流體力學(xué)導(dǎo)學(xué)

1、工程流體力學(xué) Fluid Dynamicsn任課教師：趙存友任課教師：趙存友nTelTel：1376680167513766801675n要求：關(guān)閉通訊工具要求：關(guān)閉通訊工具流體力學(xué)流體力學(xué) 請(qǐng)學(xué)習(xí)請(qǐng)學(xué)習(xí)流體力學(xué)流體力學(xué)高爾夫球表面為什么有很多小凹坑？高爾夫球表面為什么有很多小凹坑？n最早的高爾夫球最早的高爾夫球n現(xiàn)在的高爾夫球現(xiàn)在的高爾夫球高爾夫球表面為什么有很多小凹坑？高爾夫球表面為什么有很多小凹坑？飛行中的高爾夫球飛行中的高爾夫球汽車(chē)阻力來(lái)自前部還是后部？汽車(chē)阻力來(lái)自前部還是后部？n汽車(chē)發(fā)明于汽車(chē)發(fā)明于1919世紀(jì)末，當(dāng)時(shí)人們認(rèn)為汽車(chē)的阻力主要來(lái)自世紀(jì)末，當(dāng)時(shí)人們認(rèn)為汽車(chē)的阻力主要來(lái)自前

2、部對(duì)空氣的撞擊，因此早期的汽車(chē)后部是陡峭的，稱為前部對(duì)空氣的撞擊，因此早期的汽車(chē)后部是陡峭的，稱為箱型車(chē)，阻力系數(shù)箱型車(chē)，阻力系數(shù)C CD D很大，約為很大，約為0.80.8。汽車(chē)阻力來(lái)自前部還是后部？汽車(chē)阻力來(lái)自前部還是后部？n實(shí)際上汽車(chē)阻力主要來(lái)自后部形成的尾流，稱為形狀阻力。實(shí)際上汽車(chē)阻力主要來(lái)自后部形成的尾流，稱為形狀阻力。汽車(chē)阻力來(lái)自前部還是后部？汽車(chē)阻力來(lái)自前部還是后部？n2020世紀(jì)世紀(jì)3030年代起，人們開(kāi)始運(yùn)用流體力學(xué)原理改進(jìn)汽車(chē)尾部形狀，出年代起，人們開(kāi)始運(yùn)用流體力學(xué)原理改進(jìn)汽車(chē)尾部形狀，出現(xiàn)甲殼蟲(chóng)型，阻力系數(shù)降至現(xiàn)甲殼蟲(chóng)型，阻力系數(shù)降至0.60.6。汽車(chē)阻力來(lái)自前部還是后

3、部？汽車(chē)阻力來(lái)自前部還是后部？n2020世紀(jì)世紀(jì)50506060年代改進(jìn)為船型，阻力系數(shù)為年代改進(jìn)為船型，阻力系數(shù)為0.450.45。汽車(chē)阻力來(lái)自前部還是后部？汽車(chē)阻力來(lái)自前部還是后部？n80年代經(jīng)過(guò)風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)研究后，又改進(jìn)為魚(yú)型，阻力系數(shù)為0.3。 n以后進(jìn)一步改進(jìn)為楔型，阻力系數(shù)為0.2。n9090年代后，科研人員研制開(kāi)發(fā)的未來(lái)型汽車(chē)，阻力系數(shù)僅年代后，科研人員研制開(kāi)發(fā)的未來(lái)型汽車(chē)，阻力系數(shù)僅為為0.1370.137。 經(jīng)過(guò)近經(jīng)過(guò)近8080年的研究改進(jìn)，汽車(chē)阻力系數(shù)從年的研究改進(jìn)，汽車(chē)阻力系數(shù)從0.80.8降至降至0.1370.137，阻力減小為原來(lái)的阻力減小為原來(lái)的1/5 1/5 。

4、目前，在汽車(chē)外形設(shè)計(jì)中流體力學(xué)性能研究已占主導(dǎo)地目前，在汽車(chē)外形設(shè)計(jì)中流體力學(xué)性能研究已占主導(dǎo)地位，合理的外形使汽車(chē)具有更好的動(dòng)力學(xué)性能和更低的耗位，合理的外形使汽車(chē)具有更好的動(dòng)力學(xué)性能和更低的耗油油率率。汽車(chē)阻力來(lái)自前部還是后部？汽車(chē)阻力來(lái)自前部還是后部？流體無(wú)所不在流體無(wú)所不在天氣與氣候天氣與氣候交通工具：汽車(chē)、火車(chē)、輪船、飛機(jī)等交通工具：汽車(chē)、火車(chē)、輪船、飛機(jī)等環(huán)境環(huán)境生理學(xué)和醫(yī)學(xué)生理學(xué)和醫(yī)學(xué)運(yùn)動(dòng)與休閑運(yùn)動(dòng)與休閑還有其它許許多多的例子還有其它許許多多的例子! !旋風(fēng)旋風(fēng)閃電閃電全球氣候全球氣候颶風(fēng)颶風(fēng)天氣與氣候交通工具飛機(jī)飛機(jī)高速鐵路高速鐵路水面艦只水面艦只潛艇潛艇環(huán) 境空氣污染空氣污染

