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流体力学-第1章(W)

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第1章 流体力学基础知识

第1章 流体力学基础知识

气 业 基 学 1.1.2 流体的密度、压强和温度
西 动 大 础教 院 1. 流体内部一点处的密度 北 力 学 学 在连续介质假设的前提下，可以对流体微团乃至流体内部某一几何点处的密 工 学 航 团 度下定义。
空气 业 基 天学 队 围绕流体内部某一点 P 处划取一块微小空间，设这块空间的容积为 ∆τ ，其
介质平均密度有一个相当稳
西 北
定的值，即 ρ p 。这是因为在
空 工 微元容积缩小过程中。包含
气 业 在微元单位容积内的分子数
西 动 大 目越来越稳定，单个分子的
北 力 学 个性没有显示出来。如果继续缩小微元容积，向零趋近时，单位微元容积内所
空 工 学 航天 包含的介质分子数目就不可能保持常数。在某一瞬间来看问题：如果恰好有几
大 编 dV /V 动 学 教 院 写 式中：E 为体积弹性模数；V 为一定量气体的体积。对于一定质量的气体，其体
力 航 学 积与密度成反比例关系，因此可得
学基 天 团队 dρ = − dV 学ρ V
础 院 编 因此，气体的体积弹性模数可写为
教学 写 E = ρ dp 团 dρ
（1-7）
队 在相同的压强增量作用下，这种相对密度(或体积)的变化的大小和体积弹性
队 作用，微粒的实际占有体积和气体所占空间相比较可以忽略不计。远离液态的
编 气体基本符合这些假设，通常状况下的空气也符合这些假设，可以看作为一种
完全气体。
写
任何状态下，气体的压强、密度和温度之间都存在一定的函数关系，即
p = p(ρ,T )
这个函数关系称之为气体的状态方程。完全气体的状态方程为
p = R ρT m
（1-5）
西 式中： R 为普适气体常数，其数值为 8315 m2 / (s2 ⋅ K ) ；m 为某种气体的分子量；

第1章流体力学与计算流体力学基础

第1章流体力学与计算流体力学基础

第1章 流体力学与计算流体力学基础机进行数值计算，模拟流体流动时的各种相关物理现象，包括流动、热传导、声场等。

计算流体动力学分析广泛应用于航空航天设计、汽车设计、生物医学工业、化工处理工业、1.1 流体力学基础本节将介绍流体力学一些重要的基础知识，包括流体力学的基本概念和基本方程。

流体力学是进行流体力学工程计算的基础，如果想对计算的结果进行分析与整理，在设置边界条件时有所依据，那么学习流体力学的相关知识是必要的。

1.1.1 一些基本概念（1）流体的密度流体密度的定义是单位体积内所含物质的多少。

若密度是均匀的，则有：VM=ρ (1-1) 式中：ρ为流体的密度；M 是体积为V 的流体内所含物质的质量。

由上式可知，密度的单位是kg/m 3。

对于密度不均匀的流体，其某一点处密度的定义为：VMV ΔΔ=→Δ0limρ (1-2)2 Fluent 17.0流体仿真从入门到精通例如，4℃时水的密度为10003kg /m ，常温20℃时空气的密度为1.243kg /m 。

