流體力學(xué)一、二章

1、工程流體力學(xué)Engineering Fluid Mechanics顧顧 璇璇Email：緒論緒論（INTRODUCTION） 為什么要學(xué)習(xí)流體力學(xué)緒論緒論（INTRODUCTION） 流體力學(xué)現(xiàn)象流體力學(xué)現(xiàn)象隨處可見隨處可見 緒論緒論（INTRODUCTION）v流體力學(xué)： 研究流體平衡和運(yùn)動(dòng)規(guī)律的科學(xué)v研究任務(wù)：研究流體所遵循的宏觀運(yùn)動(dòng)規(guī)律以及流體和 周圍物體之間的相互作用v地位： 是一門重要的專業(yè)基礎(chǔ)課 緒論緒論（INTRODUCTION）流體力學(xué)在工程中的應(yīng)用流體力學(xué)在工程中的應(yīng)用航空航天航海 船舶運(yùn)動(dòng)船舶運(yùn)動(dòng)地效翼艇地效翼艇 （WIG）浮標(biāo)浮標(biāo) 海洋平臺海洋平臺 潛器潛器 能源動(dòng)力飛機(jī)

2、發(fā)動(dòng)機(jī)蒸汽機(jī)車緒論緒論（INTRODUCTION）建筑與環(huán)境楊浦大橋節(jié)能型建筑緒論緒論（INTRODUCTION）氣象科學(xué)氣象科學(xué)氣象云圖龍卷風(fēng)緒論緒論（INTRODUCTION）環(huán)境控制環(huán)境控制污水凈化設(shè)備模型電廠冷卻塔緒論緒論（INTRODUCTION）緒論緒論（INTRODUCTION）v和流體力學(xué)相關(guān)的工程領(lǐng)域和流體力學(xué)相關(guān)的工程領(lǐng)域計(jì)算流體力學(xué)計(jì)算流體力學(xué)氣體動(dòng)力學(xué)氣體動(dòng)力學(xué)非牛頓流體力學(xué)非牛頓流體力學(xué)磁流體力學(xué)磁流體力學(xué)環(huán)境流體力學(xué)環(huán)境流體力學(xué)化學(xué)流體力學(xué)化學(xué)流體力學(xué)多相流體力學(xué)多相流體力學(xué)爆炸力學(xué)爆炸力學(xué)學(xué)學(xué)力力體體流流流體力學(xué)派生出很多新的分支流體力學(xué)派生出很多新的分支緒論緒論

3、（INTRODUCTION）流體力學(xué)在中國流體力學(xué)在中國v 錢學(xué)森錢學(xué)森 錢學(xué)森：浙江省杭州市人， 他在火箭、導(dǎo)彈、航天器的總體、動(dòng)力、制導(dǎo)、氣動(dòng)力、結(jié)構(gòu)、材料、計(jì)算機(jī)、質(zhì)量控制和科技管理等領(lǐng)域的豐富知識，為中國火箭導(dǎo)彈和航天事業(yè)的創(chuàng)建與發(fā)展作出了杰出的貢獻(xiàn)。1957年獲中國科學(xué)院自然科學(xué)一等獎(jiǎng)，1979年獲美國加州理工學(xué)院杰出校友獎(jiǎng)，1985年獲國家科技進(jìn)步獎(jiǎng)特等獎(jiǎng)。1989年獲小羅克維爾獎(jiǎng)?wù)潞褪澜缂壙茖W(xué)與工程名人稱號，1991年被國務(wù)院、中央軍委授予“國家杰出貢獻(xiàn)科學(xué)家”榮譽(yù)稱號和一級英模獎(jiǎng)?wù)?。緒論緒論（INTRODUCTION）流體力學(xué)在中國流體力學(xué)在中國v 周培源：1902年8月28日

4、出生，江蘇宜興人。理論學(xué)家、流體力學(xué)家主要從事物理學(xué)的基礎(chǔ)理論中難度最大的兩個(gè)方面即愛因斯坦廣義相對論引力論和流體力學(xué)中的湍流理論的研究與教學(xué)并取得出色成果。吳仲華：吳仲華：在1952年發(fā)表的在軸流式、 徑流式和混流式亞聲速和超聲速葉輪機(jī)械中的三元流普遍理論和在1975年發(fā)表的使用非正交曲線坐標(biāo)的葉輪機(jī)械三元流動(dòng)的基本方程及其解法兩篇論文中所建立的葉輪機(jī)械三元流理論，至今仍是國內(nèi)外許多優(yōu)良葉輪機(jī)械設(shè)計(jì)計(jì)算的主要依據(jù)。緒論緒論（INTRODUCTION）流體力學(xué)的西方史流體力學(xué)的西方史v 阿基米德阿基米德（Archimedes，公元前287212）v 歐美諸國歷史上有記載的最早從事流體力學(xué)現(xiàn)象研

