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工程流体力学笔记

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第一章 流体及其主要物理性质

研究内容：1、流体在外力作用下，静止与运动的规律

2、流体与边界的相互作用

工程中的三大问题：A、流体荷载 （设计管道壁厚）

B、流体的输送能力 （确定流量）

C、流动的形态 （确定能量损耗）

§1.1 流体的概念

一、流体的定义

自然界物质存在的主要形态：固态、液态和气态

流体包括液体和气体

具有流动性的物体（即能够流动的物体）

流动性：在微小剪切力作用下会发生连续变形的特性。

流体与固体的区别

固体：可以抵抗压力、拉力、剪切力，固体的变形与受力的大小成正比；

流体：无固定形状，能抵抗压力，不能抵抗拉力，静止流体不能抵抗剪切力；任何一个微小的剪切力都能使流体发生连续的变形。

液体与气体的区别

液体的流动性小于气体，很难压缩； 液体具有一定的体积，并取容器的形状；

气体充满任何容器，而无一定体积；气体可以压缩。

二、流体连续介质模型

 实际流体：由大量不断地作无规则运动的分子组成

 流体的物理量：空间上分布不连续：分子间存在着间隙

时间分布不连续：分子不间断热运动

因此，以分子为对象研究流体运动规律极其复杂。

 在实际工程中，所研究的流体的空间尺度远比分子尺寸大得多，而且要解决的问题也不是流体微观运动特性，而是流体宏观运动特性，即大量分子运动的统计平均特性。

 欧拉提出了连续介质假说：流体所占有的空间连续而无空隙地充满着流体质点

 采用流体连续介质假设的优点

1.避免了流体分子运动的复杂性，只需研究流体的宏 观运动。

2. 可以利用数学工具来研究流体的平衡与运动规律。

ohdyyu+duuyU§1.2 流体的主要物理性质

一、流体的密度

惯性是物体保持其原有运动状态的一种性质

表示惯性大小的物理量是质量，质量的单位为kg

单位体积的质量是密度，密度的单位为g/cm3或kg/m3

 均匀流体： 单位：kg/m3

 f ——流体的密度

相对密度：流体的密度与4oC时水的密度的比值。

 w——40C时水的密度

比容：

单位质量的流体所占有的体积，流体密度的倒数。 单位： m3/kg

 混合气体的密度:

式中： 1 ，  2 ，… n ——各组分气体的密度

a 1 ， a2 ，… a n ——各组分气体所占的体积百分数

二、重度

三、流体的压缩性

1、压缩系数：单位压力增加所引起的体积相对变化量

2.体积模量：

四、流体的膨胀性

流体体积随着温度的增大而增大的性质。

体胀系数：单位温度增加所引起的体积相对变化量

五、流体的粘性

1、 粘性的定义：

流体内部各流体微团之间发生相对运动时,流体内部会产生摩擦力阻力(即粘性力)的性质。

2、牛顿内摩擦定律

（1）牛顿平板实验：

当h和U不是很大时，两平板间沿y方向的流速呈线性分布。

1 运动较慢的流体层在较快的流体层带动

下才运动；

2 快层受到慢层的阻碍，不能运动得更快；

3 相邻流体层发生相对运动，产生切力和

阻力，构成了内摩擦力。 dVdMVMwfd1vniiinnaaaa12211.......gVmgVG＝)/(/2NmdpVdVp)/(1E2mNdVVdpp)/1(/KdtVdVtyhUyhUuddu 或

(2) 牛顿内摩擦定律

3、粘度

流体粘性大小的度量,由流体流动的内聚力和分子的动量交换引起。

(1) 动力粘度：

(2) 运动粘度：

(3) 粘度的影响因素

温度对流体粘度的影响很大

液体：分子内聚力是产生粘度的主要因素。

温度↑→分子间距↑→分子吸引力↓→内摩擦力↓→粘度↓

气体：分子热运动引起的动量交换是产生粘度的主要因素。

温度↑→分子热运动↑→动量交换↑→内摩擦力↑→粘度↑

当温度升高时，液体的粘度减小，气体的粘度增大

压力对流体粘度的影响不大，一般忽略不计

4、粘性流体和理想流体

1）实际流体：具有粘性的流体（μ≠0）。

2）理想流体： 忽略粘性的流体（μ=0）。一种理想的流体模型。

5、牛顿流体和非牛顿流体

1）牛顿流体：

符合牛顿内摩擦定律的流体

如水、空气、汽油和水银等

2）非牛顿流体：

不符合牛顿内摩擦定律的流体

如泥浆、血浆、新拌水泥砂浆、新拌混凝土等。

六、表面张力

1、表面张力现象：水滴悬在水龙头出口而不滴落；

细管中的液体自动上升或下降一个高度（毛细管现象）；

铁针浮在液面上而不下沉。 dydudtdddydudttg))/((smkg)/(2smohdyyu+duuyUdydududyoτ0τ膨胀性流体宾汉型塑性流体牛顿流体假塑性流体