各种流体的具体密度值可查阅相关文献。

流体的密度是流体本身固有的物理量，随着温度和压强的变化而变化。

（2）流体的重度流体的重度与流体密度有一个简单的关系式，即：g ργ= (1-3)式中：g 为重力加速度，值为9.812m /s 。

流体的重度单位为3N /m 。

（3）流体的比重流体的比重定义为该流体的密度与4℃时水的密度之比。

（4）流体的粘性在研究流体流动时，若考虑流体的粘性，则称为粘性流动，相应地称流体为粘性流体；若不考虑流体的粘性，则称为理想流体的流动，相应地称流体为理想流体。

流体的粘性可由牛顿内摩擦定律表示：dyduμτ= (1-4)牛顿内摩擦定律适用于空气、水、石油等大多数机械工业中的常用流体。

凡是符合切应力与速度梯度成正比的流体叫做牛顿流体，即严格满足牛顿内摩擦定律且µ保持为常数的流体，否则就称其为非牛顿流体。

例如，溶化的沥青、糖浆等流体均属于非牛顿流体。

流体力学 - 第一章流体属性及静力学

流体力学 - 第一章流体属性及静力学
第一章 流体属性及静力学
1
第一章
流体属性及静力学
§1-1 流体定义及连续介质假定 §1-2 流体的密度、重度和粘性 §1-3 流体的其他属性 §1-4 作用于流体上的力 §1-5 流体静压力特性及静止流体中 压力变化规律 §1-6 静止流体作用在壁面上的力
第一章 流体属性及静力学
2
重点：连续介质模型，流体的粘性， 作用于流体上的力，静压力的特性，
第一章 流体属性及静力学
31
外力：周围物体对其作用力 。包括周 围流体和固体的作用力 。 外力又可分为： 表面力：表面压力、表面粘性力。自由 面上还有表面张力 ——是一种特殊类型的 表面力 ，液体内分子对表面分子的吸引。 质量力(体积力 )：重力、惯性力、磁场 力等等。
第一章 流体属性及静力学
32
1. 流体的压缩性
如果温度不变，流体的体积随压强增加 而缩小，这种特性称为流体的压缩性，通 常用体积压缩系数 p 来表示。 p 指的是在温度不变时，压强增加一个 单位所引起的流体体积相对缩小量，即：
p
1 dV V dp
第一章 流体属性及静力学
28
流体体积压缩系数的倒数就是流体的体积 弹性模量Ｅ。它指的是流体的单位体积相对变 化所需的压强增量，即：
第一章 流体属性及静力学
25
粘性流体(viscous fluid)：考虑粘性影响。 理想流体(ideal fluid)：不考虑粘性影响。 粘性流体与理想流体的主要差别如下： (1)流体运动时，粘性流体相互接触的流体 层之间有剪切应力作用，而理想流体没有； (2)粘性流体附着于固体表面，即在固体表 面上其流速与固体的速度相同，而理想流体在 固体表面上发生相对滑移。
第一章 流体属性及静力学

第一章 流体力学基础(10)

第一章 流体力学基础(10)

Pa s
在物理单位制中： P，泊 SI单位制和物理单位制粘度单位的换算关系为：
1Pa s 10P 第一章 流体力学基础
牛顿型流体和非流动流体
1）凡遵循牛顿粘性定义的流体称为牛顿型流体；否则 为非流动型流体。 牛顿型流体，如水、空气等； 2) 非流动型流体，如某些高分子溶液、悬浮液、泥浆 和血液等。 3) 本书所涉及的流体多为牛顿型流体。
第一章 流体力学基础
（2）通过喷嘴的流动
1 2
q+w=△h+ g△Z+
1 2 △ u 2
u2 2h1 h2
流体流过收缩喷嘴时获得的动能等于流体韩志的增加
第一章 流体力学基础
（3）通过节流阀的流动
q+w=△h+ g△Z+
1 2 △ u 2
h1 h2
流体截流前后的焓值不变
第一章 流体力学基础
在过程生产中，有些仪表是以静力学基本方程式为理论依
一、压强与压强差测量
1 U型管液柱压差计 指示液密度ρ0，被测流体密度为ρ，图中a、 b两点的压力是相等的，因为这两点都在同一 种静止液体（指示液）的同一水平面上。通 过这个关系，便可求出p1－p2的值。
指示剂的选择
@ 指示液必须与被测流体不 互容； @ 不起化学反应； @ 大于被测流体的密度。 指示液随被测流体的 不同而不同。
实际上流体都是可压缩的，一般把液体当作不可压缩流体； 气体应当属于可压缩流体。但是，如果压力或温度变化率很小 时，通常也可以当作不可压缩流体处理。
第一章 流体力学基础
稳定流动（定态流动）
稳定流动：流体在流动时，在任一点上的流速、压力等有关 物理参数仅随位置变化而不随时间改变。