5、究的是古希臘學(xué)者阿基米德阿基米德在公元前250年發(fā)表學(xué)術(shù)論文論浮體，第一個(gè)闡明了相對密度的概念，發(fā)現(xiàn)了物體在流體中所受浮力的基本原理阿基米德原理。 緒論緒論（INTRODUCTION）流體力學(xué)的西方史流體力學(xué)的西方史列奧納德奧納德. .達(dá)達(dá). .芬奇芬奇 （Leonardo.da.Vinci,14521519） 著名物理學(xué)家和藝術(shù)家 設(shè)計(jì)建造了一小型水渠，系統(tǒng)地研究了物體的沉浮、孔口出流、物體的運(yùn)動(dòng)阻力以及管道、明渠中水流等問題。 伽利略伽利略（Galileo,1564-1642） 在流體靜力學(xué)中應(yīng)用了虛位移原理，并首先提出，運(yùn)動(dòng)物體的阻力隨著流體介質(zhì)密度的增大和速度的提高而增大。托里析利托里

6、析利（E.Torricelli,1608-1647） 論證了孔口出流的基本規(guī)律。緒論緒論（INTRODUCTION）流體力學(xué)的西方史流體力學(xué)的西方史v 牛牛 頓頓 是英國偉大的數(shù)學(xué)家、物理學(xué)家、天文學(xué)家和自然哲學(xué)家。1642年12月25日生于英格蘭林肯郡格蘭瑟姆附近的沃爾索普村，1727年3月20日在倫敦病逝。牛頓在科學(xué)上最卓越的貢獻(xiàn)是微積分和經(jīng)典力學(xué)的創(chuàng)建。牛頓的成就，恩格斯在英國狀況十八世紀(jì)中概括得最為完整：牛頓由于發(fā)明了萬有引力定律而創(chuàng)立了科學(xué)的天文學(xué)，由于進(jìn)行了光的分解而創(chuàng)立了科學(xué)的光學(xué)，由于創(chuàng)立了二項(xiàng)式定理和無限理論而創(chuàng)立了科學(xué)的數(shù)學(xué)，由于認(rèn)識了力的本性而創(chuàng)立了科學(xué)的力學(xué)。緒論緒論（

7、INTRODUCTION）v伯努利伯努利（D.Bernoulli，17001782）瑞士科學(xué)家 在1738年出版的名著流體動(dòng)力學(xué)中，建立了流體位勢能、壓強(qiáng)勢能和動(dòng)能之間的能量轉(zhuǎn)換關(guān)系伯努利方程。在此歷史階段，諸學(xué)者的工作奠定了流體靜力學(xué)的基礎(chǔ)，促進(jìn)了流體動(dòng)力學(xué)的發(fā)展。 流體力學(xué)的西方史緒論緒論（INTRODUCTION）流體力學(xué)的西方史v 歐歐 拉拉（L.Euler，17071783） 是經(jīng)典流體力學(xué)的奠基人，1755年發(fā)表流體運(yùn)動(dòng)的一般原理，提出了流體的連續(xù)介質(zhì)模型，建立了連續(xù)性微分方程和理想流體的運(yùn)動(dòng)微分方程，給出了不可壓縮理想流體運(yùn)動(dòng)的一般解析方法。他提出了研究流體運(yùn)動(dòng)的兩種不同方法及速

8、度勢的概念，并論證了速度勢應(yīng)當(dāng)滿足的運(yùn)動(dòng)條件和方程。緒論緒論（INTRODUCTION）流體力學(xué)的西方史v 拉格朗日拉格朗日（J.-L.Lagrange,17361813） 提出了新的流體動(dòng)力學(xué)微分方程，使流體動(dòng)力學(xué)的解析方法有了進(jìn)一步發(fā)展。嚴(yán)格地論證了速度勢的存在，并提出了流函數(shù)的概念，為應(yīng)用復(fù)變函數(shù)去解析流體定常的和非定常的平面無旋運(yùn)動(dòng)開辟了道路。緒論緒論（INTRODUCTION）流體力學(xué)的西方史v 弗勞德弗勞德（W.Froude，1810-1879）對船舶阻力和搖擺的研究頗有貢獻(xiàn)，他提出了船模試驗(yàn)的相似準(zhǔn)則數(shù)-弗勞德數(shù)，建立了現(xiàn)代船模試驗(yàn)技術(shù)的基礎(chǔ)。v亥姆霍茲亥姆霍茲（H.von He