2、表面张力σ（N/m)

液体表面由于分子引力大于斥力而在表层沿表面方向产生的拉力, 单位长度上的这种拉力称为表面张力。

3、毛细现象

内聚力：液体分子间相互制约，形成一体的吸引力称为内聚力。

附着力：当液体同固体壁面接触时，液体分子和固体分子之间的吸引力称为附着力

毛细管中液体的上升或下降

七、 作用在流体上的力

两类作用在流体上的力：表面力和质量力

1、质量力：作用在每个流体微团上的力，其大小与流体质量成正比。

例如：重力、惯性力、磁力

2、表面力：作用在流体表面，与表面积成比的力

1）应力

单位面积上的表面力。

2）法向应力和切向应力

gdhghdd)cos(441)cos(2kjifZYXAFpAn0lim△F△F△A△FpTdAFdAFpnnA0limdAFdAFA0lim

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工程流体力学课件

工程流体力学课件

流体力学绪论

第一章流体的基本概念

第二章流体静力学

第三章流体动力学

第四章粘性流体运动及其阻力计算

第五章有压管路的水力计算

第六章明渠定常均匀流

第九章泵与风机绪论

一、流体力学概念

流体力学——是力学的一个独立分支，主要研究流体本身的静止状态和运动状态，以及流体和

固体界壁间有相对运动时的相互作用和流动的规律。

1738年伯努利出版他的专著时，首先采用了水动力学这个名词并作为书名；1880年前后出现了

空气动力学这个名词；1935年以后，人们概括了这两方面的知识，建立了统一的体系，统称为流体

力学。

研究内容：研究得最多的流体是水和空气。1、流体静力学：关于流体平衡的规律，研究流体处于静止（或相对平衡）状态时，作用于流体

上的各种力之间的关系；2、流体动力学：关于流体运动的规律，研究流体在运动状态时，作用于流体上的力与运动要素

之间的关系，以及流体的运动特征与能量转换等。

基础知识：主要基础是牛顿运动定律和质量守恒定律，常常还要用到热力学知识，有时还用到

宏观电动力学的基本定律、本构方程（反映物质宏观性质的数学模型）和物理学、化学的基础知识。二、流体力学的发展历史流体力学是在人类同自然界作斗争和在生产实践中逐步发展起来的。古时中国有大禹治水疏通江河的传说；秦朝李冰父子带领劳动人民修建的都江堰，至今还在发挥着作用；大约与此同时，古罗马人建成了大规模的供水管道系统等等。