5、河流水力河流水力橋梁建筑橋梁建筑生理學(xué)和醫(yī)學(xué)輸血管輸血管心臟起搏器心臟起搏器運(yùn)動(dòng)與休閑水上運(yùn)動(dòng)水上運(yùn)動(dòng)自行車(chē)運(yùn)動(dòng)自行車(chē)運(yùn)動(dòng)賽車(chē)賽車(chē)沖浪沖浪汽艇汽艇用翼柵及高溫，化學(xué)，多相流動(dòng)理論設(shè)計(jì)制造成功大用翼柵及高溫，化學(xué)，多相流動(dòng)理論設(shè)計(jì)制造成功大型氣輪機(jī)，水輪機(jī)，渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)等動(dòng)力機(jī)械，為人類型氣輪機(jī)，水輪機(jī)，渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)等動(dòng)力機(jī)械，為人類提供單機(jī)達(dá)百萬(wàn)千瓦的強(qiáng)大動(dòng)力。提供單機(jī)達(dá)百萬(wàn)千瓦的強(qiáng)大動(dòng)力。汽輪機(jī)葉片汽輪機(jī)葉片 用翼柵及高溫，化學(xué)，多相流動(dòng)理論設(shè)計(jì)制造成功用翼柵及高溫，化學(xué)，多相流動(dòng)理論設(shè)計(jì)制造成功大型氣輪機(jī)，水輪機(jī)，渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)等動(dòng)力機(jī)械，為人大型氣輪機(jī)，水輪機(jī)，渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)等動(dòng)力機(jī)械，為人類提供單

6、機(jī)達(dá)百萬(wàn)千瓦的強(qiáng)大動(dòng)力。類提供單機(jī)達(dá)百萬(wàn)千瓦的強(qiáng)大動(dòng)力。水輪機(jī)水輪機(jī)通過(guò)各個(gè)教學(xué)環(huán)節(jié)，使學(xué)生掌握流體力學(xué)的基本通過(guò)各個(gè)教學(xué)環(huán)節(jié)，使學(xué)生掌握流體力學(xué)的基本知識(shí)（基本概念、原理和研究方法）、有關(guān)的計(jì)算知識(shí)（基本概念、原理和研究方法）、有關(guān)的計(jì)算和必要的實(shí)驗(yàn)技能，對(duì)工程實(shí)踐中有關(guān)的流體力學(xué)和必要的實(shí)驗(yàn)技能，對(duì)工程實(shí)踐中有關(guān)的流體力學(xué)問(wèn)題能夠應(yīng)用流體力學(xué)知識(shí)進(jìn)行分析并具備一定的問(wèn)題能夠應(yīng)用流體力學(xué)知識(shí)進(jìn)行分析并具備一定的解決實(shí)際問(wèn)題的能力，為后續(xù)專業(yè)課的學(xué)習(xí)和將來(lái)解決實(shí)際問(wèn)題的能力，為后續(xù)專業(yè)課的學(xué)習(xí)和將來(lái)從事專業(yè)技術(shù)工作打下基礎(chǔ)。從事專業(yè)技術(shù)工作打下基礎(chǔ)。課程性質(zhì)、目的和意義課程性質(zhì)、目的和意義本課

7、程本課程是機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化專業(yè)一門(mén)重是機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化專業(yè)一門(mén)重要的技術(shù)基礎(chǔ)課，是必不可少的先修課程。要的技術(shù)基礎(chǔ)課，是必不可少的先修課程。目的和意義：目的和意義：性質(zhì)：性質(zhì)：本門(mén)課程講授的內(nèi)容體系本門(mén)課程講授的內(nèi)容體系1 1、緒論、緒論2 2、流體靜力學(xué)、流體靜力學(xué)3 3、流體動(dòng)力學(xué)及工程應(yīng)用、流體動(dòng)力學(xué)及工程應(yīng)用4 4、相似原理與量綱分析、相似原理與量綱分析5 5、管流損失和水力計(jì)算、管流損失和水力計(jì)算6 6、孔口和管嘴出流、孔口和管嘴出流7 7、縫隙流、縫隙流教學(xué)參考書(shū)籍教學(xué)參考書(shū)籍教材：教材：工程流體力學(xué)高等教育出版社，2010年，趙存友先修課程要求：先修課程要求：高等數(shù)學(xué)

8、、物理學(xué)、理論力學(xué)、材料力學(xué)參考教材：參考教材：1張也影主編，流體力學(xué)，高等教育出版社，19992杜廣生主編，流體力學(xué)，機(jī)械工業(yè)出版社，20043姜興華等編，流體力學(xué)，西南交通大學(xué)出版社，19994禹華謙主編，工程流體力學(xué)，高等教育出版社，20045禹華謙編著，工程流體力學(xué)新型習(xí)題集，天津大學(xué)出版 社，20056李玉柱主編，工程流體力學(xué)，清華大學(xué)出版社，20067劉鶴年編著，流體力學(xué)，中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2007 考核方法 采用考試（采用考試（60%60%）+ +作業(yè)（作業(yè)（5%5%）+ +實(shí)驗(yàn)（實(shí)驗(yàn)（10%10%）+ +出勤（出勤（5%5%）+ +綜合能力和素質(zhì)訓(xùn)練考核（綜合能力和素質(zhì)訓(xùn)練考

9、核（20%20%）的）的考核方式考核方式, ,即平時(shí)成績(jī)占總成績(jī)的即平時(shí)成績(jī)占總成績(jī)的40%40%，期末采用，期末采用閉卷考試形式，重點(diǎn)考核對(duì)知識(shí)的運(yùn)用能力，成閉卷考試形式，重點(diǎn)考核對(duì)知識(shí)的運(yùn)用能力，成績(jī)占總成績(jī)的績(jī)占總成績(jī)的60%60%。 學(xué)習(xí)網(wǎng)站 1) http:/ 2) http:/ 3) http:/ 4) http:/ 5) http:/ 和結(jié)果；和結(jié)果；2.2.作業(yè)須作業(yè)須按時(shí)交按時(shí)交，課程結(jié)束時(shí)沒(méi)完成作業(yè)者，不能參加考試；，課程結(jié)束時(shí)沒(méi)完成作業(yè)者，不能參加考試；3.3.作業(yè)的成績(jī)占總評(píng)成績(jī)的作業(yè)的成績(jī)占總評(píng)成績(jī)的5% 5% ；本課程有實(shí)驗(yàn)，必本課程有實(shí)驗(yàn)，必須須按要求完成按要求完