9、lmholtz,1821-1894）和基爾霍夫（G.R.Kirchhoff,1824-1887）對旋渦運(yùn)動(dòng)和分離流動(dòng)進(jìn)行了大量的理論分析和實(shí)驗(yàn)研究，提出了表征旋渦基本性質(zhì)的旋渦定理、帶射流的物體繞流阻力等學(xué)術(shù)成就。緒論緒論（INTRODUCTION）流體力學(xué)的西方史v 納維（C.-L.-M.-H.Navier）首先提出了不可壓縮粘性流體的運(yùn)動(dòng)微分方程組。斯托克斯（G.G.Stokes）嚴(yán)格地導(dǎo)出了這些方程，并把流體質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)分解為平動(dòng)、轉(zhuǎn)動(dòng)、均勻膨脹或壓縮及由剪切所引起的變形運(yùn)動(dòng)。后來引用時(shí)，便統(tǒng)稱該方程為納維-斯托克斯方程。納維（L.Navier，17851836，法國）斯托克斯（G.Sto

10、kes，18191903，英國）緒論緒論（INTRODUCTION）流體力學(xué)的西方史v 謝謝 才才（A.de Chzy法國 ）在1755年便總結(jié)出明渠均勻流公式-謝才公式，一直沿用至今。v 雷雷 諾諾（O.Reynolds，1842-1912）1883年用實(shí)驗(yàn)證實(shí)了粘性流體的兩種流動(dòng)狀態(tài)層流和紊流的客觀存在，找到了實(shí)驗(yàn)研究粘性流體流動(dòng)規(guī)律的相似準(zhǔn)則數(shù)雷諾數(shù)，以及判別層流和紊流的臨界雷諾數(shù)，為流動(dòng)阻力的研究奠定了基礎(chǔ)。緒論緒論（INTRODUCTION）流體力學(xué)的西方史v 瑞瑞 利利（L.J.W.Reyleigh，1842-1919英國）在相似原理的基礎(chǔ)上，提出了實(shí)驗(yàn)研究的量綱分析法中的一種方法

11、-瑞利法。v 庫庫 塔塔（M.W.Kutta，18671944）1902年就曾提出過繞流物體上的升力理論，但沒有在通行的刊物上發(fā)表。v 儒科夫斯基儒科夫斯基（.,18471921）從1906年起，發(fā)表了論依附渦流等論文，找到了翼型升力和繞翼型的環(huán)流之間的關(guān)系，建立了二維升力理論的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)。他還研究過螺旋槳的渦流理論以及低速翼型和螺旋槳槳葉剖面等。他的研究成果，對空氣動(dòng)力學(xué)的理論和實(shí)驗(yàn)研究都有重要貢獻(xiàn)，為近代高效能飛機(jī)設(shè)計(jì)奠定了基礎(chǔ)。緒論緒論（INTRODUCTION）流體力學(xué)的西方史v 普朗特普朗特（L.Prandtl，18751953） 建立了邊界層理論，解釋了阻力產(chǎn)生的機(jī)制。以后又針對航空

12、技術(shù)和其他工程技術(shù)中出現(xiàn)的紊流邊界層，提出混合長度理論。1918-1919年間，論述了大展弦比的有限翼展機(jī)翼理論，對現(xiàn)代航空工業(yè)的發(fā)展作出了重要的貢獻(xiàn)。 卡卡 門門（T.von Krmn，1881-1963）在1911-1912年連續(xù)發(fā)表的論文中，提出了分析帶旋渦尾流及其所產(chǎn)生的阻力的理論，人們稱這種尾渦的排列為卡門渦街。在1930年的論文中，提出了計(jì)算紊流粗糙管阻力系數(shù)的理論公式。嗣后，在紊流邊界層理論、超聲速空氣動(dòng)力學(xué)、火箭及噴氣技術(shù)等方面都有不少貢獻(xiàn)緒論緒論（INTRODUCTION） 流體流體力學(xué)力學(xué)研究研究內(nèi)容內(nèi)容流體動(dòng)力學(xué)流體動(dòng)力學(xué)FluidFluid DynamicsDynami

13、cs流體運(yùn)動(dòng)學(xué)流體運(yùn)動(dòng)學(xué)Fluid KinematicsFluid Kinematics流體靜力學(xué)流體靜力學(xué)Fluid StaticsFluid Statics緒論緒論（INTRODUCTION）流體動(dòng)力學(xué)的特例，研究外力作用下流體平衡的條件及壓強(qiáng)分布用幾何觀點(diǎn)來研究流體的運(yùn)動(dòng)而不涉及力的問題用力學(xué)的觀點(diǎn)來研究流體的運(yùn)動(dòng)，研究外力作用下流體的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，及流體與固體間的相互作用 Fluid Statics Fluid Kinematics Fluid Dynamics緒論緒論（INTRODUCTION）流體及其物理性質(zhì)流體及其物理性質(zhì)1流體靜力學(xué)流體靜力學(xué)2流體運(yùn)動(dòng)學(xué)和流體動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)流體運(yùn)動(dòng)學(xué)和