流体力学第一章

流体力学第一章

解：1、切应力
L
d d
ω
M,ω
dM ddF dddL
2 22
流体力学
d δ
M dM
粘性－例题2
M 2d2Ld 0 2
2、速度梯度（角变形率）
du dn
dy
60
M d dLdn 2 60
流体力学
d d ω
120M d3 2nL
粘性－例题3
例：已知液体中流速分布：矩形分布；三角形分 布；抛物线分布。定性画出切应力分布图
பைடு நூலகம்流体力学
粘性产生的机理1
液体
分子间内聚力
流体团剪切变形
改变分子间距离
分子间引力阻止
距离改变
内摩擦抵抗变形
流体力学
粘性产生的机理2
气体
分子热运动
流体层相对运动
分子热运动产生 流体层之间的动 量交换
内摩擦抵抗相对运动
流体力学
u+u u
粘性应力（内摩擦应力）1
切应力
y
F
C
U
FUU
Ah h
u+u
τ
h
水
1.002 10-3
空气
1.81 10-5
流体力学
运动粘性系数 1.003 10-6 1.5 10-5
几个概念1
牛顿流体与非牛顿流体
作纯剪切运动时，是否符合牛顿内摩擦定律
符合
不符合
（塑）牙膏
0 > 0
油漆
牛非
顿牛 流顿
0
体流
体
流体力学
水
淀粉糊 （假）
du/dy
几个概念2
理想流体
粘性系数为零的流体

流体力学(1)

流体力学(1)
1、粘性的表现：A 与 B 盘之间充满液体，当 B 盘转 时，A 盘也随之转动，为什么? n B 盘转动 粘附到盘 B 上的第1 3 2 层液体转动 1层与2层紧紧吸附 1 2层带3层 在一起并带2层转动 n 3层带 A 盘转动（ n n ）。 转动
A
B
图1-1a 粘性及表现
第一章
流体及其物理性质
1 1 Vd 2 Vd d
则： dV V d
( d 0)
dV 1 m m d (1) d 1 d d( ) d( ) 推导2： 2 V
第一章
流体及其物理性质
○ 弹性模量（数）E ：
p
当：压强升高1个大气压时（即 dp 1at 105 pa）。
1 d 根据： p dp
则： d dp p 105 (109 2) 2 104
第一章
流体及其物理性质
即：当水压升高 1at 时，其密度增加二万分之一倍。
认为：液体不可压缩，即 c 。
第一章
流体及其物理性质
●条件：两板间充满液体，下板固定，上
y
U
F 作用以U 平移。
F
(u du)dt
c d
dy
u du
c
dy
d
b
dudt
d
c
T T
d
a b
u
（快层）
u du
a
图1-3
udt
a
b
u（慢层）
速度分布与流体微团变形
●流层速度分布：附着在上板流层速度为 U ，下板流层 不动，中间层在接触面上产生内摩擦力并相互作用， 其速度按线性（U 较慢）或非线性（U 较快）分布。

第1章流体力学的基本概念

第1章流体力学的基本概念流体力学是研究流体的运动规律及具与物体相互作用的机理的一门专门学科。

本章叙述在以后章节中经常用到的一些基础知识，对于具它基5岀内容在本科的流体力学或水力学中已作介绍,这里不再叙述。

1.1连续介质与流体物理量111连续介质流体^任何物质一样，都是由分子组成的，分子与分子之间是不连续而有空隙的。

例如, 常温下每立方厘米水中约含有3x1022个水分子，相邻分子间距离约为3x10-8厘米。

因而，从微观结构上说,流体是有空隙的、不连续的介质。

但是，详细研究分子的微观运动不是流体力学的任务，我们所关心的不是个别分子的微观运动,而是大呈分子"集体"所显示的特性,也就是所谓的宏观特性或宏观星,这是因为分子间的孔隙与实际所研究的流体尺度相比是极其微小的。