10、成1.1.按照規(guī)定的時(shí)間、地點(diǎn)進(jìn)行上好實(shí)驗(yàn)課；按照規(guī)定的時(shí)間、地點(diǎn)進(jìn)行上好實(shí)驗(yàn)課；2.2.課前須預(yù)習(xí)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)，實(shí)驗(yàn)后按規(guī)定的時(shí)間交實(shí)驗(yàn)報(bào)告；課前須預(yù)習(xí)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)，實(shí)驗(yàn)后按規(guī)定的時(shí)間交實(shí)驗(yàn)報(bào)告；3. 3. 無(wú)實(shí)驗(yàn)成績(jī)，最后成績(jī)?yōu)椴患案?。無(wú)實(shí)驗(yàn)成績(jī)，最后成績(jī)?yōu)椴患案??；疽螅夯疽螅海? 1）了解工程流體力學(xué)研究對(duì)象及方法、）了解工程流體力學(xué)研究對(duì)象及方法、 表面張力的形成及計(jì)算；表面張力的形成及計(jì)算；（2 2）掌握流體物理性質(zhì)及其連續(xù)介質(zhì)概念和模型包掌握流體物理性質(zhì)及其連續(xù)介質(zhì)概念和模型包括粘性、牛頓內(nèi)摩擦定律、流體的壓縮性、膨脹性、括粘性、牛頓內(nèi)摩擦定律、流體的壓縮性、膨脹性、流體質(zhì)點(diǎn)等

11、。流體質(zhì)點(diǎn)等。重點(diǎn)：重點(diǎn)：粘粘性、牛頓內(nèi)摩擦定律、連續(xù)介質(zhì)概念。性、牛頓內(nèi)摩擦定律、連續(xù)介質(zhì)概念。 難點(diǎn)難點(diǎn)：牛頓內(nèi)摩擦定律的具體應(yīng)用。牛頓內(nèi)摩擦定律的具體應(yīng)用。 1.1 1.1 工程流體力學(xué)的研究對(duì)象、任務(wù)和方法工程流體力學(xué)的研究對(duì)象、任務(wù)和方法 流體力學(xué)是力學(xué)的一個(gè)分支，是研究流體平衡流體力學(xué)是力學(xué)的一個(gè)分支，是研究流體平衡和宏觀運(yùn)動(dòng)規(guī)律及其應(yīng)用的科學(xué)。在工程技術(shù)中應(yīng)和宏觀運(yùn)動(dòng)規(guī)律及其應(yīng)用的科學(xué)。在工程技術(shù)中應(yīng)用流體力學(xué)，形成的學(xué)科叫工程流體力學(xué)用流體力學(xué)，形成的學(xué)科叫工程流體力學(xué) 。1 1、工程流體力學(xué)、工程流體力學(xué)2 2、研究對(duì)象、研究對(duì)象 流體：氣體和液體流體：氣體和液體 3 3、流

12、體的定義、流體的定義 根據(jù)力學(xué)中的應(yīng)力理論來(lái)定義，在靜力平衡時(shí)，根據(jù)力學(xué)中的應(yīng)力理論來(lái)定義，在靜力平衡時(shí)，不能承受剪切力的物質(zhì)。不能承受剪切力的物質(zhì)。4 4、流體的基本特征、流體的基本特征(1)(1)易流動(dòng)性：在剪切力的作用下發(fā)生連續(xù)不斷易流動(dòng)性：在剪切力的作用下發(fā)生連續(xù)不斷 的變形；的變形；(2)(2)不能受拉，只能受壓不能受拉，只能受壓；(3)(3)形狀，取決于約束邊界形狀；形狀，取決于約束邊界形狀；(4)(4)流體的物理性質(zhì)不同，即使相同的邊界必將流體的物理性質(zhì)不同，即使相同的邊界必將 產(chǎn)生不同的流動(dòng)。產(chǎn)生不同的流動(dòng)。流動(dòng)性的應(yīng)用：便于管道進(jìn)行運(yùn)輸，適宜于供熱、流動(dòng)性的應(yīng)用：便于管道進(jìn)行

13、運(yùn)輸，適宜于供熱、制冷等。流體不能承受拉力，只能承受壓力，其制冷等。流體不能承受拉力，只能承受壓力，其抗壓能力和易流動(dòng)性的應(yīng)用：利用蒸汽壓力推動(dòng)抗壓能力和易流動(dòng)性的應(yīng)用：利用蒸汽壓力推動(dòng)氣輪機(jī)發(fā)電，利用液壓、氣壓傳動(dòng)各種機(jī)械等。氣輪機(jī)發(fā)電，利用液壓、氣壓傳動(dòng)各種機(jī)械等。流動(dòng)現(xiàn)象：微風(fēng)吹過(guò)平靜的池水，水面因受氣流流動(dòng)現(xiàn)象：微風(fēng)吹過(guò)平靜的池水，水面因受氣流的摩擦力（沿水面作用的剪切力）作用而波動(dòng)；的摩擦力（沿水面作用的剪切力）作用而波動(dòng)；斜坡上的水，因受重力沿坡面方向的切向分力而斜坡上的水，因受重力沿坡面方向的切向分力而往低處流往低處流(1) 理論方法：理論方法： 通過(guò)對(duì)流體物理性質(zhì)和運(yùn)動(dòng)特征的科