14、流體動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)3相似原理和量綱分析相似原理和量綱分析4緒論緒論（INTRODUCTION）管內(nèi)流動(dòng)和水力計(jì)算管內(nèi)流動(dòng)和水力計(jì)算5氣體的一維流動(dòng)氣體的一維流動(dòng)6理想流體的有旋和無旋流動(dòng)理想流體的有旋和無旋流動(dòng)7粘性流體繞過物體的流動(dòng)粘性流體繞過物體的流動(dòng)8 流體力學(xué)的研究方法流體力學(xué)的研究方法緒論緒論（INTRODUCTION） 流體力學(xué)研究方法的比較流體力學(xué)研究方法的比較緒論緒論（INTRODUCTION）緒論緒論（INTRODUCTION）v讀書讀書 教材教材+參考書參考書v復(fù)習(xí)復(fù)習(xí) 進(jìn)一步消化進(jìn)一步消化v認(rèn)真做習(xí)題認(rèn)真做習(xí)題 可討論，交流，答疑可討論，交流，答疑 如何學(xué)習(xí)本門課程如何學(xué)習(xí)本

15、門課程緒論緒論（INTRODUCTION）參考書目：參考書目：v 夏泰淳夏泰淳工程流體力學(xué)工程流體力學(xué)（及配套習(xí)題解析）上海交通（及配套習(xí)題解析）上海交通大學(xué)出版社大學(xué)出版社 v 陳卓如陳卓如工程流體力學(xué)工程流體力學(xué)第二版第二版 高等教育出版社高等教育出版社v 丁祖丁祖榮榮工程流體力學(xué)工程流體力學(xué)（上、下冊（上、下冊）機(jī)械工業(yè)出版社）機(jī)械工業(yè)出版社v 丁祖榮丁祖榮流體力學(xué)流體力學(xué)（上、中、下冊）高等教育出版社（上、中、下冊）高等教育出版社v 吳望一吳望一流體力學(xué)流體力學(xué)（上、下冊）（上、下冊）北京大學(xué)出版社北京大學(xué)出版社v 莊禮莊禮賢賢流體力學(xué)流體力學(xué)中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)出版社中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)出版

16、社流體及其物理性質(zhì)流體及其物理性質(zhì)1流體靜力學(xué)流體靜力學(xué)2流體運(yùn)動(dòng)學(xué)和流體動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)流體運(yùn)動(dòng)學(xué)和流體動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)3相似原理和量綱分析相似原理和量綱分析4管內(nèi)流動(dòng)和水力計(jì)算管內(nèi)流動(dòng)和水力計(jì)算5氣體的一維流動(dòng)氣體的一維流動(dòng)6理想流體的有旋和無旋流動(dòng)理想流體的有旋和無旋流動(dòng)7粘性流體繞過物體的流動(dòng)粘性流體繞過物體的流動(dòng)8流體及其物理性質(zhì)（流體及其物理性質(zhì)（Fluid and Its Properties）v流體流體 通俗理解：能夠流動(dòng)的物質(zhì)叫流體 力學(xué)解釋：在任何微小的剪切力的作用下都能夠發(fā)生連續(xù)變形的物質(zhì)稱為流體。一、流體的定義和特征物質(zhì)三態(tài)物質(zhì)三態(tài)固體固體液體液體氣體氣體流體（易流動(dòng)性）流體（易流

17、動(dòng)性） 流體與固體在力學(xué)特性上最本質(zhì)的區(qū)別在于：流體與固體在力學(xué)特性上最本質(zhì)的區(qū)別在于：二者承受剪二者承受剪應(yīng)力和產(chǎn)生剪切變形能力上的不同。應(yīng)力和產(chǎn)生剪切變形能力上的不同。 流體與固體的宏觀差別：流體與固體的宏觀差別：固體可保持一定體積和形狀固體可保持一定體積和形狀液體可保持一定體積不能保持形狀液體可保持一定體積不能保持形狀氣體既不能保持體積也能不保持形狀氣體既不能保持體積也能不保持形狀流體及其物理性質(zhì)（流體及其物理性質(zhì)（Fluid and Its Properties）易流動(dòng)性易流動(dòng)性 定義：定義：流體在靜止時(shí)不能承受剪力，抵抗剪切變形的流體在靜止時(shí)不能承受剪力，抵抗剪切變形的 性質(zhì)性質(zhì)流體