因此，可以设想把所讨论的流体分割成为无数无限小的基元个体,相当于微小的分子集团,称之为流体的"质点"。

从而认为，輕体就是由这样的一个紧挨看f 的连那质点所组成的，没有任何空隙的够体，即所谓的"连续介质"。

［同时认为，流体的物理力学性质，例如密度、速度、压强和育僵等，具有随同位置而连续变化的特性,即视为空间坐标和时间的连续函数。

因此，不再从那些永远运动的分子岀发，而是在宏观上从质点岀发来硏究流体的运动规律，从而可以利用连续函数的分析方法。

长期的实践和科学实验证明，利用连续介质假走所得出的有关流体运动规律的基本理论与客观实际是符合的。

所谓流体质点，是J旨微小体积內所有流体分子的总体而该微小体积是几何尺寸很（N但远大于分子平均自由行程）但包含足够多分子的特征体积，其宏观特性就是大呈分子的统计平均特性,且具有确定性。

1.1.2流体物理量根据流体连续介质模型，任一时刻流体所在空间的每一点都为相应的流体质点所占据。

流体的物理量是指反映流体宏观特性的物理臺,如密度、速度、压强、温度和能呈等。

对于流体物理呈，如流体质点的密度何以地定义为微小特征体积内大呈数目分子的统计质星除 以该特征体积所得的平均值,即r AM p = InnAV 式中，表示体积AV中所含流体的质呈。

化工原理第一章流体力学


反映管路对流体的阻力特性
表示管路中流量与压力损失之间 关系的曲线
管路特性曲线的概念
01
03 02
管路特性曲线及其应用
管路特性曲线的绘制方法 通过实验测定一系列流量下的压力损失数据 将数据绘制在坐标图上，并进行曲线拟合
管路特性曲线及其应用
01 管路特性曲线的应用
02
用于分析管路的工作状态，如是否出现阻塞、泄漏等
流速和流量测量误差分析
• 信号处理误差：如模拟信号转换为数字信 号时的量化误差、信号传输过程中的干扰 等。
流速和流量测量误差分析
管道截面形状不规则
导致实际流通面积与计算流通面积存在偏差。
流体流动状态不稳定
如脉动流、涡街流等导致流量波动较大。
流速和流量测量误差分析
仪表精度限制
仪表本身的精度限制以及长期使用后的磨损等因素导 致测量误差增大。
流体静压强的表示
方法
绝对压强、相对压强和真空受力平衡条件，推导出流体平 衡微分方程。
流体平衡微分方程的物理意义
描述流体在静止状态下，压强、密度和重力 之间的关系。
流体平衡微分方程的应用
用于求解流体静力学问题，如液柱高度、液 面形状等。
重力作用下流体静压强的分布规律
连续介质模型的意义
连续介质模型是流体力学的基础，它 使得我们可以运用数学分析的方法来 研究流体的运动规律，从而建立起流 体力学的基本方程。
流体力学的研究对象和任务
流体力学的研究对象
流体力学的研究对象是流体（包括液体和气体）的平衡、运动及其与固体边界的相互作 用。
流体力学的任务
流体力学的任务是揭示流体运动的内在规律，建立描述流体运动的数学模型，并通过实验和 计算手段对流体运动进行预测和控制。具体来说，流体力学需要解决以下问题：流体的静力