14、通過(guò)對(duì)流體物理性質(zhì)和運(yùn)動(dòng)特征的科 學(xué)抽象，學(xué)抽象，提出合理的理論模型，并能提出合理的理論模型，并能 運(yùn)用數(shù)學(xué)方法求出運(yùn)用數(shù)學(xué)方法求出理論結(jié)果，以達(dá)到揭示運(yùn)動(dòng)規(guī)律的目的。理論結(jié)果，以達(dá)到揭示運(yùn)動(dòng)規(guī)律的目的。建立模型建立模型推導(dǎo)方程推導(dǎo)方程求解方程求解方程解釋結(jié)果解釋結(jié)果5 5、流體力學(xué)的研究方法、流體力學(xué)的研究方法(2) 實(shí)驗(yàn)方法：實(shí)驗(yàn)方法： 通過(guò)對(duì)具體流動(dòng)的觀察和測(cè)量，來(lái)認(rèn)識(shí)流動(dòng)的規(guī)通過(guò)對(duì)具體流動(dòng)的觀察和測(cè)量，來(lái)認(rèn)識(shí)流動(dòng)的規(guī)律，其實(shí)驗(yàn)包括原型觀測(cè)律，其實(shí)驗(yàn)包括原型觀測(cè) 和模型實(shí)驗(yàn)，而以模型實(shí)和模型實(shí)驗(yàn)，而以模型實(shí)驗(yàn)為主。驗(yàn)為主。 將實(shí)際流體問(wèn)題概括為相似的實(shí)驗(yàn)?zāi)?shí)際流體問(wèn)題概括為相似的實(shí)驗(yàn)?zāi)?/p>

15、 型，型，在實(shí)驗(yàn)中觀察現(xiàn)象、測(cè)定數(shù)據(jù)并在實(shí)驗(yàn)中觀察現(xiàn)象、測(cè)定數(shù)據(jù)并 進(jìn)而按照一定方法進(jìn)而按照一定方法推測(cè)實(shí)際結(jié)果。推測(cè)實(shí)際結(jié)果。相似理論相似理論模型試驗(yàn)?zāi)Ｐ驮囼?yàn)測(cè)測(cè) 量量數(shù)據(jù)分析數(shù)據(jù)分析(3) 數(shù)值方法：數(shù)值方法： 根據(jù)理論分析與實(shí)驗(yàn)觀測(cè)擬定計(jì)算方根據(jù)理論分析與實(shí)驗(yàn)觀測(cè)擬定計(jì)算方 案，在計(jì)算機(jī)應(yīng)用的基礎(chǔ)上，采用各種離散化案，在計(jì)算機(jī)應(yīng)用的基礎(chǔ)上，采用各種離散化方法（有限差分法、有限元方法（有限差分法、有限元 法等），建立各法等），建立各種數(shù)學(xué)模型通過(guò)編制程序輸入數(shù)據(jù)用計(jì)算機(jī)獲種數(shù)學(xué)模型通過(guò)編制程序輸入數(shù)據(jù)用計(jì)算機(jī)獲得定量描述流場(chǎng)的數(shù)值解。得定量描述流場(chǎng)的數(shù)值解。計(jì)算流體力學(xué)計(jì)算流體力學(xué)有限差分

16、法有限差分法有限元法有限元法邊界元法邊界元法譜分析等譜分析等（1 1）密度：?jiǎn)挝惑w積流體的質(zhì)量，即流體質(zhì)量在空密度：?jiǎn)挝惑w積流體的質(zhì)量，即流體質(zhì)量在空 間的密集程度，簡(jiǎn)稱為密度，用間的密集程度，簡(jiǎn)稱為密度，用 表示。表示。 0ddlimVmmVV,mV分別為流體微團(tuán)的質(zhì)量和體積。分別為流體微團(tuán)的質(zhì)量和體積。Vm1 1、慣性、慣性 1.2 1.2 流體的主要物理性質(zhì)流體的主要物理性質(zhì)對(duì)于均質(zhì)流體對(duì)于均質(zhì)流體對(duì)于非均質(zhì)液體對(duì)于非均質(zhì)液體m Vm , V （2）重度）重度（Formula）：）： 重量密度重量密度(Specific Weight)，即單位體積流體的重量，即單位體積流體的重量簡(jiǎn)稱為重度

17、簡(jiǎn)稱為重度, 用用 表示。表示。 g 對(duì)于均質(zhì)流體，其重度為對(duì)于均質(zhì)流體，其重度為 ， 若不指明溫度，若不指明溫度，水的重度水的重度 =9810kg/m2s2VGgg4蒸餾水的比體積蒸餾水的比體積3w=0.001m /kg（3） 流體的流體的比容（比容（比體積）：（比體積）：（m3/kg) 1Vm（4）流體的相對(duì)密度）流體的相對(duì)密度:wwwmSm 40C蒸餾水的蒸餾水的密度密度某液體的質(zhì)量與同體積某液體的質(zhì)量與同體積4 4C C（嚴(yán)格說(shuō)是（嚴(yán)格說(shuō)是3.983.98C C）蒸餾水質(zhì)量之比，它是無(wú)量綱的純數(shù)，即蒸餾水質(zhì)量之比，它是無(wú)量綱的純數(shù)，即 3w1000kg/m 40C蒸餾水蒸餾水的比體積的

18、比體積3w0.001m /kg流體密度、比體積數(shù)值與相對(duì)密度的關(guān)系為：流體密度、比體積數(shù)值與相對(duì)密度的關(guān)系為：31000 kg/mS30.001/ m /kgS2 2、黏性（、黏性（viscosityviscosity）黏性：黏性：當(dāng)流體運(yùn)動(dòng)時(shí)，流體內(nèi)部各質(zhì)點(diǎn)間或流體當(dāng)流體運(yùn)動(dòng)時(shí)，流體內(nèi)部各質(zhì)點(diǎn)間或流體層間會(huì)因相對(duì)運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生層間會(huì)因相對(duì)運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生內(nèi)摩擦力（剪切力）內(nèi)摩擦力（剪切力）以以抵抗其相對(duì)運(yùn)動(dòng)，流體的這種性質(zhì)稱為抵抗其相對(duì)運(yùn)動(dòng)，流體的這種性質(zhì)稱為粘性粘性。此。此內(nèi)摩擦力稱為粘滯力（粘性切應(yīng)力內(nèi)摩擦力稱為粘滯力（粘性切應(yīng)力）。粘性是流粘性是流體的固有屬性體的固有屬性。 流體運(yùn)動(dòng)時(shí)才顯示出來(lái)

