第一章緒論(流體力學(xué)60學(xué)時(shí))

1、流體力學(xué)與泵與風(fēng)機(jī)流體力學(xué) 58+6(實(shí)驗(yàn))/4.0 教材: 流體力學(xué)與泵與風(fēng)機(jī) 建筑設(shè)備教研室 薛永飛 流流 體體 : 易于流動(dòng)的物體 流體力學(xué)流體力學(xué) : 宏觀(微觀)的機(jī)械性質(zhì); 外力作用下平衡及運(yùn)動(dòng)規(guī)律 易流動(dòng)性易流動(dòng)性: 不能抵抗無(wú)論多么小的拉力 和剪切力研究方法： 理論分析 實(shí)驗(yàn)研究 數(shù)值計(jì)算第一章-緒論一.流體力學(xué)學(xué)科發(fā)展簡(jiǎn)介 特點(diǎn) 阿基米德浮力定律 漏壺計(jì)時(shí) 水輪機(jī), 皮老虎第一時(shí)期-17世紀(jì)中葉以前 1823-1845年Novier-Stokes方程 1840年泊蕭葉流動(dòng) 1845年亥姆霍茲定理 1883年雷諾的發(fā)現(xiàn) 1891年速度環(huán)量概念 特點(diǎn) 1678年牛頓實(shí)驗(yàn) 1738

2、年伯努力方程 1752年達(dá)朗伯佯謬 1775年歐拉運(yùn)動(dòng)方程 1781年復(fù)位勢(shì)理論第二時(shí)期-17世紀(jì)末葉至19世紀(jì)末葉 1912年卡門渦街 1921年動(dòng)量積分關(guān)系式 1932年熱線流速計(jì) 1947年電子計(jì)算機(jī) 1954年湍流特性的出色測(cè)量 特點(diǎn) 1902年庫(kù)塔定理 1904年邊界層理論 1910-1945年機(jī)翼理論與實(shí)驗(yàn)的極大發(fā)展第三時(shí)期-20世紀(jì)初葉至20世紀(jì)中葉 特點(diǎn) 前沿-湍流,流動(dòng)穩(wěn)定性,渦旋和非定常流 交叉學(xué)科和新分支: 工業(yè)流體力學(xué);氣體力學(xué);環(huán)境流體力學(xué) 稀薄氣體力學(xué);電磁流體力學(xué);微機(jī)電系統(tǒng) 宇宙氣體力學(xué);液體動(dòng)力學(xué);微尺度流動(dòng)與傳熱 地球流體力學(xué);非牛頓流體力學(xué) 生物流體力學(xué);

3、多相流體力學(xué) 物理-化學(xué)流體力學(xué);滲流力學(xué)和流體機(jī)械等第四時(shí)期-20世紀(jì)中葉以后卡門渦街DVReVD21. 0VfDSt美國(guó)著名的塔科馬海峽大橋1940年11月7號(hào)在八級(jí)大風(fēng)中崩塌,是卡門渦街造成巨大破壞的例子.順 風(fēng)側(cè)風(fēng)側(cè)逆風(fēng)6101 . 0510110210310410300100301031 . 03 . 01XCRe“阻力危機(jī)”應(yīng)用:有麻點(diǎn)的高爾夫球比光滑的阻力小天衣無(wú)縫流體質(zhì)點(diǎn)連續(xù)介質(zhì)力學(xué)并不萬(wàn)能連續(xù)介質(zhì)假設(shè)，認(rèn)為流體質(zhì)點(diǎn)連續(xù)地充滿了流體所在的整個(gè)空間，流體的宏觀物理量(如v、p、T)滿足一切應(yīng)該遵循的物理定律及輸運(yùn)性質(zhì)，但某此常數(shù)仍需實(shí)驗(yàn)來(lái)確定。 （分子平均自由程遠(yuǎn)小于特征尺寸）1

