1-第一讲 流体力学概论

流体力学概论普朗特一、什么是流体力学？流体力学是研究流体运动的科学，涉及流体的力学特性和行为。

流体力学主要分为两个方面：流体静力学和流体动力学。

1.1 流体静力学流体静力学研究静止的流体，即不考虑流体的运动。

在流体静力学中，主要研究流体的压力、密度、体积等静态性质。

1.2 流体动力学流体动力学研究流体的运动行为，包括流体的速度、压力、密度等动态性质。

流体动力学可以进一步分为流体力学和流体力学。

1.2.1 流体力学流体力学研究稳定流动的流体，即流体的速度场和压力场在时间和空间上保持不变。

在流体力学中，主要研究流体的流速、流量、温度等参数。

1.2.2 流体力学流体力学研究非稳定流动的流体，即流体的速度场和压力场在时间和空间上发生变化。

在流体力学中，主要研究流体的湍流、涡旋、湍流能量等现象。

二、普朗特方程普朗特方程是流体力学中的基本方程之一，描述了流体的运动行为。

普朗特方程可以用来解决流体力学中的各种问题，如流体的速度场、压力场等。

普朗特方程的一般形式如下：∂ρ+∇⋅(ρv)=0∂t其中，ρ是流体的密度，v是流体的速度矢量，t是时间，∇是梯度算子。

该方程表示质量守恒定律，即单位时间内通过单位面积的流体质量保持不变。

三、流体的运动行为流体的运动行为可以通过流体的速度场和压力场来描述。

流体的速度场描述了流体在各个位置的速度大小和方向，而压力场描述了流体在各个位置的压力大小。

流体的运动行为受到多种因素的影响，包括流体的黏性、密度、温度等。

黏性是指流体的内部抵抗流动的能力，黏性越大，流体越难流动。

密度是指流体的质量与体积的比值，密度越大，流体越难被压缩。

温度是指流体的分子热运动的程度，温度越高，流体分子的热运动越剧烈。

流体的运动行为可以分为两种基本类型：层流和湍流。

层流是指流体在管道或其他限定空间中沿着规则的路径流动，流速分布均匀。

湍流是指流体在管道或其他限定空间中流动时出现的混乱、不规则的流动，流速分布不均匀。

第一章绪论§1—１流体力学及其任务1、流体力学的任务：研究流体的宏观平衡、宏观机械运动规律及其在工程实际中的应用的一门学科。

研究对象：流体,包括液体和气体。

2、流体力学定义：研究流体平衡和运动的力学规律、流体与固体之间的相互作用及其在工程技术中的应用.3、研究对象：流体(包括气体和液体）。

4、特性：•流动(flow)性，流体在一个微小的剪切力作用下能够连续不断地变形,只有在外力停止作用后,变形才能停止。

•液体具有自由（free surface）表面，不能承受拉力承受剪切力（ shear stress)。

•气体不能承受拉力,静止时不能承受剪切力，具有明显的压缩性，不具有一定的体积，可充满整个容器。

流体作为物质的一种基本形态，必须遵循自然界一切物质运动的普遍，如牛顿的力学定律、质量守恒定律和能量守恒定律等。

5、易流动性：处于静止状态的流体不能承受剪切力,即使在很小的剪切力的作用下也将发生连续不断的变形,直到剪切力消失为止。

这也是它便于用管道进行输送，适宜于做供热、制冷等工作介质的主要原因.流体也不能承受拉力，它只能承受压力.利用蒸汽压力推动气轮机来发电，利用液压、气压传动各种机械等,都是流体抗压能力和易流动性的应用.没有固定的形状，取决于约束边界形状，不同的边界必将产生不同的流动。

6、流体的连续介质模型流体微团——是使流体具有宏观特性的允许的最小体积。

这样的微团，称为流体质点。

流体微团：宏观上足够大,微观上足够小。

流体的连续介质模型为:流体是由连续分布的流体质点所组成，每一空间点都被确定的流体质点所占据,其中没有间隙，流体的任一物理量可以表达成空间坐标及时间的连续函数，而且是单值连续可微函数。

7流体力学应用:航空、造船、机械、冶金、建筑、水利、化工、石油输送、环境保护、交通运输等等也都遇到不少流体力学问题。

例如,结构工程:钢结构，钢混结构等.船舶结构；梁结构等要考虑风致振动以及水动力问题；海洋工程如石油钻井平台防波堤受到的外力除了风的作用力还有波浪、潮夕的作用力等，高层建筑的设计要考虑抗风能力;船闸的设计直接与水动力有关等等。

工程流体力学（水力学）第一章 绪论学习重点：流体的粘性及牛顿内摩擦定律。

尤其是牛顿内摩擦定律应熟练掌握。

了解工程的发展及在工程中的应用。

§1—1 工程流体力学简介1． 工程流体力学——是利用实验和理论分析的方法研究流体的平衡和运动规律及其在工程中的应用的一门学科。

2． 自然界中物质的存在形式有：（1）固体 ← 相应的研究学科有材料力学、弹性力学 等。

（2）液体（3）气体← 统称流体 。

相应的研究学科即流体力学。

3．流体与固体的比较：（1）从微观上说，流体分子之间的距离相对较大，分子运动丰富（振动、转动、移动）。

（2）从宏观上说，流体没有固定的形状，易流动、变形，静止的流体不能承受剪力及拉力。

4．发展史（随着生产的发展，继固体力学之后发展起来的一门学科）：论浮体 （建立在实验、直观基础上）古典水力学（纯理论分析、理论模型） 计算流体力学5．意义：流体力学已经发展成一门涉及多专业的基础性学科。

工程流体力学在工程中的应用也越来越广泛。

例如：给排水、农田灌溉、道路、桥涵、港口设计等等。

§1—2 连续介质假设 流体的主要物理性质 一． 连续介质假设1． 流体的组成：由大量不断运动的分子组成，分子之间有间隙，不连续。

2． 假设：假设将流体看作是由无数质点组成的连续的介质。

因为我们研究的是流体的宏观机械运动而不是微观运动，这样的假设可以满足工程需要。

3． 连续介质：假定流体在充满一个体积空间时，不留任何空隙，整个空间均被流体质点所占据。

4． 质点——宏观体积足够小（可以忽略线性尺寸），但又包含大量分子的集合体。

5． 注：流体的分子运动是客观存在的，在一般的工程计算中可以把流体看成连续的介质，但在特殊情况下还是应加以考虑的。

二． 流体的主要物理性质1．易流动性——是指流体在静止时不能承受切力及不能抵抗剪切变形的性质。

一般的，固体可承受一定的拉力、压力及剪力；而静止的流体只能承受一定的压力。