流体力学第04章流体动力学基础详解

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流体复习整理资料

第一章 流体及其物理性质

1.流体的特征——流动性:

在任意微小的剪切力作用下能产生连续剪切变形的物体称为流体。也可以说能够流动的物质即为流体。

流体在静止时不能承受剪切力，不能抵抗剪切变形。

流体只有在运动状态下，当流体质点之间有相对运动时，才能抵抗剪切变形。

只要有剪切力的作用，流体就不会静止下来，将会发生连续变形而流动。

运动流体抵抗剪切变形的能力（产生剪切应力的大小）体现在变形的速率上，而不是变形的大小（与弹性体的不同之处）。

2.流体的重度：单位体积的流体所的受的重力，用γ表示。

g一般计算中取9.8m/s2

3.密度：=1000kg/，=1.2kg/，=13.6，常压常温下，空气的密度大约是水的1/800

3. 当流体的压缩性对所研究的流动影响不大，可忽略不计时，这种流体称为不可压缩流体，反之称为可压缩流体。通常液体和低速流动的气体（Ｕ<70m／s）可作为不可压缩流体处理。

4.压缩系数：

弹性模数：21d/dppENm

膨胀系数：）（K/1dd1d/dTVVTVVt

5.流体的粘性：运动流体内存在内摩擦力的特性（有抵抗剪切变形的能力），这就是粘滞性。流体的粘性就是阻止发生剪切变形的一种特性，而内摩擦力则是粘性的动力表现。温度升高时，液体的粘性降低，气体粘性增加。

6.牛顿内摩擦定律： 单位面积上的摩擦力为： 3/gNmpVVpVVpdd1d/d21d1d/ddpVmNVpphU

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内摩擦力为：

此式即为牛顿内摩擦定律公式。其中：μ为动力粘度，表征流体抵抗变形的能力，它和密度的比值称为流体的运动粘度ν

内摩擦力是成对出现的，流体所受的内摩擦力总与相对运动速度相反。为使公式中的τ值既能反映大小，又可表示方向，必须规定：公式中的τ是靠近坐标原点一侧(即t-t线以下)的流体所受的内摩擦应力，其大小为μ du/dy，方向由du/dy的符号决定，为正时τ与u同向，为负时τ与u反向，显然，对下图所示的流动，τ＞0， 即t—t线以下的流体Ⅰ受上部流体Ⅱ拖动，而Ⅱ受Ⅰ的阻滞。

第四章 流体动力学

第6课 年 月 日

章 题目 第4章 流体动力学 方式 课堂

模块 流体动力学模块 方法 重点内容学习法

单元

伯努利方程式的建立及其意义

手段 多媒体

基本要求 弄清运动方程和平衡方程之间的联系，掌握伯努利积分的前提条件、伯努利方程及其意义

重点 伯努利方程及其意义 难点

伯努利方程的实质

内容拓展

参考教材 张也影，流体力学（第二版），高等教育出版社.1999.

徐文娟，工程流体力学，哈尔滨工程大学出版社，2002.