工程流体力学第一章


毛细现象
1 d cos( ) d 2 hg 4 4 cos( ) h gd

h
内聚力: 液体分子间吸引力 附着力: 液体与固体分子间吸引力
思考题
按连续介质的概念，流体质点是指: A、流体的分子； B、流体内的固体颗粒； C、几何的点； D、几何尺寸同流动空间相比是极小量, 又含有大量分子的微元体。 (D)
pz
x
即流体静压强是空 间坐标的连续函数
图1.5.1 流体静压特性
p p( x, y, z )
力在x方向的平衡方程为
1 1 p x dydz p n dA cos( n, x) f x dxdydz 0 2 6
■
1.5.2静止流体的压力分布
p( x, y, z )
A
• 流体质点：
包含有足够多流体分子的微团，在宏观上流体微团的尺 度和流动所涉及的物体的特征长度相比充分的小，小到在 数学上可以作为一个点来处理。而在微观上，微团的尺度 和分子的平均自由行程相比又要足够大。 失效情况: 稀薄气体 程同量级) 激波(厚度与气体分子平均自由
1.2 流体的密度和粘性
■流体的密度
f lim F dF V 0 V dV
f fxi f y j f zk
仅受重力作用流体的质量力
fx 0
质量力的合力
fy 0
f z g
F f ( x, y, z, t )dV
V
1.5 流体静压特性及 静止流体的压力分布
1、流体静力学研究的任务：以压强为中心，主 要阐述流体静压强的特性，静压强的分布规律， 欧拉平衡微分方程，等压面概念，作用在平面 上或曲面上静水总压力的计算方法，以及应用 流体静力学原理来解决潜体与浮体的稳定性问 题等。 2、绝对静止流体： 3、相对静止流体： 4、重点和难点： 等压面的概念、作用在曲面上 的静压力（压力体）

高等流体力学 第1章1

2
2
i 0 = v max
2
/2
i0 = vi / 2 + c pT1
第一章 一维定常可压缩流 *：1
2
各状态只作为一种参考标准，在具体流场 中，不一定都存在。 Bernoulli常数即总焓i 0 一般依赖于流线
i 0 = i 0 (ψ ),
仅对均能流场，才对全流场是一常数 3 基本方程举一反三：
v
max
当M 〉1，ρ 起主导作用 当 ， A↑ G ↓ ρ ↓ v ↑
A↓
M
G↑
ρ ↑ v↓
第一章 一维定常可压缩流
由前
dG dA 2 dv =− = (1 − M ) G A v
dG 2 G = (1− M ) = (1− M 2 )ρ v dv
可见，当M=1， Gmax = a∗ ρ∗
G Gmax
e
流量
m = ρ e v e Ae = ρ e M e a e Ae
= ρ
e
•
M
e
γ
ρ
Pe
e
A
e
= Ae
γ P0 ρ
0
M
e
γ −1 ⎛ M 1 + ⎜ 2 ⎝
2 e
⎞ ⎟ ⎠
−
γ +1 2 (γ − 1 )
第一章 一维定常可压缩流
P m = A Kq (M T
• 0 0
)
流量与总压成正比， 与总温平方根成反比
3
v M = a 2 2 2 2 M γRT 动能 V / 2 M a = = = = c vT 2 c vT 2 cvT 内能
= M γ ( c p − cv )
2
2 cv
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• 1775年 欧拉 ——理想流体的运动方程即欧拉运动微分方程
5
第三阶段（18世纪中叶-19世纪末） 流体力学沿着两个方向发展——欧拉(理论)、伯努利(实验)
• 工程技术快速发展，提出很多经验公式
1732年
1769年 1797年 1895年 • 理论
毕托——毕托管（测流速）
