大学物理流体力学基础

连续性方程
基于流体的连续性假设，可以推导出 流体的连续性方程，即单位时间内流 入与流出控制体的质量差等于控制体 内质量的增量。
流体的粘性与压缩性
流体的粘性
流体在运动时，相邻两层流体之间会产生相对运动，从而产生内摩擦力，这种 性质称为流体的粘性。粘性大小用粘度来衡量。
流体的压缩性
流体在外部压力作用下，其体积会发生变化，这种性质称为流体的压缩性。对 于一般液体，其压缩性很小，可忽略不计；但对于气体，其压缩性则必须考虑 。
边界层分离现象及其影响
分离现象
在流体绕过某些物体时，边界层在物体表面发生分离，形成漩涡区，使流体对物体的作 用力减小。
影响
边界层分离会导致流体对物体的阻力增加，同时可能产生噪声和振动，对飞行器和船舶 等运动物体的稳定性和安全性产生影响。
绕流现象及其产生原因
绕流现象
流体绕过物体时，由于物体形状和流动条件 的不同，流体会在物体周围形成不同的流动 状态，如流线型绕流、分离型绕流等。
p=p0+ρgh，其中p为任意点的压力，p0为 基准面上的压力，ρ为流体密度，g为重力加 速度，h为该点在基准面以上的高度。
方程的应用
用于计算静止流体中任意点的压力， 确定等压面等。
方程的物理意义
方程表示了静止流体中任意点的压力 等于基准面上的压力加上从基准面到 该点的单位面积上的液柱重量。
流体静压力的应用
流体力学的研究对象与方法
研究对象
流体力学的研究对象包括各种流体（如空气、水、油等）以及流体中的各种现象（如流动、传热、传 质等）。
研究方法
流体力学的研究方法包括理论分析、实验研究和数值模拟三种。理论分析是通过建立数学模型和求解 方程来研究流体运动规律；实验研究是通过实验手段来观测和测量流体运动现象；数值模拟是通过计 算机模拟来再现和预测流体运动过程。

三 粘性与粘度
粘性——流体流动时，在内部产生的切应力。 流体流动时，各层流体的流速不同。快层必然带 动慢层，慢层必然阻滞快层。层与层之间的相对 滑动，产生内摩擦力。
z
F
v0
v+dv
f f v
5
四 理想流体的概念
理想流体——没有粘性并且不可压缩的流体。
五 流速场 定常流动
拉格朗日的追踪法 ——流元、流块
§2-3. 伯肃叶公式和斯托克斯公式 层流与湍流
层流： 流体运动规则，各层流动互不掺混，质 点运动轨线是光滑，而且流场稳定。
湍流： 流体运动极不规则，各部分激烈掺混， 质点运动轨线杂乱无章，而且流场极不 稳定。
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牛顿内摩擦定律
流体流动时，各层流体的流速不同。快层必然带 动慢层，慢层必然阻滞快层。层与层之间的相对 滑动，产生内摩擦力。
1 2
v2
PA
PB
gh
v 2gh
3.飞机机翼周围的空气是如何流动的
假设在机翼右方的空气是水平方向以速度v1向左运动的，如图。 由于机翼倾斜，流经机翼的流线向 下偏移，如图中的v2。这两个矢量 之差v2- v1正是指向机翼对空气的 作用力的方向。根据牛顿第三定律， 空气对机翼施加大小相等、方向相 反的反作用，如图中的F。 这个力 的垂直分量正是飞机的升力(lift)。
公式 • §2-4. 液体的表面现象
3
§2-1. 理想流体
一 流体 液体和气体统称为流体，最鲜明的特征是
形状不定，具有流动性。
气体：易压缩 液体： 不易压缩
二 压强
dS dF
面积元 两侧流体相互作用的弹性力
dS
dF
方向为面元内法线方向
p dF 单位面积上的压力称为压强

流体力学基础pdf
流体力学是研究流体运动和变形规律的物理学科。

它主要包括流体的力学性质、流体的连续性方程、动量方程、能量方程以及流体的边界条件等内容。

在流体力学中，流体被认为是连续、可变形的介质，其运动和变形受到压力、速度、密度等参数的影响。

流体力学的基本方程包括连续性方程、动量方程和能量方程。

连续性方程描述了流体质点的质量守恒，即质量的流入流出必须相等。

动量方程描述了流体质点的动量守恒，即力对流体产生加速度的关系。

能量方程描述了流体质点的能量守恒，考虑了压力能、动能和内能之间的转化。

流体力学应用广泛，包括但不限于飞行器气动力学、水力学、空气动力学、海洋工程、地下水流动、天气预报等领域。

利用流体力学理论和方法，可以研究流体运动的规律、优化设计和改善流体系统的性能。

在实际应用中，流体力学常常涉及复杂的数学模型和计算方法。

数值模拟方法如有限体积法、有限元法和计算流体力学方法等被广泛应用于流体力学问题的求解。

此外，实验观测和理论分析也是研究流体力学问题的重要手段。

总之，流体力学是一门重要的物理学科，研究流体运动和变形规律，对于工程和科学领域都具有重要的应用价值。

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第一章 绪论
§1.3 流体的主要物理性质
粘性
粘度 动力粘度（系数）μ：与流体性质有关 Pa· S
运动粘度（系数）：

m２/s
微观机制 液体 气体 吸引力 热运动 T↑ T↑ μ↓ μ↑
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第一章 绪论
§1.3 流体的主要物理性质
压缩（膨胀）性
⑴ 体积压缩率(压缩系数)
a.体积压缩率(压缩系数)
流体力学基础
第一章 绪论
§1.1 流体的定义、流体力学的任务及其发展简史 §1.2 §1.3 §1.4 §1.5 流体的力学模型 流体的主要物理性质 流体的分类 作用在流体上的力
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第一章 绪论
§1.1 流体的定义、流体力学的任务及其发展简史
流体定义
流体力学研究的对象是流体，流体是液体和气体的总称。
地观察和室内试验，建立实用的经验公式，以解决实际工程问题。这
些成果被总结成以实际液体为对象的重实用的水力学。代表人物有皮 托（H.Pitot）、谢才（A.de Chezy）、达西（H.Darcy）等。 提出很多经验公式：
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第一章 绪论
§1.1 流体的定义、流体力学的任务及其发展简史
流体力学发展简史
M=0.0045N· m。求该实验液体的粘度。
n L
h
r1 r2
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第一章 绪论
例题
例1-2
解： du r1 0 dy r2 r1
2n 60
h r1 0.0045 M Ar1 2r1d
0.952Pa s
L
注意：面积、速度梯度的取法；单位统一
侧重于工程应用的流体力学称为工程流体力学 侧重于理论分析的流体力学称为理论流体力学