ch01流体力学第一章
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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。
绪论流体的特点流体力学是研究流体在外力作用下平衡和运动规律的一门科学。
我们知道,在力的作用下,一切物质都呈现或多或少的变形,一个给定的力产生一个确定的变形,如果撤去这个力之后,变形消失,这种变形叫做弹性变形;如果在撤去这个力之后,产生永久变形,这种变形就叫做塑性变形;而无论在多么小的剪切力的作用下,变形都连续不断地无限增加,这样的变形就叫做流动。
流体就是流动的物质。
流体力学与当代科学技术的联系当代,随着科学和技术的发展,流体力学已经深入到各个科技领域与生产部门。
目前,已经很难找出一个技术部门与流体力学没有或多或少的联系。
例如,航空与航海,飞机与轮船的外形、操纵性、稳定性、向流力提出了广泛的课题,近代发展的宇宙飞行器脱离和重返大气层等,都离不开流体动力学及空气动力学的基本原理。
其次,水利工程的建设,河流的治理及利用,水库、大型水利枢纽的设计与建造,洪峰预报,环境污染预报,河流泥沙的预测(例如黄河的泥沙)都与流体力学紧密相联。
再其次,如气象科学中的天气预报也绝对离不开流体力学,天文学中,有研究组成星云的气状物质运动的宇宙流体力学。
在工业部门,石油化工、冶金、土建、甚至于象粮食加工、面粉输运都离不开流体力学。
在医学部门,又出现了一门新的科学-生物流体力学(这是一门边缘科学),研究人体内血液的流动,研制人工心脏等都要根据流体力学的基本原理。
还有,近年来发展的磁流体力学。
流体力学与本专业的联系对于我们电力工业,尤其对我们热动专业的学生。
由于在电力工业中无论是水电站,还是火力发电厂,以及原子能电站,地热电站,它们的工作介质均是流体。
所以,动力设备的设计和运行都必须服从流体力学的规律。
此外,汽轮机叶片最优形式的设计,泵与风机叶片的最优形式的设计,都必须掌握流体力学的基本理论。
流体力学发展史上的重要学者流体力学作为一门独立的学科,开始于伯努利(1700-1783)和欧拉(1707-1783)所处的18世纪。
伯努利首先采用了流体动力学这个术语(并将流体静力学和水力学包括在这门科学之内),并且他还发现了以他的名字命名的著名的伯努利方程。