谢才——谢才公式（计算流速、流量） 文丘里——文丘里管（测流量） 曼宁——曼宁公式（计算谢才系数）
相似理论→模型实验装置
计算流体力学： 计算机来模拟(仿真)真实的流场（CFD）。
计算机程序→求解实际问题
绪 论
流体静力学：研究流体的平衡规律。 流体力学
流体动力学：研究流体的运动规律。
供热、供燃气、采暖、通风以及空气调节中，时时刻刻都 离不开流体，都是以流体作为工作介质，通过流体的各种 物理作用，对流体的流动有效地加以组织来实现的。 学习流体力学，要注重对基本原理、基本概念和 基本方法的理解和掌握，没有什么捷径可走，只 有多听、多学、多练。
第一节 作用在流体上的力
重力
作 用 在 流 体 上 的 力
质量力
惯性力
直线惯性力
离心惯性力 切应力 表面力
压强
18
§1－2 Mechanics Properties of Fluid
第二节 流体的主要力学性质
流体的基本特征：流动性
一、惯性 — 密度（Inertia — Density）
定义：物体维持原有运动状态的性质。 表征惯性的物理量是质量。质量越大，惯性越大，运动状态越难改变。
dFx X lim dv M dm dF y Y lim dv M dm dFz Z lim dv M dm
质量力只有重力时 Gx X 0 m Gy Y 0 m G Z z g m
由于流体处于地球的重力场中，受到地心的引力作用， 因此流体的全部质点都受有重力，G＝mg 这是最普遍的 一个质量力。 当用达朗伯（D’Alembert）原理使动力学问题变为 静力学问题时，虚加在流体质点上的惯性力也属于质量力。 惯性力的大小等于质量与加速度的乘积，其方向与加速度 方向相反。另外，带电流体所受的静电力以及有电流通过 的流体所受的电磁力也是质量力。
流体力学
周传辉 编
Fluid
Mechanics
Wuhan University of Science and Technology
暖通教研室
二00八年
1
本课程的其他说明： 学会利用网络，学习流体力学。目前在互联网上有很多 流体力学的网络课程(交大、浙大、麻省等)，大家可以 经常光顾一下，这些网络课程多数都是名牌大学的精品 课程，我们可以比他们学的更多、更好（我的博客上有 链接）。
22
第二节 流体的主要力学性质
内摩擦力： T
du T du A dy A dy ——牛顿内摩擦定律
1、du/dy——速度梯度（Velocity Gradient） 表示速度沿垂直于速度方向y的变化率，单位为：s-1 从上图可得
dudt du d d tand dy dy dt
速度梯度就是直角变形速度，也称剪切变形速度。 表示速度沿垂直于速度方向y的变化率，单位为：s-1 2、τ——切应力（Shear Stress） 单位为：N/㎡ 简称：Pa 切应力不仅有大小，还有方向，见图1－1
23
第二节 流体的主要力学性质
3、μ——粘滞系数 （Coefficient of Viscosity ） 读作[mju:] 单位为：Pa · s μ的物理意义：当du/dy=1时， τ＝ μ，即μ表征 单位速度梯度作用下的切应力，反映的是粘滞性的动 力特性，因此， μ也称动力粘性系数（Dynamic Viscosity）。 ν：运动粘性系数（Kinematic Viscosity ）读作[nju:] 单位也可用St（斯托克斯Stoke） ν的物理意义：单位速度梯度作用下的切应力对单位体积质 量作用产生的阻力加速度。 反映的是流体的流动性。 该值越大越不易流动。水和空气哪个易流动？
单位体积的质量称为密度。
m [k g / m 3 ] V 均 质 流 体： M 非均质流体： l i m V 0 V

