可以 认为流体是在空间上和时间上连续分布的物质.
二.连续介质假说 液体和气体充满一个体积时,不留任何空隙,其中没有真
空,没有分子间的间隙;流体的密度,温度等物理量是连续分布 的. 三.特例