4、mm3 體積 水: 3.31019 個(gè)分子 空氣: 2.7 1016個(gè)分子10-10mm3 體積 (相當(dāng)于一?；覊m體積)空氣: 2.7 106個(gè)分子失效情況: 稀薄氣體 激波二.連續(xù)介質(zhì)假說(shuō)質(zhì)量力質(zhì)量力: 均勻作用于流體質(zhì)點(diǎn)上,其大小與流體的質(zhì)量成正比：重力、慣性力表面力表面力: 作用于流體表面上的應(yīng)力：切向分力和法向分力0PnZYXdA大小為大小為APA0lim法向應(yīng)力與 n 平行,壓強(qiáng) 切向應(yīng)力與 n 垂直，表面張力方向?yàn)榉较驗(yàn)槿?作用在流體上的力ATA0lim表面張力和接觸角PP0R液體氣體表面張力表面張力: -單位長(zhǎng)度所受拉力接觸角概念接觸角概念: 當(dāng)液體與固體壁面接觸時(shí), 在液體,固

5、體壁面作液體表面的切面, 此切面與固體壁在液體內(nèi)部所夾部分的角度 稱為接觸角, 當(dāng) 為銳角時(shí), 液體潤(rùn)濕固體, 當(dāng) 為鈍角時(shí), 液體不潤(rùn)濕固體水與玻璃的 = 8090 水銀的 = 1380毛細(xì)現(xiàn)象 hgdhghdd)cos(441)cos(2水在玻璃管中上升高度 h=29.8/d(mm)水銀在玻璃管中下降高度 h=10.5/d(mm)四.主要力學(xué)性質(zhì) 1。密度與容重 2。壓縮性和熱脹性 3。粘滯性4.表面張力特性？易流動(dòng)性1.流體的密度和容重x0yzPdTTdppdVMVMV0limgVGadTdpdTTdppd11pVVp11體積膨脹系數(shù) a = (dv/v)/dT= -(d/)/dTdm=

6、d( v)=0 -dv/v = d/彈性模量 E = 1/2. 壓縮性和熱脹性kgNg/807. 9體積壓縮系數(shù)F=AU/H=du/dyYXU0dyFu+duuH3.粘滯性牛頓流體粘性實(shí)驗(yàn)CDBAdbadydydudtddydydtdydud/)(即du/dy等于流體微團(tuán)的角變形速率, 也稱為剪切應(yīng)變率稱動(dòng)力粘性系數(shù), 單位為 N.s/m2 ，Pa.s 為運(yùn)動(dòng)粘性系數(shù), 單位為 m2/s，1 cm2/s=1st流體的粘性隨溫度的變化: 對(duì)液體與氣體因機(jī)理不同變化趨勢(shì)是不同的=du/dy=du/dy各項(xiàng)物理意義=F/A,單位面積的粘滯力，pa指單位速度梯度下的粘滯力，具有力的因次，N.s/m2,

7、故名動(dòng)力粘滯系數(shù)指單位速度，單位體積質(zhì)量下的粘滯力，與質(zhì)量無(wú)關(guān)，名運(yùn)動(dòng)粘滯系數(shù)du/dy，速度梯度，指速度u沿方向y 的變化率粘性的溫度特性: 隨液體溫度升高而降低，隨氣體溫度升高而增加。機(jī)理是由于溫度升高時(shí)，液體的分子引力減小，氣體的分子熱運(yùn)動(dòng)增強(qiáng)，導(dǎo)致動(dòng)量交換的不同例1-5kWMN9 .57302001416. 32763格式問(wèn)題解：認(rèn)為間隙的速度變化呈線性，軸表面的速度為：smdnu/77. 36020036. 01415. 360kWdTMN9 .57602002236. 015350223/13572102 . 0077. 372. 0mNdyduNAT15350136. 013572粘滯應(yīng)力為：所需功率為：粘滯阻力為：五.流體的力學(xué)模型 1.連續(xù)介質(zhì)模型 連續(xù)介質(zhì)假設(shè)