作业：1-1 1-3 1-9 1-13
19
第二节 流体的主要力学性质
二、重力特性－容重（Gravity－Specific Weight） 定义：流体受地球引力作用的特性。 表征重力特性的物理量是容重（Specific Weight） 。
3
第一阶段（16世纪以前）：流体力学形成的萌芽阶段
• 公元前2286年－公元前2278年 大禹治水——疏壅导滞（洪水归于河） • 公元前300多年
李冰 都江堰——深淘滩，低作堰
• 公元584年－公元610年
隋朝 南北大运河、船闸应用 埃及、巴比伦、罗马、希腊、印度等地水利、造船、航海产业 发展 • 系统研究 古希腊哲学家阿基米德《论浮体》（公元前250年）奠定了流 体静力学的基础 4
1823年纳维，1845年斯托克斯分别提出粘性流体
运动方程组（N-S方程）
6
第四阶段（19世纪末以来）流体力学飞跃发展
• 理论分析与试验研究相结合
• 量纲分析和相似性原理起重要作用
1883年 1903年 雷诺——雷诺实验（判断流态） 普朗特——边界层概念（绕流运动） 尼古拉兹—尼古拉兹实验（确定阻力系数）
第二节 流体的主要力学性质
无数实验证实流体在作层流运动时，内摩擦力T的大小：
1、与两流层间的速度差du成正比，与流层间距离dy成反比；
2、与流层的接触面积A成正比； 3、与流体的种类有关； 4、与流体的压力大小无关。
du T A dy
从上式可知，当速度梯度等于零时，内摩擦力也等于零。所以，当流体处于静止状 态或以相同速度运动(流层间没有相对运动)时，内摩擦力等于零，此时，流体有粘 性，但粘性作用没有表现不出来。当流体没有粘性(μ =0 )时，内摩擦力等于零。
现通过一个实验来进一步说明流体的粘性。将两块平板相隔一定距离水平放置，其间充满某种液体，并使下 板固定不动，上板以某一速度u0向右平行移动，如图所示。由于流体与平板间有附着力，紧贴上板的一薄层 流体将以速度u0跟随上板一起向右运动，而紧贴下板的一薄层流体将和下板一样静止不动。两板之间的各流 体薄层在上板的带动下，都作平行于平板的运动，其运动速度由上向下逐层递减，由上板的u0减小到下板的 零。在这种情况下，板间流体流动的速度是按直线变化的。显然，由于各流层速度不同，流层间就有相对运 动，从而产生切向作用力，称其为内摩擦力。作用在两个流体层接触面上的内摩擦力总是成对出现的，即大 小相等而方向相反，分别作用在相对运动的流层上。速度较大的流体层作用在速度较小的流体层上的内摩擦 力T，其方向与流体流动方向相同，带动下层流体向前运动，而速度较小的流体层作用在速度较大的流体层上 的内摩擦力T’，其方向与流体流动方向相反，阻碍上层流体运动。通常情况下，流体流动的速度并不按直线 变化，而是按曲线变化如图中虚线所示。 21
P P p l i m A 0 A ←a 点 的 压 强 A T T ←a点的切应力 lim A 0 A A p
17
平 均 压 强→ 平均切应力→
二者的国际单位均为：帕斯卡Pa (1Pa=1N/㎡)
第一节 作用在 流体上的力
一、质量力 二、表面力 一、惯性 二、重力特性
第二节 流体的主要力学性质
三、粘滞性 四、压缩性和热胀性 五、表面张力特性 一、连续介质
第三节 流 体 的 力 学 模 型
二、无粘性流体 三、不可压缩流体
绪 论
流体：液体和气体的统称。
但这样说是不严格的，严格地说应该用力学的语言来叙述： 在任何微小剪切力的持续作用下能够连续不断变形的物质，称为流体。 根据上述定义，流体显然不能保持一定的形状，即具有流动性。但流体在静止时不能承受切向力， 这显然与固体不同。固体在静止时也能承受切向力，发生微小变形以抗拒外力，一直达到平衡为 止,只要作用力保持不变，固体的变形就不再变化。
第一节 作用在流体上的力
一、质量力(Mass Force)
定义：作用于流体的每一个质点（或微团）上，且与质量成正比的力。
设在流体中M点附近取质量为dm的微团，其体积为dv，
作用于该微团的质量力为dF，则称极限
为作用在M点的单位质量的质量力。
dF lim f dv M dm
用f或（X，Y，Z）表示。dF在x，y，z坐标轴上的分量分别为dFx， dFy，dFz。质量力的单位是牛顿，N，单位质量力的单位是N/kg. 一般形式
特 点
[cm 2 / s]
20℃
动力粘性系数(pa· s) 运动粘性系数(㎡/s)
水
空气
1.005x10-3
0.0183x10-3
1.007x10-6
15.7 x10-6
粘滞力大，但易流动
流体力学是力学的一个分支，
它研究流体静止和运动的力学规律，及其在工程技术中的应用。
流体力学的研究方法：理论分析方法、实验方法、数值方法相互配合，互为补充
流 体 力 学
理论流体力学： 建立理论模型，以理论研究为主。
力学模型→物理基本定律→求解数学方程→分析和揭示本质和规律
实验流体力学： 对理论流体力学的补充、验证和修正。
单位体积流体的重力称为容重。
G [N / m3] 均 质 流 体： V 非均质流体： l i m G V 0 V
容重与密度的关系：
G mg g
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第二节 流体的主要力学性质
三、粘滞性——粘性系数（Viscosity ——Coefficient of Viscosity） 定义：流体内部质点间或流层间因相对运动而产生内摩擦力（内力） 以反抗相对运动的性质。此内摩擦力也称为粘滞力。