莫乃榕，《工程流体力学》，华中科技大学出版社，2000

禹华谦，工程流体力学，西南交通大学出版社，1999

程 军、赵毅山. 流体力学学习方法及解题指导. 上海：同济大学出版社，2004

作业 习题：3—2、3—6 思考题：3-1 3-2 3-3

上次课内容提问：1、定常流和非定常流的判别？

2、为何提出“平均流速”的概念？

3、举例说明连续性方程的应用。

本次课内容引出

§4-1流体的运动微分方程

一、理想流体的运动微分方程

讨论理想流体受力及运动之间的动力学关系，即根据牛顿第二定律，建立理想流体的动力学方程。

如图所示，根据牛顿第二定律，作用在微元六面体上的合外力在某坐标轴方向投影的代数和等于此流体微元质量乘以其在同轴方向的分加速度。

在x轴方向 xxmaF

可得

xxmadydzxppdydzdxxppdG2121

因为 dtduadtudaxx,，dtduadtduazzyy, 图3.4.1 微元六面体流体质点

所以流体微元沿x方向的运动方程为

dtdudxdydzdxdydzxpXdxdydzx

整理后得

《流体力学》教学大纲

课程编号：081073A

课程类型：□通识教育必修课 □通识教育选修课

□专业必修课 □专业选修课

□√学科基础课

总 学 时： 48 讲课学时： 40 实验（上机）学时：8

学 分：3

适用对象：环境工程

先修课程：高等数学、大学物理、理论力学

一、教学目标（黑体，小四号字）

流体力学是环境工程专业的一门主要技术基础课，其任务是使学生掌握流体运动的一般规律和有关的概念，基本理论、分析方法、计算方法和一定的实验技能；培养学生分析问题和解决问题的能力。为学习专业课，从事专业工作和进行科学研究打基础。

目标1：掌握流体力学的基本概念、基本理论、基本方法，并具有一定的流体力学实验技能（具有测量水位、压强、流量的操作技能和编写报告能力）。

目标2：掌握掌握流体力学的分析方法、计算方法，能在解决复杂工程问题时熟练运用，注重学生分析问题和解决问题能力的培养，注重学生探索精神和创新意识的培养。

目标3：为该课程在《水污染控制工程》、《大气污染控制I(防尘)》、《大气污染控制II(防毒)》、《排水管道系统》等课程中的应用奠定良好的基础。

二、教学内容及其与毕业要求的对应关系

本课程的重点内容包括平面上静水总压力的计算、曲面上静水总压力的计算、连续性方程、伯努利方程、动量方程的联合应用与计算，这些内容将细讲、精讲。对这部分内容，除了理论讲授课外，专门拿出一定时间作为习题课，带领学生精讲精练。粗讲的内容包括：液体的相对静止、潜体和浮体的平衡及稳定、流体微团运动分析、理想流体无旋流动、相似理论等。

为实现上述教学目标，教学过程将采用多媒体教学手段，课堂讲授为主、实验课、自习、练习为辅的教学方式。习题课讲解流体力学的解题思路、方法、步骤、注意的问题；分析习题中的错误、问题，在授课老师的引导下进行课堂讨论，并解决有关疑难问题。

实践教学环节主要是流体力学实验技能的训练，要求学生具有测量水位、压强、流量的操作技能和编写报告能力。

《流体力学》教学大纲

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《流体力学》教学大纲

课程名称：流体力学

英文名称： Fluid Mechanics

一、本课程的地位、作用与任务

《流体力学》是机械工程专业的一门技术基础课程，是研究流体静止和运动的力学规律，以及在工程中的应用。

课程着重阐明流体力学的基本物理现象、基本概念、基本原理和规律，及这些规律在工程实际问题中的应用，同时培养学生分析、解决问题的能力。通过本课程的学习，为学生今后从事机械工程领域的科研工作奠定基础。

二、课程内容与基本要求

（一）绪论

1． 学习内容：流体的主要力学性质，作用在流体上的力，流体的力学模型。

2． 学习重点和难点：重点是流体的主要力学性质中的粘性；难点是应用牛顿内摩擦定律求解粘性切应力。

3． 学习目的和要求：通过本章的学习，必须了解流体力学研究的内容，流体的压缩性和热胀性的计算公式，粘性及粘性力，流体的表面张力。掌握用牛顿内摩擦定律求解在不同条件下粘性切应力的方法。

（二）流体静力学

1． 学习内容：流体静压强及其特性、分布规律，压强的计算基准和量度单位，作用于平面、曲面的液体压力，流体平衡微分方程，流体的相对平衡。

2． 学习重点和难点：重点是流体压强的分布公式，作用于平面、曲面液体压力的计算公式及方法，以及流体处于相对平衡时流体压强的分布规律；难点是流体作用于平面时压力作用点的位置计算，作用于曲面时压力体的计算，处于相对静止时流体压强分布规律的计算。

3． 学习目的和要求：通过本章的学习，掌握静止流体的压强计算，掌握计算静止流体在平面上的压力大小、方向及作用点的方法，掌握计算静止流体在曲面上作用力的水平分量、竖直分量、合压力的作用方向。了解利用流体的平衡微分方程，对处于相对平衡状态下流体的压力分布公式进行推导。 《流体力学》教学大纲