2022/12/20流體力學第一章緒論

1流體力學FluidMechanics

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2第一章緒論第一章緒論2022/12/20流體力學第一章緒論

3一、課程的性質和任務一、課程的性質和任務

流體力學是土木工程專業的一門主要技術基礎課程；是必修課程。1.課程的性質成績的組成期末考試：70％；實驗：10％；平時20％2022/12/20流體力學第一章緒論

42課程的任務使學生掌握流體力學的基本概念、基本理論、基本計算方法與基本實驗技能，通過本課程的學習應使學生掌握分析流體力學問題的方法；培養解決相關工程問題的能力；為從事工程技術工作，開拓新技術領域和進行科學研究打下必要的基礎。一、課程的性質和任務2022/12/20流體力學第一章緒論

5二、流體力學的發展流體：液體和氣體的統稱。流體力學是力學的一個獨立分支，流體力學是研究流體靜止或運動的力學規律、及其在工程技術中應用。二、流體力學的發展1.流體力學的概念2022/12/20流體力學第一章緒論

62.流體力學的發展流體力學的萌芽，是自距今約2200年以前希臘學者阿基米德寫的“論浮體”一文開始的。我們中國4000多年前的“大禹治水”的故事，秦朝在公元前256—公元前210年修建了我國歷史上的三大水利工程（都江堰、鄭國渠、靈渠）。二、流體力學的發展2022/12/20流體力學第一章緒論

7流體力學的發展歷史

流體力學的萌芽，2200年以前，希臘學者阿基米德寫的“論浮體”一文開始的。流體力學：牛頓時代開始，1687年牛頓在名著《自然哲學的數學原理》中討論了流體的阻力、波浪運動等內容，使流體力學開始成為力學中的一個獨立分支。此后，流體力學的發展主要經歷了三個階段：2022/12/20流體力學第一章緒論

8流體力學發展的三個階段Bernoulli：提出的液體運動的能量估計；Euler：提出的液體運動的解析方法，為研究液體運動的規律奠定了理論基礎，形成了一門屬于數學的古典“流體力學”。

Navier-Stokes：提出了著名的實際粘性流體的基本運動方程——N-S方程，從而為流體力學的長遠發展奠定了理論基礎。從19世紀末起，提出了相似理論和量綱分析，邊界層理論和紊流理論等，在此基礎上，最終形成了理論與實踐并重的研究實際流體模型的現代流體力學。在20世紀60年代以后，由于計算機的發展與普及，流體力學的應用更是日益廣泛。2022/12/20流體力學第一章緒論

9我國早期流體科學發展在公元前256—公元前210年修建了我國歷史上的三大水利工程（都江堰、鄭國渠、靈渠）——明渠水流、堰流

分水魚嘴、飛沙堰、寶瓶口

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10三、教材及參考教材教材：流體力學（自編）參考教材：[1]劉鶴年.流體力學，中國建筑出版社，第2版[2]劉建軍、章寶華主編.流體力學，北京大學出版社[3]蔡增基、龍天渝主編.流體力學泵與風機，第4版，建工出版社[4]聞德蓀主編.流體力學(水力學)，第2版，高等教育出版社三、教材及參考教材2022/12/20流體力學第一章緒論

11四、學習方法理解概念前后內容聯系認真獨立完成作業勤學多問注意單位：國際標準單位國際基本單位kg—m—s四、學習方法2022/12/20流體力學第一章緒論

121.1

作用在流體上的力

1.質量力(massforce

)1.1作用在流體上的力1.質量力2022/12/20流體力學第一章緒論

131.1

作用在流體上的力

2.表面力(surfaceforce

)1.1作用在流體上的力2.表面力壓應力A切應力//A2022/12/20流體力學第一章緒論

141.2流體的主要物理性質1.2流體的主要物理性質流動性慣性、重力特性粘滯性壓縮性和熱脹性表面張力特性抗壓性2022/12/20流體力學第一章緒論

151.2流體的主要物理性質1.流動性流動性流動性流體區別于固體的本質特征。在剪切力作用下發生連續變形，或者說流體在靜止時不能承受任何剪切力。2022/12/20流體力學第一章緒論

161.2流體的主要物理性質2.慣性和重力特性慣性(inertia

)和重力特性慣性的大小用質量來度量，符號m，(kg)。密度，符號ρ，(kg/m3)常溫、常壓下：水：ρ=1000kg/m3；空氣:ρ=1.2kg/m3水銀：ρ=13.6×10-3kg/m32022/12/20流體力學第一章緒論

17慣性和重力特性重量：符號G，(N)容重，符號γ，(N/m3)密度與容重的關系計算中：g=9.8

m/s21.2流體的主要物理性質2.慣性和重力特性2022/12/20流體力學第一章緒論

181.2流體的主要物理性質3.粘性粘性(viscosity

)(1)定義相互運動的流體質點或流層之間會產生抵抗相對運動的內摩擦力，這種內摩擦力稱為粘力。

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19(2)牛頓的內摩擦定律1.2流體的主要物理性質3.粘性2022/12/20流體力學第一章緒論

201)粘性系數1.2流體的主要物理性質3.粘性動力粘性系數（Pas）

——動力粘度(dynamicviscosity

)動力粘度（Pas）—表征流體的粘性大小運動粘度（m2/s）—表征流體流動性好壞運動粘性系數（m2/s）

——運動粘度（kinematicviscosity

）2022/12/20流體力學第一章緒論

212)粘性系數隨溫度的變化1.2流體的主要物理性質3.粘性液體：溫度升高，粘性系數減小。氣體：溫度升高，粘性系數減小。影響流體粘性的的因素液體的粘性主要取決于分子間距。氣體的粘性主要取決于分子的熱運動程度。分子之間的距離：間距增大，粘性減小。分子熱運動的程度：熱運動劇烈，粘性增大。2022/12/20流體力學第一章緒論

223)速度梯度1.2流體的主要物理性質3.粘性速度梯度的實質是流體的剪切變形角的變化速率2022/12/20流體力學第一章緒論

234)粘性力的計算1.2流體的主要物理性質3.粘性T2022/12/20流體力學第一章緒論

24例1：已知平板面積A＝1m2，與臺面之間的距離為δ＝1mm，充滿粘性系數為μ＝0.1Pa·s的液體，現平板以速度u＝2m/s的速度，求拖動平板所需的力。1.2流體的主要物理性質3.粘性2022/12/20流體力學第一章緒論

25例2：如圖，氣缸內壁的直徑D＝12cm、活塞的直徑d＝11.96cm，活塞的長度l=14cm，活塞往復運動的速度為1m/s，潤滑油液的＝0.1Pa，求作用在活塞上的粘性力。

1.2流體的主要物理性質3.粘性2022/12/20流體力學第一章緒論

265)無粘性流體—又稱為理想流體1.2流體的主要物理性質3.粘性6)牛頓流體與非牛頓流體2022/12/20流體力學第一章緒論

271.2流體的主要物理性質4.壓縮性和熱脹性壓縮性和熱脹性(1)液體的壓縮性2022/12/20流體力學第一章緒論

281.2流體的主要物理性質4.壓縮性和熱脹性(2)液體的熱脹性(3)氣體的壓縮性和熱脹性空氣是理想氣體(4)不可壓縮性流體：空氣、水：速度<68m/s2022/12/20流體力學第一章緒論

291.2流體的主要物理性質5.表面張力表面張力——毛細管現象(1)定義(2)表現2022/12/20流體力學第一章緒論

301.2流體的主要物理性質