流體力學(xué)緒論

第一章緒論流體力學(xué)課程安排教材：

曾憶山,郭永存.《流體力學(xué)》合肥工業(yè)大學(xué)出版社

參考書：謝振華,宋存義.《工程流體力學(xué)》冶金工業(yè)出版社任課教師：朱萬富機(jī)械學(xué)院過控教研室）成績評定：考試課。成績=考試卷面成績*70%+平時成績*30%學(xué)時數(shù)：48＝32（理論課）＋8（實(shí)驗(yàn)課）+8(習(xí)題課）課程性質(zhì)：技術(shù)基礎(chǔ)課引言

(INTRODUCTION)流體力學(xué)：宏觀力學(xué)。FluidMechanics,FluidHydrodynamics，Hydrodynamics研究對象：流體(Fluid)。包括液體和氣體。液體——無形狀，有一定的體積；不易壓縮，存在自由（液）面。氣體——既無形狀，也無體積，易于壓縮。研究任務(wù)：研究流體所遵循的宏觀運(yùn)動規(guī)律以及流體和周圍物體之間的相互作用。

一、研究內(nèi)容流、固體相互作用流動規(guī)律平衡規(guī)律絕對靜止相對靜止壓力分布壓力計(jì)算管流繞流射流速度分布壓力分布能量損失力與流動的關(guān)系流體動力學(xué)流體運(yùn)動學(xué)流體靜力學(xué)掌握——基本概念、基本原理基本計(jì)算方法——公式推導(dǎo)的前提條件、適用范圍各種系數(shù)的確定方法結(jié)合實(shí)際靈活運(yùn)用——測壓、測速、測流量的儀器原理使用方法二、重點(diǎn)內(nèi)容明確