19、，靜止時(shí)顯示不出來(lái)。流體運(yùn)動(dòng)時(shí)才顯示出來(lái)，靜止時(shí)顯示不出來(lái)。 流體阻止發(fā)生剪切變形的一種特性，是流體阻止發(fā)生剪切變形的一種特性，是流體的內(nèi)摩擦特性。流體的內(nèi)摩擦特性。粘性粘性 流體內(nèi)摩擦的概念最流體內(nèi)摩擦的概念最早由早由牛頓（牛頓（Newton, 1687）提出。）提出。（1）牛頓內(nèi)摩擦定律）牛頓內(nèi)摩擦定律 由庫(kù)侖（由庫(kù)侖（C.A.Coulomb, 1784）用實(shí)驗(yàn)得到證實(shí)。）用實(shí)驗(yàn)得到證實(shí)。 庫(kù)侖分別測(cè)量了普通板、涂臘板和細(xì)沙板，三種庫(kù)侖分別測(cè)量了普通板、涂臘板和細(xì)沙板，三種圓板的衰減時(shí)間，圓板的衰減時(shí)間，三種圓板的衰減時(shí)間均相等三種圓板的衰減時(shí)間均相等。 結(jié)論結(jié)論:衰減的原因，不是圓板與液

20、體之間衰減的原因，不是圓板與液體之間的相互摩擦的相互摩擦 ，而是液體內(nèi)部的摩擦，而是液體內(nèi)部的摩擦 。 實(shí)驗(yàn)證明實(shí)驗(yàn)證明 ：duTAdy牛頓內(nèi)摩擦定律牛頓內(nèi)摩擦定律TduAdy 流體的內(nèi)摩擦力（剪切力）與速度梯度、流層流體的內(nèi)摩擦力（剪切力）與速度梯度、流層的接觸面積成比例，與流體的性質(zhì)有關(guān)，與接觸的接觸面積成比例，與流體的性質(zhì)有關(guān)，與接觸面上的壓力無(wú)關(guān)。面上的壓力無(wú)關(guān)。 dudy速度梯度，即速度在流層法線方向的變化率。速度梯度，即速度在流層法線方向的變化率。A流層接觸面面積流層接觸面面積動(dòng)力黏度，單位動(dòng)力黏度，單位PaPas s牛頓流體和非牛頓流體牛頓流體和非牛頓流體v牛頓流體牛頓流體(Ne

21、wtonian fluid)：符合牛頓內(nèi)摩：符合牛頓內(nèi)摩擦定律的流體。如水、酒精、汽油和一般氣體擦定律的流體。如水、酒精、汽油和一般氣體等分子結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的流體都是牛頓流體。等分子結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的流體都是牛頓流體。v非牛頓流體：非牛頓流體：不符合牛頓內(nèi)摩擦定律的流體。不符合牛頓內(nèi)摩擦定律的流體。如泥漿、有機(jī)膠體、油漆、高分子溶液等。如泥漿、有機(jī)膠體、油漆、高分子溶液等。非牛頓流體包括：非牛頓流體包括：a.a.塑性流體塑性流體( (凝膠、牙膏）凝膠、牙膏）b.b.假塑性流體（泥漿、紙漿、假塑性流體（泥漿、紙漿、高分子溶液）高分子溶液）c.c.脹塑性流體脹塑性流體( (乳化液、油乳化液、油漆、油墨）漆、油墨

22、）相關(guān)概念相關(guān)概念（2）粘性系數(shù)）粘性系數(shù)動(dòng)力粘度動(dòng)力粘度（dynamic viscosity）：）： 反映流體的反映流體的粘性，具有動(dòng)力學(xué)問(wèn)題的量綱。粘性，具有動(dòng)力學(xué)問(wèn)題的量綱。 ， 。 值由值由實(shí)驗(yàn)測(cè)定。實(shí)驗(yàn)測(cè)定。 值表示速度梯度等于值表示速度梯度等于1時(shí)的接觸面上時(shí)的接觸面上的切應(yīng)力。的切應(yīng)力。動(dòng)力粘度的單位是動(dòng)力粘度的單位是PaPas s工程流體力學(xué)的理論公式中常常出現(xiàn)工程流體力學(xué)的理論公式中常常出現(xiàn) 與液體密度與液體密度 的的比，用比，用 表示，稱表示，稱運(yùn)動(dòng)粘度運(yùn)動(dòng)粘度。運(yùn)動(dòng)粘度運(yùn)動(dòng)粘度（kinematic viscosity）：）： 動(dòng)力粘度與密度的比動(dòng)力粘度與密度的比值，即值，