18、及其物理性質(zhì)（流體及其物理性質(zhì)（Fluid and Its Properties）流體及其物理性質(zhì)（流體及其物理性質(zhì)（Fluid and Its Properties）液體和氣體的區(qū)別液體和氣體的區(qū)別流體及其物理性質(zhì)（流體及其物理性質(zhì)（Fluid and Its Properties）原因：原因：分子間距不同導(dǎo)致分子間作用力不同 當(dāng)受到物體擾動(dòng)時(shí)，流體所表現(xiàn)出的是大量分子運(yùn)動(dòng)體當(dāng)受到物體擾動(dòng)時(shí)，流體所表現(xiàn)出的是大量分子運(yùn)動(dòng)體現(xiàn)出的現(xiàn)出的宏觀特性宏觀特性變化如壓強(qiáng)、密度等，變化如壓強(qiáng)、密度等，而不是個(gè)別分子而不是個(gè)別分子的行為的行為。 流體力學(xué)所關(guān)注的正是這樣的宏觀特征而不是個(gè)別分子流體力學(xué)所關(guān)

19、注的正是這樣的宏觀特征而不是個(gè)別分子的微觀特征。的微觀特征。分子間隙連續(xù)介質(zhì)流體及其物理性質(zhì)（流體及其物理性質(zhì)（Fluid and Its Properties）流體質(zhì)點(diǎn)概念、連續(xù)介質(zhì)模型流體質(zhì)點(diǎn)概念、連續(xù)介質(zhì)模型流體及其物理性質(zhì)（流體及其物理性質(zhì)（Fluid and Its Properties）（1）流體質(zhì)點(diǎn)：也稱流體微團(tuán)，是指尺度大小同一）流體質(zhì)點(diǎn)：也稱流體微團(tuán)，是指尺度大小同一切流動(dòng)空間相比微不足道且又含有大量分子，具有一切流動(dòng)空間相比微不足道且又含有大量分子，具有一定質(zhì)量的流體微元。定質(zhì)量的流體微元。（2）連續(xù)介質(zhì)：質(zhì)點(diǎn)連續(xù)地充滿所占空間的流體或）連續(xù)介質(zhì)：質(zhì)點(diǎn)連續(xù)地充滿所占空間的流

20、體或固體。固體。流體及其物理性質(zhì)（流體及其物理性質(zhì)（Fluid and Its Properties）連續(xù)介質(zhì)模型：把流體視為沒有間隙地充滿它所占連續(xù)介質(zhì)模型：把流體視為沒有間隙地充滿它所占據(jù)的整個(gè)空間的一種連續(xù)介質(zhì)，且其所有的物理量據(jù)的整個(gè)空間的一種連續(xù)介質(zhì)，且其所有的物理量都是空間坐標(biāo)和時(shí)間的連續(xù)函數(shù)的一種假設(shè)模型，都是空間坐標(biāo)和時(shí)間的連續(xù)函數(shù)的一種假設(shè)模型，如如u=u(t,x,y,z)。流體及其物理性質(zhì)（流體及其物理性質(zhì)（Fluid and Its Properties）優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)： 1）可以不考慮復(fù)雜的微觀粒子運(yùn)動(dòng)。）可以不考慮復(fù)雜的微觀粒子運(yùn)動(dòng)。 2）物理量是時(shí)空連續(xù)函數(shù)，則可以利用

21、連續(xù)函數(shù)這一數(shù)）物理量是時(shí)空連續(xù)函數(shù)，則可以利用連續(xù)函數(shù)這一數(shù)學(xué)工具來研究問題。學(xué)工具來研究問題。流體及其物理性質(zhì)（流體及其物理性質(zhì)（Fluid and Its Properties）v 表面力表面力 作用在所考慮的流體作用在所考慮的流體( (或稱分離體或稱分離體) )表面上，與接觸表面上，與接觸面積成正比。面積成正比。 三、作用在流體上的力（表面力和質(zhì)量力）SFPnVSVnnpnptf0limnSdSdS PPpnnnppntp nnSdsPp 單位表面力的法向分力 切向分力流體及其物理性質(zhì)（流體及其物理性質(zhì)（Fluid and Its Properties）v質(zhì)量力質(zhì)量力 作用在流體的每一