熟悉EXIT流體力學(xué)也是眾多應(yīng)用科學(xué)和工程技術(shù)的基礎(chǔ)。由于空氣動力學(xué)的發(fā)展，人類研制出3倍聲速的戰(zhàn)斗機(jī)。F-15EXIT航空航天航海幻影2000EXIT流體力學(xué)也是眾多應(yīng)用科學(xué)和工程技術(shù)的基礎(chǔ)。由于空氣動力學(xué)的發(fā)展，人類研制出3倍聲速的戰(zhàn)斗機(jī)。使重量超過3百噸，面積達(dá)半個足球場的大型民航客機(jī)，靠空氣的支托象鳥一樣飛行成為可能，創(chuàng)造了人類技術(shù)史上的奇跡。EXIT利用超高速氣體動力學(xué)，物理化學(xué)流體力學(xué)和稀薄氣體力學(xué)的研究成果，人類制造出航天飛機(jī)，建立太空站，實(shí)現(xiàn)了人類登月的夢想。EXIT利用超高速氣體動力學(xué)，物理化學(xué)流體力學(xué)和稀薄氣體力學(xué)的研究成果，人類制造出航天飛機(jī)，建立太空站，實(shí)現(xiàn)了人類登月的夢想。EXIT單價(jià)超過10億美元，能抵御大風(fēng)浪的海上采油平臺；EXIT排水量達(dá)50萬噸以上的超大型運(yùn)輸船；EXIT航速達(dá)30節(jié)，深潛達(dá)數(shù)百米的核動力潛艇；EXIT時速達(dá)200公里的新型地效艇等，它們的設(shè)計(jì)都建立在水動力學(xué)，船舶流體力學(xué)的基礎(chǔ)之上。EXIT用翼柵及高溫，化學(xué)，多相流動理論設(shè)計(jì)制造成功大型氣輪機(jī)，水輪機(jī)，渦噴發(fā)動機(jī)等動力機(jī)械，為人類提供單機(jī)達(dá)百萬千瓦的強(qiáng)大動力。水輪機(jī)EXIT能源動力用翼柵及高溫，化學(xué)，多相流動理論設(shè)計(jì)制造成功大型汽輪機(jī)，水輪機(jī)，渦噴發(fā)動機(jī)等動力機(jī)械，為人類提供單機(jī)達(dá)百萬千瓦的強(qiáng)大動力。汽輪機(jī)葉片EXIT大型水利樞紐工程，超高層建筑，大跨度橋梁等的設(shè)計(jì)和建造離不開水力學(xué)和風(fēng)工程。EXIT大型水利樞紐工程，超高層建筑，大跨度橋梁等的設(shè)計(jì)和建造離不開水力學(xué)和風(fēng)工程。EXIT大型水利樞紐工程，超高層建筑，大跨度橋梁等的設(shè)計(jì)和建造離不開水力學(xué)和風(fēng)工程。EXIT大型水利樞紐工程，超高層建筑，大跨度橋梁等的設(shè)計(jì)和建造離不開水力學(xué)和風(fēng)工程。楊浦大橋EXIT21世紀(jì)人類面臨許多重大問題的解決，需要流體力學(xué)的進(jìn)一步發(fā)展，它們涉及人類的生存和生活質(zhì)量的提高。全球氣象預(yù)報(bào)；（衛(wèi)星云圖）EXIT環(huán)境與生態(tài)控制；EXIT災(zāi)害預(yù)報(bào)與控制；龍卷風(fēng)EXIT災(zāi)害預(yù)報(bào)與控制；太平洋暴云EXIT火山與地震預(yù)報(bào)；EXIT發(fā)展更快更安全更舒適的交通工具；EXIT各種工業(yè)裝置的優(yōu)化設(shè)計(jì)，降低能耗，減少污染等等。EXIT流體力學(xué)需要與其他學(xué)科交叉，如工程學(xué)，地學(xué)，天文學(xué)，物理學(xué)，材料科學(xué)，生命科學(xué)等，在學(xué)科交叉中開拓新領(lǐng)域，建立新理論，創(chuàng)造新方法。星云EXIT流體力學(xué)需要與其他學(xué)科交叉，如工程學(xué)，地學(xué)，天文學(xué)，物理學(xué)，材料科學(xué)，生命科學(xué)等，在學(xué)科交叉中開拓新領(lǐng)域，建立新理論，創(chuàng)造新方法。毛細(xì)血管流動EXIT流體力學(xué)需要與其他學(xué)科交叉，如工程學(xué)，地學(xué)，天文學(xué)，物理學(xué)，材料科學(xué)，生命科學(xué)等，在學(xué)科交叉中開拓新領(lǐng)域，建立新理論，創(chuàng)造新方法。工程學(xué)、材料學(xué)、氣象學(xué)EXIT研究方法理論分析:

根據(jù)實(shí)際問題建立理論模型涉及微分體積法速度勢法保角變換法優(yōu)點(diǎn)：明確給出各種物理量和運(yùn)動參量之間的變化關(guān)系，有較好的普遍適用性。缺點(diǎn)：數(shù)學(xué)上的困難，能得出解析解的數(shù)量有限。

實(shí)驗(yàn)研究方法:

根據(jù)實(shí)際問題利用相似理論建立實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ瓦x擇流動介質(zhì)設(shè)備包括風(fēng)洞、水槽、水洞、激波管、測試管系等優(yōu)點(diǎn)：能直接解決生產(chǎn)中的復(fù)雜問題，并能發(fā)現(xiàn)新現(xiàn)象和新問題，它的結(jié)果可以作為檢驗(yàn)其他方法是否正確的依據(jù)。缺點(diǎn)：對不同情況，需作不同的實(shí)驗(yàn)，所得結(jié)果的普遍適用性差。數(shù)值計(jì)算方法：根據(jù)理論分析的方法建立數(shù)學(xué)模型，選擇合適的計(jì)算方法，包括有限差分法、有限元法、特征線法、邊界元法等，利用商業(yè)軟件和自編程序計(jì)算，得出結(jié)果，用實(shí)驗(yàn)方法加以驗(yàn)證。優(yōu)點(diǎn)：許多分析法無法求解的問題可得出它的數(shù)值解。缺點(diǎn)：對復(fù)雜而又缺乏完善的數(shù)學(xué)模型，仍無能為力。流體力學(xué)的發(fā)展簡史