23、即 運(yùn)動(dòng)粘度的單位是運(yùn)動(dòng)粘度的單位是m 2 / s 或或cm 2 / s,mm 2 / s ) 例如：例如：30號(hào)機(jī)械油，就是指這種油在號(hào)機(jī)械油，就是指這種油在50C時(shí)的運(yùn)動(dòng)粘性時(shí)的運(yùn)動(dòng)粘性系數(shù)平均值為系數(shù)平均值為 /sm103026 液體與氣體內(nèi)部分子運(yùn)動(dòng)機(jī)理不同，因此，氣液體與氣體內(nèi)部分子運(yùn)動(dòng)機(jī)理不同，因此，氣體與液體的粘度變化規(guī)律不同。體與液體的粘度變化規(guī)律不同。v液體：溫度液體：溫度，粘度，粘度。v氣體：溫度氣體：溫度，粘度，粘度。溫度影響大。溫度影響大。v液體、氣體：常壓影響小；高壓下：壓強(qiáng)液體、氣體：常壓影響?。桓邏合拢簤簭?qiáng)，粘度，粘度。（3）溫度、壓力對(duì)粘性系數(shù)的影響）溫度、壓力

24、對(duì)粘性系數(shù)的影響（4 4）理想流體與實(shí)際流體理想流體與實(shí)際流體 自然界中存在的流體都具有粘性自然界中存在的流體都具有粘性粘性流體粘性流體或?qū)嶋H流體（或?qū)嶋H流體（practical fluidpractical fluid）。）。流體力學(xué)的研究方法：將實(shí)際流體假想為理想流流體力學(xué)的研究方法：將實(shí)際流體假想為理想流體，找出它的運(yùn)動(dòng)規(guī)律后，再考慮粘性的影響，體，找出它的運(yùn)動(dòng)規(guī)律后，再考慮粘性的影響，修正后再用于實(shí)際流體。修正后再用于實(shí)際流體。0理想流體（理想流體（perfect fluidperfect fluid）：是一種假想的無(wú)粘）：是一種假想的無(wú)粘性的流體，即認(rèn)為性的流體，即認(rèn)為 。 壓縮性壓

25、縮性(Compressible)(Compressible) 流體受壓，體積縮小，密度增大，除去外力流體受壓，體積縮小，密度增大，除去外力后能恢復(fù)原狀的性質(zhì)。后能恢復(fù)原狀的性質(zhì)。 可壓縮性實(shí)際上是流體的彈性。可壓縮性實(shí)際上是流體的彈性。 膨脹性膨脹性(Expansibility)(Expansibility) 流體受熱，體積膨脹，密度減小，溫度下降流體受熱，體積膨脹，密度減小，溫度下降后能恢復(fù)原狀的性質(zhì)。后能恢復(fù)原狀的性質(zhì)。3 3、壓縮性和膨脹性、壓縮性和膨脹性u(píng)液體壓縮系數(shù)（液體壓縮系數(shù)（Compressible Coefficient )Compressible Coefficient )

26、：p，單位，單位1/Pa1/Pa體積彈性模量（體積彈性模量（Bulk ModulusBulk Modulus）：）： E0, 單位單位PaPa 壓縮系數(shù)的倒數(shù)壓縮系數(shù)的倒數(shù) 在實(shí)際工程中，一般認(rèn)為：液體是不可壓縮的；氣體，在實(shí)際工程中，一般認(rèn)為：液體是不可壓縮的；氣體，當(dāng)壓力和溫度在整個(gè)流動(dòng)過(guò)程中變化很小時(shí)（如通風(fēng)系當(dāng)壓力和溫度在整個(gè)流動(dòng)過(guò)程中變化很小時(shí)（如通風(fēng)系統(tǒng)），可按不可壓縮流體處理。統(tǒng)），可按不可壓縮流體處理。如礦井通風(fēng)系統(tǒng)。如礦井通風(fēng)系統(tǒng)。u熱膨脹系數(shù)（熱膨脹系數(shù)（Expansibility Expansibility CoefficientCoefficient）： VCK/ 1

27、,/1 在實(shí)際工程中，由于液體的壓縮系數(shù)和熱在實(shí)際工程中，由于液體的壓縮系數(shù)和熱膨脹系數(shù)都很小，一般認(rèn)為液體是不可壓縮膨脹系數(shù)都很小，一般認(rèn)為液體是不可壓縮的。對(duì)一些特殊情況，如有壓管道的水擊、的。對(duì)一些特殊情況，如有壓管道的水擊、水中爆炸波的傳播，即研究液體的振動(dòng)、沖水中爆炸波的傳播，即研究液體的振動(dòng)、沖擊時(shí)，必須考慮液體的壓縮性。在液壓封閉擊時(shí)，必須考慮液體的壓縮性。在液壓封閉系統(tǒng)或熱水采暖系統(tǒng)中，當(dāng)工作溫度變化較系統(tǒng)或熱水采暖系統(tǒng)中，當(dāng)工作溫度變化較大時(shí)，須考慮體積膨脹對(duì)系統(tǒng)的影響（高壓大時(shí)，須考慮體積膨脹對(duì)系統(tǒng)的影響（高壓鍋爐）。鍋爐）。不可壓縮流體不可壓縮流體流體的每個(gè)質(zhì)點(diǎn)在運(yùn)動(dòng)全過(guò)

28、程中，密度不變化，流體的每個(gè)質(zhì)點(diǎn)在運(yùn)動(dòng)全過(guò)程中，密度不變化，是一種理想化的力學(xué)模型。是一種理想化的力學(xué)模型。液體的壓縮系數(shù)很小，在相當(dāng)大的壓強(qiáng)變化范圍液體的壓縮系數(shù)很小，在相當(dāng)大的壓強(qiáng)變化范圍內(nèi)，密度幾乎不變，如內(nèi)，密度幾乎不變，如20時(shí)，在時(shí)，在101.3kPa2500kPa的變化范圍，水的壓縮系數(shù)是的變化范圍，水的壓縮系數(shù)是4.84410-10氣體的可壓縮性遠(yuǎn)大于液體，是可壓縮流體。幾氣體的可壓縮性遠(yuǎn)大于液體，是可壓縮流體。幾乎所有的自然大氣運(yùn)動(dòng)，在土木工程中常見(jiàn)的氣流乎所有的自然大氣運(yùn)動(dòng)，在土木工程中常見(jiàn)的氣流運(yùn)動(dòng)，密度沒(méi)有明顯變化，可近似看作不可壓縮的。運(yùn)動(dòng)，密度沒(méi)有明顯變化，可近似看

