流体力学 导论

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,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,1,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,2,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,3,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,4,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,5,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,6,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,7,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,8,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,9,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,10,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,11,卡门涡街,D,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.,12,顺 风,侧风,侧逆风,13,“阻力危机”,应用:有麻点的高尔夫球比光滑的阻力小,14,连续介质假说,天衣无缝,流体质点,连续函数,连续介质力学,15,1mm,3,体积 水: 3.3,10,19,个分子,空气: 2.7 10,16,个分子,10,-10,mm,3,体积,(相当于一粒灰尘体积)空气: 2.7,10,6,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),16,x,0,y,z,P,*,17,流体的密度,x,0,y,z,P,*,体积膨涨系数,a,T,= (dv/v)/dT= -(d,/)/dT,dm=d(, v)=0 -dv/v = d/,弹性模量 E = 1/k,体积压缩系数,18,F=AU/H,=du/dy,Y,X,U,0,dy,F,u+du,u,H,牛顿流体粘性实验,19,C,D,B,A,d,b,a,dy,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/m,2, 为运动粘性系数, 单位为 m,2,/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,20,表面张力和接触角,P,P,0,R,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, = 8,0,9,0,水银的 = 138,0,21,毛细现象,h,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,22,(1)空气的体积弹性模数,E,(a). P,(b). T,(c).,(d). RT,思考题,(a),23,(2) -,是非牛顿流体,(,a).,水 (,b).,空气,(,c).,血液 (,d).,沥青,思考题,( C) (D),24,(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),25,(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),26,(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),27,(6) 液滴内压强,p,与大气压强,p,0,之差,(,p - p,0,) - 0,(a). 0,(b).=0,(c).0,思考题,(A),28,(7) 接触角,=? 时,流体不湿润固体,(,a) 120,o,(b) 20,o,(c) 10,o,(d) 0,o,思考题,(A),29,作业 : 1-9,1-10,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,30,