22、個(gè)質(zhì)點(diǎn)作用在流體的每一個(gè)質(zhì)點(diǎn)( (或微團(tuán)或微團(tuán)) )上，與流體質(zhì)量上，與流體質(zhì)量成正比。成正比。 三、作用在流體上的力（表面力和質(zhì)量力）SFPnVSVnnpnptf0limVFfV (, ,)mVFf xyztd V 單位質(zhì)量力f定義特點(diǎn)特點(diǎn):(1)作用在流體體積上，隨空間位置和時(shí)間變化。 (2)單位質(zhì)量力及其在各個(gè)坐標(biāo)軸的分量的單位為m/s2，與加速度的單位相同 ( , , , )ff x y z t流體及其物理性質(zhì)（流體及其物理性質(zhì)（Fluid and Its Properties）三、作用在流體上的力（表面力和質(zhì)量力）質(zhì)量力質(zhì)量力單位質(zhì)量力分量的表現(xiàn)形式單位質(zhì)量力分量的表現(xiàn)形式流體及其物

23、理性質(zhì)（流體及其物理性質(zhì)（Fluid and Its Properties）46四四 流體的主要物理性質(zhì)流體的主要物理性質(zhì)1. 流體的密度（流體的密度（Density） 定義：單位體積流體所具有的質(zhì)量，用符號來表示。 物理意義：是流體的重要屬性之一，它表征流體在空間某點(diǎn)質(zhì)量的密集程度。 表達(dá)式： 對于流體中各點(diǎn)密度相同的均質(zhì)流體 式中： 流體的密度，kg/m3； m 流體的質(zhì)量，kg； V流體的體積，m3。Vm流體及其物理性質(zhì)（流體及其物理性質(zhì)（Fluid and Its Properties）2022-4-30 對于各點(diǎn)密度不同的非均質(zhì)流體，在流體的空間中某點(diǎn)取包含該點(diǎn)的微小體積 ，該體積內(nèi)

24、流體的質(zhì)量 則該點(diǎn)的密度為 2 2、流體的相對密度（、流體的相對密度（Relative DensityRelative Density） 流體的相對密度是指某種流體的密度與4時(shí)水的密度的比值，用符號d來表示。 VmVmVmVddlim0 Wfd流體及其物理性質(zhì)（流體及其物理性質(zhì)（Fluid and Its Properties）48g容重容重單位單位 N/m3v流體的密度隨流體的密度隨壓強(qiáng)壓強(qiáng)和和溫度溫度的變化而變化的變化而變化密度常用值：密度常用值： 水水 =1000 kg/m3 （常溫常壓）（常溫常壓） 水銀水銀 =13600 kg/m3 空氣空氣 =1.2 kg/m3 流體及其物理性質(zhì)（

25、流體及其物理性質(zhì)（Fluid and Its Properties）2022-4-30493 流體的比體積流體的比體積 （Specific Volume）定義：流體密度的定義：流體密度的倒數(shù)倒數(shù)，即單位質(zhì)量流體所占據(jù)的，即單位質(zhì)量流體所占據(jù)的體積。體積。表達(dá)式：表達(dá)式：4 混合氣體的密度混合氣體的密度按各組分氣體所占體積百分?jǐn)?shù)來計(jì)算按各組分氣體所占體積百分?jǐn)?shù)來計(jì)算 /1vniiinn12211流體及其物理性質(zhì)（流體及其物理性質(zhì)（Fluid and Its Properties）2022-4-3050v例2.1 已經(jīng)測得鍋爐煙氣各組分氣體的體積百分?jǐn)?shù)分別為：CO213.6%, SO20.4%,

26、O24.2%,N275.6%,H2O6.2%，試求煙氣的密度。流體及其物理性質(zhì)（流體及其物理性質(zhì)（Fluid and Its Properties）2022-4-30流體的壓縮性和膨脹性流體的壓縮性和膨脹性v 隨著壓強(qiáng)的增加，流體體積縮小v 隨著溫度的增高，流體體積膨脹 這是所有流體的共同屬性 1、流體的膨脹性 流體膨脹性的大小用體積膨脹系數(shù) 來表示，它表示當(dāng)壓強(qiáng)不變時(shí)，升高一個(gè)單位溫度所引起流體體積的相對增加量，即 V11ddVdVdt Vt 流體及其物理性質(zhì)（流體及其物理性質(zhì)（Fluid and Its Properties）2022-4-30水的體脹系數(shù) （1/） V流體及其物理性質(zhì)（流

27、體及其物理性質(zhì)（Fluid and Its Properties）532 2、流體的壓縮性、流體的壓縮性l表示:體積壓縮系數(shù) l物理意義：當(dāng)溫度保持不變時(shí)，單位壓強(qiáng)增量引起流體體積的相對縮小量 式中 流體的體積壓縮系數(shù)，m2/N； 流體壓強(qiáng)的增加量，Pa； 原有流體的體積，m3； 流體體積的增加量，m3。 體積模量：壓縮系數(shù)的倒數(shù)，用K表示。1 d1 dddVp Vp pdVVd流體及其物理性質(zhì)（流體及其物理性質(zhì)（Fluid and Its Properties）2022-4-30l 氣體的壓縮性要比液體的壓縮性大得多l(xiāng) 氣體的密度隨著溫度和壓強(qiáng)的改變將發(fā)生顯著的變化。l 對于完全氣體，其密度

