流体力学 导论

流体力学流体力学58+6(实验)/4.0教材:《工程流体力学》莫乃榕主编华中理工大学出版社,2000年5月能源与动力工程学院2003------2004学年度第一学期热能与动力工程0104---0105热能与动力工程0109---0110教师:李光正土木工程与力学学院力学系流体力学教研室第一章----导论•§1-1流体力学的研究任务和研究方法•§1-2连续介质假说•§1-3流体的密度•§1-4流体的粘性•§1-5表面张力流体:易于流动的物体流体力学:宏观的机械性质;外力作用下平衡及运动规律易流动性:不能抵抗无论多么小的拉力和剪切力研究方法理论分析实验研究数值计算流体力学学科发展简介•第一时期----17世纪中叶以前•特点•阿基米德浮力定律•漏壶计时•水轮机,皮老虎•第二时期----17世纪末叶至19世纪末叶•特点•1678年牛顿实验•1738年伯努力方程•1752年达朗伯佯谬•1775年欧拉运动方程•1781年复位势理论•第二时期----17世纪末叶至19世纪末叶•1823-1845年Novier--Stokes方程•1840年泊萧叶流动•1845年亥姆霍兹定理•1883年雷诺的发现•1891年速度环量概念•第三时期----20世纪初叶至20世纪中叶•特点•1902年库塔定理•1904年边界层理论•1910-1945年机翼理论与实验的极大发展•第三时期----20世纪初叶至20世纪中叶•1912年卡门涡街•1921年动量积分关系式•1932年热线流速计•1947年电子计算机•1954年湍流特性的出色测量•第四时期----20世纪中叶以后•特点•前沿--湍流,流动稳定性,涡旋和非定常流•交叉学科和新分支:•工业流体力学;气体力学;环境流体力学•稀薄气体力学;电磁流体力学;微机电系统•宇宙气体力学;液体动力学;微尺度流动与传热•地球流体力学;非牛顿流体力学•生物流体力学;多相流体力学•物理--化学流体力学;渗流力学和流体机械等几点结论•生产与生活的需要—发展的动力•17世纪中叶以后的三百五十年中—惊人的发展•实验的作用及其特殊意义•研究的前沿—仍需努力•我国学者对流体力学发展的贡献卡门涡街DVReVD21.0VfDSt美国著名的塔科马海峡大桥1940年11月7号在八级大风中崩塌,是卡门涡街造成巨大破坏的例子.顺风侧风侧逆风6101.0510110210310410300100301031.03.01XCRe“阻力危机”应用:有‘麻点’的高尔夫球比光滑的阻力小连续介质假说天衣无缝流体质点连续函数连续介质力学1mm3体积水:3.31019个分子空气:2.71016个分子10-10mm3体积(相当于一粒灰尘体积)空气:2.7106个分子失效情况:稀薄气体激波(厚度与气体分子平均自由程同量级)x0yz·P*mm0limm*lim流体的密度x0yz·P*mdTTdppdm0limdTakdpdTTdppdT11pVVpk11体积膨涨系数aT=(dv/v)/dT=-(d/)/dTdm=d(v)=0-dv/v=d/弹性模量E=1/k体积压缩系数F=µAU/H=µdu/dyYXU0dyFu+duuH牛顿流体粘性实验CDBAdbadydydudtddydydtdydud/)(即du/dy是流体微团的角变形速率,也称为剪切应变率称动力粘性系数,单位为N.s/m2为运动粘性系数,单位为m2/s流体的粘性随温度的变化:对液体与气体因机理不同变化趋势是不同的表面张力和接触角PP0R液体气体表面张力:-----单位长度所受拉力接触角概念:当液体与固体壁面接触时,在液体,固体壁面作液体表面的切面,此切面与固体壁在液体内部所夹部分的角度称为接触角,当为锐角时,液体润湿固体,当为钝角时,液体不润湿固体水与玻璃的=80—90水银的=1380毛细现象hgdhghdd)cos(441)cos(2水在玻璃管中上升高度h=29.8/d(mm)水银在玻璃管中下降高度h=10.5/d(mm)内聚力:液体分子间吸引力附着力:液体与固体分子间吸引力•(1)空气的体积弹性模数E•(a).P(b).T•(c).(d).RT思考题(a)•(2)---------是非牛顿流体•(a).水(b).空气•(c).血液(d).沥青思考题(C)(D)•(3)流体的粘性与流体的------无关•(a).分子内聚力(b).分子动量交换•(c).温度(d).速度梯度思考题(D)•(4)温度升高时表面张力系数是--------•(A)增大•(B)减小•(C)不变思考题(B)•(5)毛细液柱高度h与-----成反比•(A)表面张力系数•(B)接触角•(C)管径•(D)粘性系数思考题(C)•(6)液滴内压强p与大气压强p0之差•(p-p0)--------0•(a).0(b).=0(c).0思考题(A)•(7)接触角=?时,流体不湿润固体•(a)120o(b)20o•(c)10o(d)0o思考题(A)作业:1---91---10预习第二章流体静力学§2-1静止流体的应力特征§2-2流体静止的微分方程§2-3静止流体的压强分布