流體力學(xué)的基本概念

一、流體力學(xué)的基本概念項(xiàng)目六流體力學(xué)基礎(chǔ)

流體：易于流動(dòng)的連續(xù)介質(zhì)，一般分為液體和氣體。由于船舶主要在水中運(yùn)動(dòng)，故我們主要研究水流體的性質(zhì)。通常，水流體的性質(zhì)可以用密度、重度、壓縮性和膨脹性和粘性等來表示。1、密度單位體積所具有的質(zhì)量稱為質(zhì)量密度，或簡(jiǎn)稱為密度。密度ρ可表示為：式中：為m流體質(zhì)量，kg；V為流體體積，m3。一、流體的性質(zhì)2、重度在均質(zhì)流體中，流體具有的重量與其所占的體積之比稱為重度，重度γ可表示為：式中：為G流體重量，N；V為流體體積，m3。

重度與密度的關(guān)系：

密度和重度均為壓力和溫度的函數(shù)。3、壓縮性和膨脹性流體分子間有一定的間隙，當(dāng)溫度保持不變，流體所受壓力增加時(shí)，其體積縮小的性質(zhì)，稱為流體壓縮性。一定壓力下，流體體積（或密度）隨溫度變化而改變的性質(zhì)稱為流體膨脹性。實(shí)驗(yàn)證明，在研究船舶在水中運(yùn)動(dòng)時(shí)，可認(rèn)為水是一種不可壓縮的均質(zhì)流體，其壓縮性和膨脹性忽略不計(jì)。4、粘性和摩擦力

流體流動(dòng)時(shí)，由于流體與固體壁面的附著力及流體本身的分子運(yùn)動(dòng)和內(nèi)聚力，使各流體層的速度不相等。在兩個(gè)相鄰流體層之間的接觸面上，將產(chǎn)生一對(duì)阻礙兩層流體相對(duì)運(yùn)動(dòng)的等值反向的摩擦力，叫做內(nèi)摩擦力。流體流動(dòng)時(shí)，產(chǎn)生內(nèi)摩擦力的這種性質(zhì)叫做流體的粘性。

水具有粘性，表現(xiàn)為：當(dāng)某一層對(duì)相鄰的一層有相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，它們之間即產(chǎn)生切應(yīng)力（內(nèi)摩擦力）。

τ：摩擦切應(yīng)力，N/m2

μ：流體的動(dòng)力粘性系數(shù)，N·s/m2

ν：ν=μ/ρ流體的運(yùn)動(dòng)粘性系數(shù)，

m2/s；

ν和

ρ

均為水溫的函數(shù)，如下表所示。例如：t＝15℃時(shí)，海水運(yùn)動(dòng)粘性系數(shù)ν海水＝1.18831×10-6m2/s，

密度

ρ海水＝1025.91kg/m3。1、邊界層假設(shè)順著流動(dòng)方向放置一薄平板，水流以均勻速度v流經(jīng)平板。當(dāng)水流過平板時(shí)，由于水具有粘性，平板表面處的水質(zhì)點(diǎn)均被吸附在平板上，平板表面上流速為零。隨著與平板表面距離y的增加，流速逐漸增加，當(dāng)y增至某一距離δ時(shí)，其處流速達(dá)到來流的速度值。我們稱存在粘性作用的這一薄層水流為邊界層。考慮粘性作用的流體稱為實(shí)際流體；不考慮粘性作用的流體為理想流體。二、流體運(yùn)動(dòng)的一般概念2、穩(wěn)定流動(dòng)與非穩(wěn)定流動(dòng)

在任意固定空間處，流體運(yùn)動(dòng)速度和壓力僅僅是空間坐標(biāo)的函數(shù)，而不隨時(shí)間變化而變化，具有這種特征的流動(dòng)則稱為穩(wěn)定流動(dòng)，也稱這定常流動(dòng)。反之，流體運(yùn)動(dòng)速度和壓力隨時(shí)間變化而變化，這種流動(dòng)稱為非穩(wěn)定流動(dòng)，也稱為非定常流動(dòng)。3、跡線、流線和流管

運(yùn)動(dòng)流體中的某流體質(zhì)點(diǎn)在連續(xù)時(shí)間內(nèi)所經(jīng)過空間位置的連線稱為跡線。跡線就是流體質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)軌跡。

流線是流場(chǎng)中某一瞬間繪出的一條曲線。在此線上每一點(diǎn)的切線代表在同一瞬時(shí)該點(diǎn)處流體質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)方向。在流場(chǎng)中，任取一封閉曲線，經(jīng)過曲線上每一點(diǎn)都有一條流線，所有流線圍成的管壁狀曲面，稱為流管。4、層流與紊流任何實(shí)際流體的流動(dòng)都具有兩種流動(dòng)狀態(tài)，即層流與紊流。所謂層流是指流體運(yùn)動(dòng)時(shí)，質(zhì)點(diǎn)互相不干擾混雜