29、作不可壓縮的。相關(guān)概念相關(guān)概念4 4、表面張力特性、表面張力特性表面張力表面張力由于分子間的吸引力，在液體的自由由于分子間的吸引力，在液體的自由 表面上能夠承受極其微小的張力。表面上能夠承受極其微小的張力。毛細(xì)現(xiàn)象毛細(xì)現(xiàn)象( (Capillarity Phenomena):):是指含有細(xì)微縫隙的物體是指含有細(xì)微縫隙的物體與液體接觸時(shí)，在與液體接觸時(shí)，在浸潤(rùn)浸潤(rùn)情況下液體沿縫隙情況下液體沿縫隙上升上升或滲入、在或滲入、在不不浸潤(rùn)浸潤(rùn)情況下液體沿縫隙情況下液體沿縫隙下降下降的現(xiàn)象。的現(xiàn)象。毛細(xì)現(xiàn)象毛細(xì)現(xiàn)象rh 水水毛細(xì)作用的計(jì)算毛細(xì)作用的計(jì)算rh 水水 rh 水銀水銀 對(duì)于對(duì)于水水有有： =0，

30、=0.074N/m對(duì)于對(duì)于水銀水銀有有： =140， =0.514N/m毛細(xì)高度毛細(xì)高度：1.1.為什么荷葉上的露珠總是呈球形？為什么荷葉上的露珠總是呈球形？2.2.一塊毛巾，一頭搭在臉盤(pán)內(nèi)的水中，一塊毛巾，一頭搭在臉盤(pán)內(nèi)的水中，一頭在臉盤(pán)外，過(guò)了一段時(shí)間后，臉盤(pán)一頭在臉盤(pán)外，過(guò)了一段時(shí)間后，臉盤(pán)外的臺(tái)子上濕了一大塊，為什么？外的臺(tái)子上濕了一大塊，為什么？3.3.為什么測(cè)壓管的管徑通常不能小于為什么測(cè)壓管的管徑通常不能小于1 1厘米？厘米？4.4.若測(cè)壓管的讀數(shù)為若測(cè)壓管的讀數(shù)為h1 1，毛細(xì)高度為，毛細(xì)高度為h2 2，則該點(diǎn)的，則該點(diǎn)的測(cè)壓管實(shí)際高度為多少？測(cè)壓管實(shí)際高度為多少？( (測(cè)壓管

31、的工作流體分別測(cè)壓管的工作流體分別為水和水銀為水和水銀) )請(qǐng)請(qǐng) 思思 考考1.3 1.3 連續(xù)介質(zhì)假設(shè)連續(xù)介質(zhì)假設(shè)流體視為流體視為由無(wú)數(shù)連續(xù)分布的由無(wú)數(shù)連續(xù)分布的流體微團(tuán)流體微團(tuán)組成的連續(xù)介質(zhì)。組成的連續(xù)介質(zhì)。 流體微團(tuán)必須具備的四個(gè)條件流體微團(tuán)必須具備的四個(gè)條件宏觀尺寸足夠??；宏觀尺寸足夠??；微觀尺寸足夠大；微觀尺寸足夠大；必須包含足夠多的分子；必須包含足夠多的分子；形狀可以任意劃定。形狀可以任意劃定。優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：(1)(1)避免了流體分子運(yùn)動(dòng)的復(fù)雜性避免了流體分子運(yùn)動(dòng)的復(fù)雜性，只需研究流，只需研究流體的宏觀運(yùn)動(dòng)。體的宏觀運(yùn)動(dòng)。(2)(2)可以利用數(shù)學(xué)工具來(lái)研究流體的平可以利用數(shù)學(xué)工具來(lái)研

32、究流體的平衡與運(yùn)動(dòng)規(guī)律。衡與運(yùn)動(dòng)規(guī)律。流體的連續(xù)介質(zhì)模型流體的連續(xù)介質(zhì)模型n流體是由連續(xù)分布的流體質(zhì)點(diǎn)所組成，每流體是由連續(xù)分布的流體質(zhì)點(diǎn)所組成，每一空間點(diǎn)都被確定的流體質(zhì)點(diǎn)所占據(jù)，其一空間點(diǎn)都被確定的流體質(zhì)點(diǎn)所占據(jù)，其中沒(méi)有間隙，流體的任一物理量可以表達(dá)中沒(méi)有間隙，流體的任一物理量可以表達(dá)成空間坐標(biāo)及時(shí)間的連續(xù)函數(shù)，而且是單成空間坐標(biāo)及時(shí)間的連續(xù)函數(shù)，而且是單值可微函數(shù)。值可微函數(shù)。1.4 1.4 作用在流體上的力作用在流體上的力1 1、表面力（、表面力（surface forcesurface force）：）：0limnnnnAFdFpAdA 0limnAFdFpAdA 壓應(yīng)力壓應(yīng)力剪應(yīng)

33、力剪應(yīng)力 通過(guò)直接接觸，作用在所取流體表面上的力。表面通過(guò)直接接觸，作用在所取流體表面上的力。表面力包括力包括表面切向力表面切向力（切應(yīng)力或摩擦應(yīng)力）和（切應(yīng)力或摩擦應(yīng)力）和表面法向力表面法向力（壓應(yīng)力簡(jiǎn)稱為壓強(qiáng)）。（壓應(yīng)力簡(jiǎn)稱為壓強(qiáng)）。 由流體粘性所引起的內(nèi)摩擦力是表面切向力，平衡流由流體粘性所引起的內(nèi)摩擦力是表面切向力，平衡流體或理想流體，不存在表面切向力，只有表面法向力。體或理想流體，不存在表面切向力，只有表面法向力。AnFFF2 2、質(zhì)量力（、質(zhì)量力（surface forcesurface force）：）： 作用在所取流體體積內(nèi)每個(gè)質(zhì)點(diǎn)上的力，且作用在所取流體體積內(nèi)每個(gè)質(zhì)點(diǎn)上的力，

