一 流体力学概述

岩体水力学主讲：陈海霞参考书目《水力学》，水力学与山区河流开发保护国家重点实验室（四川大学）编，吴持恭主编，2008，高等教育出版社，北京《流体力学》，吴望一编著，2008，北京大学出版社，北京《流体力学》，汪志明，崔海清，何光渝主编，2006，石油工业出版社，北京《裂隙岩体水力学基础》，朱珍德，郭海庆著，2007，科学出版社，北京《岩体水力学导论》，仵彦卿，张倬元著，1995，西南交通大学出版社，成都第一章流体力学概述发展简况：国内_水磨、水车、铜壶滴漏、孔明灯，秦朝都江堰等；国外_阿基米德浮力理论，托里拆利（1643）孔口泄流定律，巴斯加（1650）压强传递定律，牛顿（1686）液体内摩擦定律等。之后，伯努利方程、欧拉方程奠定了理论基础，纳维-斯托克斯、泊阿松等促成了粘性流体力学理论和旋涡理论；实验方面有雷诺、谢才、达西等发现了两流态、水力摩阻、渗流等现象或规律；儒柯夫斯基、卡门、普朗特等对空气动力学、绕流、边界层等理论作出了重大贡献。第一章流体力学概述流体的性质：分子间引力小，无固定形状，受剪切作用即变形，有流动性，一般无抗拉能力（除粘弹性流体外），在容器中仅能承受压力，流体内无残余应力，各向同性等。第一章流体力学概述定义：流体是在外力作用下能产生连续变形的各向同性物质。流体分类：形态液体-气体；压缩性可压缩与不可压缩；粘性理想流体与粘性流体；流变性牛顿流体与非牛顿流体。第一章流体力学概述连续介质假设：认为流体质点是微观上充分大、宏观上充分小的流体微团，完全充满整个所占空间，无孔隙存在。流体力学研究方法：实验、理论、计算三手段相互促进，彼此影响。第一章流体力学概述描述流体运动的两种方法：拉格朗日方法和欧拉方法拉格朗日方法：着眼于流体质点，设法描述出每个流体质点自始至终的运动过程，即所有质点的位置随时间变化的规律。迹线：流体质点在空间运动时所描绘出来的曲线。第一章流体力学概述拉格朗日表述方法),,,(),,,(),,,(),,,(tcbazztcbayytcbaxxtcbarr第一章流体力学概述例1.1一流体质点位置与时间关系为,问在给定的时间和空间上：流体质点的速度矢量和加速度矢量各为多少?,2,5,303000000200xtzyzytzxyztyxx.2,3,2,1000stcmzcmycmx第一章流体力学概述解:速度矢量为:代入数值,得kxtzyjyzxiztyxktzjtyitxV0200000000656tzyx,,,000kjiV1445.782,3,2,1第一章流体力学概述加速度为:故kxtzyizyxktzjtyitxa000000222222126kia14442,3,2,1第一章流体力学概述欧拉方法：着眼于空间点，设法在空间中的每一个点上描述出流体运动随时间的变化状况。),,,(),,,(),,,(,,tzyxwwtzyxvvtzyxuutrVV第一章流体力学概述zwwywvxwutwazvwyvvxvutvazuwyuvxuutuaVVtVtraazyxx,,流线：流体速度场中的曲线，该曲线上每点的切线方向与该点的速度矢量方向重合。一般地，流线与迹线相互区别，但在稳定流中重合。第一章流体力学概述例1.2已知流场的流速矢量为,问在时,该点的加速度为多少?解:因为所以kztxjytiyxV2231,3,1,2tzyxza,,,322ztxwytvyxutxztxxztyxzxzwwywvxwutwDtDwaz222231204121216431,3,1,2za第一章流体力学概述流体运动分类：稳定性稳定流动与非稳定流动；空间自由度一维、二维、三维运动；有旋性有旋流与无旋流；流态层流和湍流（紊流）