28、與溫度和壓強(qiáng)的關(guān)系可用熱力學(xué)中的狀態(tài)方程表示， l 在工程上，不同壓強(qiáng)和溫度下氣體的密度可按下式計(jì)算： 為標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)(0,101325Pa)下某種氣體的密度。如空氣的 1.293kg/m3；煙氣的 1.34kg/m3。 為在溫度t、壓強(qiáng) N/下，某種氣體的密度。RTp流體及其物理性質(zhì)（流體及其物理性質(zhì)（Fluid and Its Properties）1013252732730pt000p2022-4-30例2-2 在厚壁圓筒中受到壓縮的水，當(dāng)壓強(qiáng)為1MPa時(shí)，其體積為1000cm3 ，當(dāng)壓強(qiáng)增至5 MPa時(shí)，其體積變?yōu)?98cm3 ，求水的體積模量K流體及其物理性質(zhì)（流體及其物理性質(zhì)（Flui

29、d and Its Properties）可壓縮流體和不可壓縮流體可壓縮流體和不可壓縮流體 壓縮性是流體的基本屬性。任何流體都是可以壓縮的，只不過可壓縮的程度不同而已。不可壓縮流體: =0的流體。不可壓均質(zhì)流體:密度為常數(shù)的流體?？蓧嚎s流體：密度隨溫度和壓強(qiáng)變化的流體。在實(shí)際工程中，要不要考慮流體的壓縮性，要視具體情況而定。管道中水擊和水下爆炸鍋爐尾部煙道和通風(fēng)管道中的氣體氣體對物體流動(dòng)的相對速度比聲速要小得多時(shí)tdd流體及其物理性質(zhì)（流體及其物理性質(zhì)（Fluid and Its Properties）壁面不滑移假設(shè)壁面不滑移假設(shè)由于流體的易變形性，流體與固壁可實(shí)現(xiàn)分子量級的粘附作用。通過分子

30、內(nèi)聚力使粘附在固壁上的流體質(zhì)點(diǎn)與固壁一起運(yùn)動(dòng)。 壁面不滑移假設(shè)已獲得大量實(shí)驗(yàn)證實(shí)，被稱為壁面不滑移條件。流體及其物理性質(zhì)（流體及其物理性質(zhì)（Fluid and Its Properties）58流體的粘性流體的粘性定義：定義：流體微團(tuán)間發(fā)生相對滑移時(shí)（流體內(nèi)部質(zhì)點(diǎn)間或流層間的相對運(yùn)動(dòng)）產(chǎn)生切向阻力以反抗相對運(yùn)動(dòng)的性質(zhì)。 流體及其物理性質(zhì)（流體及其物理性質(zhì)（Fluid and Its Properties）流體的黏性實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)結(jié)果：實(shí)驗(yàn)結(jié)果：yuAFddyuAFdd寫成等式寫成等式：式中式中 F 流體層接觸面上的內(nèi)摩擦力，流體層接觸面上的內(nèi)摩擦力，N； A流體層間的接觸面積，流體層間的接觸面積，m

31、2； du/dy垂直于流動(dòng)方向上的速度梯度，垂直于流動(dòng)方向上的速度梯度，1/s； 動(dòng)力粘度，動(dòng)力粘度，Pas。 流體及其物理性質(zhì)（流體及其物理性質(zhì)（Fluid and Its Properties）dyduYUAF牛頓內(nèi)摩擦定律牛頓內(nèi)摩擦定律式中：式中： 粘性切應(yīng)力，是單位面積上的內(nèi)粘性切應(yīng)力，是單位面積上的內(nèi) 摩擦力摩擦力，N/m2 或或Pa。牛頓內(nèi)摩擦定律：流體運(yùn)動(dòng)時(shí)，相鄰流層間所牛頓內(nèi)摩擦定律：流體運(yùn)動(dòng)時(shí)，相鄰流層間所產(chǎn)生的切應(yīng)力與剪切變形的速率成正比。產(chǎn)生的切應(yīng)力與剪切變形的速率成正比。 流體及其物理性質(zhì)（流體及其物理性質(zhì)（Fluid and Its Properties） 說明：說明