34、且與質(zhì)量成正比的力。與質(zhì)量成正比的力。 不是通過(guò)兩種物質(zhì)直接接觸而施加的力，而是在某不是通過(guò)兩種物質(zhì)直接接觸而施加的力，而是在某種力場(chǎng)作用在單位質(zhì)量流體上的力，因此也稱長(zhǎng)程力。種力場(chǎng)作用在單位質(zhì)量流體上的力，因此也稱長(zhǎng)程力。 包括重力、慣性力（離心力、科里奧利力）。包括重力、慣性力（離心力、科里奧利力）。思考題：什么是科里奧利力？思考題：什么是科里奧利力？xGXmyGYmGzZm單位與加速度的單位相同，均是單位與加速度的單位相同，均是m/s2 。 質(zhì)量力（質(zhì)量力（ G ）：質(zhì)量）：質(zhì)量，G 。質(zhì)量力包括。質(zhì)量力包括重力和慣性力重力和慣性力。在流體力學(xué)中，常用單位質(zhì)量力在流體力學(xué)中，常用單位質(zhì)量

35、力J 來(lái)衡量質(zhì)量力的大小。來(lái)衡量質(zhì)量力的大小。X、Y、Z分別代表單位質(zhì)量力分別代表單位質(zhì)量力J 在直角坐標(biāo)軸在直角坐標(biāo)軸x、y、z 方向的分量，則方向的分量，則若作用在流體上的質(zhì)量力只有重力，則若作用在流體上的質(zhì)量力只有重力，則0 xG 0yG zGmg 單位質(zhì)量力單位質(zhì)量力0X0YgZ解：因軸與軸套間的解：因軸與軸套間的徑向間隙很小，故設(shè)徑向間隙很小，故設(shè)間隙間隙 內(nèi)流內(nèi)流 體的速度體的速度為線性分布，由式為線性分布，由式 例例1 軸置于軸套中，如圖所示。以軸置于軸套中，如圖所示。以 的力由左端的力由左端推軸向右移動(dòng)，軸移動(dòng)的速度為推軸向右移動(dòng)，軸移動(dòng)的速度為 ，軸的直徑，軸的直徑為為 ，其

36、它尺寸見(jiàn)圖中。求軸與軸套間流體的，其它尺寸見(jiàn)圖中。求軸與軸套間流體的動(dòng)力粘性系數(shù)。動(dòng)力粘性系數(shù)。N90Psm122. 0v5mm7dAvF上式中上式中 PF dlAsPa174. 1122. 02 . 0075. 01416. 3000075. 090dlvPAvFvAdydvAF得得例例2 直徑為直徑為150mm的圓柱，固定不動(dòng)。內(nèi)徑為的圓柱，固定不動(dòng)。內(nèi)徑為151.24mm的的圓筒，同心地套在圓柱之外。二者的長(zhǎng)度均為圓筒，同心地套在圓柱之外。二者的長(zhǎng)度均為250mm。柱面。柱面與筒內(nèi)壁之間的空隙充以甘油，轉(zhuǎn)動(dòng)外筒，轉(zhuǎn)速為與筒內(nèi)壁之間的空隙充以甘油，轉(zhuǎn)動(dòng)外筒，轉(zhuǎn)速為100r/min，測(cè)得轉(zhuǎn)矩

37、為測(cè)得轉(zhuǎn)矩為9.091N.m。求甘油的動(dòng)力粘性系數(shù)。求甘油的動(dòng)力粘性系數(shù)。解：解：vAdydvAFldA60ndv62mm. 02-dd215124. 0100.626015124. 010025. 015124. 0091. 93-s792P. 0a2dFFrTA作業(yè)：作業(yè)：1-3，1-4 1 1、為什么水通常被視為不可壓縮流體？、為什么水通常被視為不可壓縮流體？2 2、自來(lái)水水龍頭突然開(kāi)啟或關(guān)閉時(shí)，、自來(lái)水水龍頭突然開(kāi)啟或關(guān)閉時(shí)， 水是否為不可壓縮流體？為什么？水是否為不可壓縮流體？為什么？3 3、自來(lái)水水龍頭關(guān)閉的情況下，若有滴、自來(lái)水水龍頭關(guān)閉的情況下，若有滴 水，水， 但此時(shí)水表可能不轉(zhuǎn)，為什么？但此時(shí)水表可能不轉(zhuǎn)，為什么？ 過(guò)了一段時(shí)間后，水表又會(huì)動(dòng)一動(dòng)，過(guò)了一段時(shí)間后，水表又會(huì)動(dòng)一動(dòng)， 這又是為什么？這又是為什么？請(qǐng)請(qǐng) 思思 考考1.1. 流體的動(dòng)力黏度與（流體的動(dòng)力黏度與（ ）有關(guān)。）有關(guān)。 A.A.流體種類、溫度、體積等流體種類、溫度、體積等 B.B.流體種類、壓力、體積流體種類、壓力、體積 C.C.流體種類、溫度、壓力等流體種類、溫度、壓力等 D.D.溫度、壓力、體積等溫度、壓力、體積等2.2.理想流體是指（理想流體是指（ ）。）。 A.A.平衡流體平衡流體 B.B.運(yùn)動(dòng)