流体力学的萌芽：距今约2200年前，希腊学者阿基米德写的“论浮体”一文，他对静止时的液

体力学性质作了第一次科学总结。建立了包括物理浮力定律和浮体稳定性在内的液体平衡理论，奠定

了流体静力学的基础。此后千余年间，流体力学没有重大发展。

15世纪，意大利达·芬奇的著作才谈到水波、管流、水力机械、鸟的飞翔原理等问题；17世纪，

帕斯卡阐明了静止流体中压力的概念。但流体力学尤其是流体动力学作为一门严密的科学，却是随着

经典力学建立了速度、加速度，力、流场等概念，以及质量、动量、能量三个守恒定律的奠定之后才逐步形成的。

工程流体力学笔记

工程流体力学笔记

第一章 流体及其主要物理性质

研究内容：1、流体在外力作用下，静止与运动的规律

2、流体与边界的相互作用

工程中的三大问题：A、流体荷载 （设计管道壁厚）

B、流体的输送能力 （确定流量）

C、流动的形态 （确定能量损耗）

§1.1 流体的概念

一、流体的定义

自然界物质存在的主要形态：固态、液态和气态

流体包括液体和气体

具有流动性的物体（即能够流动的物体）

流动性：在微小剪切力作用下会发生连续变形的特性。

流体与固体的区别

固体：可以抵抗压力、拉力、剪切力，固体的变形与受力的大小成正比；

流体：无固定形状，能抵抗压力，不能抵抗拉力，静止流体不能抵抗剪切力；任何一个微小的剪切力都能使流体发生连续的变形。

液体与气体的区别

液体的流动性小于气体，很难压缩； 液体具有一定的体积，并取容器的形状；

气体充满任何容器，而无一定体积；气体可以压缩。

二、流体连续介质模型

 实际流体：由大量不断地作无规则运动的分子组成

 流体的物理量：空间上分布不连续：分子间存在着间隙

时间分布不连续：分子不间断热运动

因此，以分子为对象研究流体运动规律极其复杂。

 在实际工程中，所研究的流体的空间尺度远比分子尺寸大得多，而且要解决的问题也不是流体微观运动特性，而是流体宏观运动特性，即大量分子运动的统计平均特性。

 欧拉提出了连续介质假说：流体所占有的空间连续而无空隙地充满着流体质点

 采用流体连续介质假设的优点

1.避免了流体分子运动的复杂性，只需研究流体的宏 观运动。

2. 可以利用数学工具来研究流体的平衡与运动规律。

ohdyyu+duuyU§1.2 流体的主要物理性质

一、流体的密度

惯性是物体保持其原有运动状态的一种性质

表示惯性大小的物理量是质量，质量的单位为kg

单位体积的质量是密度，密度的单位为g/cm3或kg/m3

工程流体力学

工程流体力学

《工程流体力学》课程标准

课程名称：工程流体力学

适用专业：石油工程技术

计划学时：64

一、 课程性质

《工程流体力学》课程是石油工程技术专业的一门有特色的必修专业基础课程，也是一门知识性、技能性和实践性要求很强的课程。流体力学课程是学生理解掌握现代化石油勘探、设计、运行与管理的知识基础，也是学生继续深造及将来从事研究工作的重要工具，为今后的专业学习和工作实践奠定基础。本课程是石油工程技术专业一门必修的专业基础课程，具有较强的实际应用性，在学生职业能力培养和职业素质养成两个方面起支撑和促进作用。

二、 培养目标

《工程流体力学》课程立足于高职院校的人才培养目标，培养拥护党的基本路线，适应社会主义市场经济需要，德、智、体、美全面发展，面向石油工业生产、管理和服务第一线，牢固掌握石化职业岗位 (群)所需的基础理论知识和专业知识，重点掌握从事石化领域实际工作的基本能力利基本技能，具有良好的职业道德、创业精神和健全体魄的高等技术应用型专门人才。

按照职业岗位标准和工作内容的要求，通过对本课程的学习，使学生掌握化学分析中、高级工的应知理论、应会技能和必备的职业素养。成为满足石化企业分析检验岗位对所需人才知识、能力、素质要求的高技能人才。

通过项目导向，教学探究型的教学，加强学生实践技能的培养，培养学生的综合职业能力和职业素养、独立学习及获取新知识、新技能、新方法的能力和与人交往、沟通及合作等方面的态度和能力。

通过本课程的实践教学，使学生毕业后可胜任流体力学学科或相邻学科的教学、科研、技术开发与维护工作，能够解决能源化工等工程中遇到的流体力学问题，从而实现本专业的培养目标。

2.1知识目标

（1）使学生掌握流体力学的基本知识、基本理论、基本实验技能。 （2）培养学生对流体力学基本概念、基本理论、基本运算原理的应用能力。

（3）使学生具有实验实训室常用仪器、设备的规范使用能力。

（4）使学生掌握连续性方程、能量方程、动量方程的应用。

流体力学读书笔记

流体力学读书笔记

高等流体力学读书笔记

论文题目: 特征线法读书笔记

姓 名: 杨 志 伟

学 号: 113108000839

专 业:兵器发射理论与技术

指导教师: 周 建 伟

日 期: 2013年12月

1 特征线法

1.1 理论的引出

在考虑了两对面管壁都外折使得两束膨胀波相交，以及膨胀波束在自由边界上反射等问题时，单有绕外钝角流动的公式就不够使用了，需要一种使用于解复杂问题的方法，这就是特征线法。在概况性上说，特征线法确实比绕外钝角的解法进了一步，只要是两个自变数的双曲线型偏微分方程都能用。定常超声速流（包括平面及轴对称的无旋和有旋流）与一维费定常流（不论亚声速还是超声速）的运动方程都是双曲型的。这几种流动能在数学上归在一起，正是反映了在物理上这几种流动都是以波的形式进行变化这样一个事实。

定常亚声速流场上，流动的变化不是以波的形式进行的，任何扰动都没有界线可言，扰动遍及全场，变化都是连续的，任何流动参数（速度、密度和压强等）不仅本身连续，而且它对空间坐标的导数也都连续。与此相反，在定常超声速流场上，扰动都是有界的，像激波在流场中是以突跃面的形式存在的，流动参数本身在突跃面上有突跃的变化，称为强突跃；另一种扰动也是有界的，例如膨胀波（或微弱压缩），界线是马赫波，流动参数本身在波上是连续的，但它的导数在波上可以不连续。如图1所以，定常超声速气流流过外钝角，在第一道膨胀波11OL的上游，各流动参数都是均一的，对的导数到处都是零，但一到11OL上便开始变化了，虽然流动参数本身在11OL还是连续的，但无变化的直匀流区突然在这条线上有变化的扇形膨胀地带相接，诸流动参数的导数在11OL上必是突然从零变为某一定值。在最后一道波12OL上，导数从一定值跃变为零。在中间各道波上，流动参数的导数取了特殊的突跃值——零。

图1 外钝角绕流