32、：1）流體的切應(yīng)力與速度梯度、剪切變形速率）流體的切應(yīng)力與速度梯度、剪切變形速率(角角變形率變形率)成正比。成正比。 2）流體的切應(yīng)力與動(dòng)力粘性系數(shù)）流體的切應(yīng)力與動(dòng)力粘性系數(shù) 成正比。成正比。 3）對于平衡流體）對于平衡流體du/dy=0或理想流體或理想流體 =0，所以，所以不產(chǎn)生切應(yīng)力，不產(chǎn)生切應(yīng)力， =0。 4）牛頓）牛頓1686年提出，后人驗(yàn)證年提出，后人驗(yàn)證.dyduYUAF流體及其物理性質(zhì)（流體及其物理性質(zhì)（Fluid and Its Properties）流體及其物理性質(zhì)（流體及其物理性質(zhì)（Fluid and Its Properties）ndydu)(01、賓漢型流體： 00，

33、n=1,=Const2、假(偽)塑性流體： 0=0，n15、理想流體： 0=0，=0流體流體及其物理性質(zhì)（流體及其物理性質(zhì)（Fluid and Its Properties）粘性的量度粘性的量度 1）定義：粘性大小由粘度來量度。流體的粘度是由流動(dòng)）定義：粘性大小由粘度來量度。流體的粘度是由流動(dòng)流體的內(nèi)聚力和分子的動(dòng)量交換所引起的。流體的內(nèi)聚力和分子的動(dòng)量交換所引起的。 2）分類）分類 動(dòng)力粘度動(dòng)力粘度：是反映流體粘滯性大小的系數(shù)，單位：是反映流體粘滯性大小的系數(shù)，單位Ns/m2 運(yùn)動(dòng)粘度運(yùn)動(dòng)粘度：又稱運(yùn)動(dòng)粘性系數(shù)，單位：又稱運(yùn)動(dòng)粘性系數(shù)，單位m2/s 流體及其物理性質(zhì)（流體及其物理性質(zhì)（Flu

34、id and Its Properties）流體及其物理性質(zhì)（流體及其物理性質(zhì)（Fluid and Its Properties）v 氣體動(dòng)力黏度隨溫度的變化可近似用Sutherland公式：v 混合氣體的動(dòng)力黏度可以用下列近似關(guān)系式3/20273()273STTS1/21/211()/()nniiiiiiiMM流體及其物理性質(zhì)（流體及其物理性質(zhì)（Fluid and Its Properties） 粘度的影響因素粘度的影響因素（1）流體種類：）流體種類：相同條件下液體的粘度一般大于氣體相同條件下液體的粘度一般大于氣體 的粘度。的粘度。（2）壓強(qiáng)：）壓強(qiáng)：常見的流體水、氣體等，常見的流體水、氣體

35、等， 值隨壓強(qiáng)的變值隨壓強(qiáng)的變 化不化不 大，一般可忽略不計(jì)。大，一般可忽略不計(jì)。（3）溫度：）溫度：是影響粘度的主要因素。當(dāng)溫度升高時(shí)，是影響粘度的主要因素。當(dāng)溫度升高時(shí)， 液體的粘度減小，氣體的粘度增加。液體的粘度減小，氣體的粘度增加。 流體及其物理性質(zhì)（流體及其物理性質(zhì)（Fluid and Its Properties）v理想流體理想流體（簡化的力學(xué)模型）：（簡化的力學(xué)模型）： =0 （不考慮粘性）（不考慮粘性）流體及其物理性質(zhì)（流體及其物理性質(zhì)（Fluid and Its Properties）v粘性流體粘性流體（實(shí)際流體）：（實(shí)際流體）： 0 （考慮粘性）（考慮粘性）v例2-3 氣缸

36、的內(nèi)徑D=152.6mm，活塞的直徑d=152.4mm，長l=304.8mm。已知潤滑油的運(yùn)動(dòng)粘度v=9.14410-5m2 /s，密度為920kg/m3 ,活塞的運(yùn)動(dòng)速度為6m/s,試求克服摩擦阻力所消耗的功率。v例2-4 試計(jì)算例2-1中所述煙氣在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的動(dòng)力黏度和運(yùn)動(dòng)黏度。流體及其物理性質(zhì)（流體及其物理性質(zhì)（Fluid and Its Properties）液體的表面性質(zhì)液體的表面性質(zhì)表面張力表面張力 表面張力現(xiàn)象：表面張力現(xiàn)象：空氣中的雨滴呈球狀，液體的自由表面好像一個(gè)被拉緊了的彈性薄膜。 定義：定義： 在液體表面，分子作用范圍內(nèi)，由于分子引力大 于斥力，在表面沿表面方向產(chǎn)生張力。 方向方向：與液體表面相切。 大小：大?。嚎捎杀砻鎲挝婚L度上所受的張力來量度。 單位：單位：N/m 不同的液體在不同的溫度下具有不同的表面張力值。液體的表面張力都隨著溫度的上升上升而下降下降。 流體及其物理性質(zhì)（流體