流體力學(xué)在中國大禹治水4000多年前的大禹治水，說明我國古代已有大規(guī)模的治河工程。

(公元前256~210年)

秦代，在公元前256-前210年間便修建了都江堰、鄭國渠、靈渠三大水利工程，說明當(dāng)時對明槽水流和堰流流動規(guī)律的認(rèn)識已經(jīng)達(dá)到相當(dāng)水平。龍首渠（公元前156-前87）西漢武帝時期，為引洛水灌溉農(nóng)田，在黃土高原上修建了龍首渠，創(chuàng)造性地采用了井渠法，即用豎井溝通長十余里的穿山隧洞，有效地防止了黃土的塌方。水利風(fēng)力機(jī)械

在古代，以水為動力的簡單機(jī)械也有了長足的發(fā)展，例如用水輪提水，或通過簡單的機(jī)械傳動去碾米、磨面等。東漢杜詩任南陽太守時（公元37年）曾創(chuàng)造水排（水力鼓風(fēng)機(jī)），利用水力，通過傳動機(jī)械，使皮制鼓風(fēng)囊連續(xù)開合，將空氣送入冶金爐，較西歐約早了一千一百年。流體力學(xué)在中國流體力學(xué)在中國真州船閘

北宋（960-1126）時期，在運(yùn)河上修建的真州船閘與十四世紀(jì)末荷蘭的同類船閘相比，約早三百多年。潘季順

明朝的水利家潘季順（1521-1595）提出了“筑堤防溢，建壩減水，以堤束水，以水攻沙”和“借清刷黃”的治黃原則，并著有《兩河管見》、《兩河經(jīng)略》和《河防一攬》。流量

清朝雍正年間，何夢瑤在《算迪》一書中提出流量等于過水?dāng)嗝婷娣e乘以斷面平均流速的計(jì)算方法。

流體力學(xué)在中國錢學(xué)森

錢學(xué)森（1911－）浙江省杭州市人，

他在火箭、導(dǎo)彈、航天器的總體、動力、制導(dǎo)、氣動力、結(jié)構(gòu)、材料、計(jì)算機(jī)、質(zhì)量控制和科技管理等領(lǐng)域的豐富知識，為中國火箭導(dǎo)彈和航天事業(yè)的創(chuàng)建與發(fā)展作出了杰出的貢獻(xiàn)。1957年獲中國科學(xué)院自然科學(xué)一等獎，1979年獲美國加州理工學(xué)院杰出校友獎，1985年獲國家科技進(jìn)步獎特等獎。1989年獲小羅克維爾獎?wù)潞褪澜缂壙茖W(xué)與工程名人稱號，1991年被國務(wù)院、中央軍委授予“國家杰出貢獻(xiàn)科學(xué)家”榮譽(yù)稱號和一級英模獎?wù)?。流體力學(xué)在中國周培源（1902－1993)1902年8月28日出生，江蘇宜興人。理論學(xué)家、流體力學(xué)家主要從事物理學(xué)的基礎(chǔ)理論中難度最大的兩個方面即愛因斯坦廣義相對論引力論和流體力學(xué)中的湍流理論的研究與教學(xué)并取得出色成果。吳仲華（WuZhonghua）

在1952年發(fā)表的《在軸流式、徑流式和混流式亞聲速和超聲速葉輪機(jī)械中的三元流普遍理論》和在1975年發(fā)表的《使用非正交曲線坐標(biāo)的葉輪機(jī)械三元流動的基本方程及其解法》兩篇論文中所建立的葉輪機(jī)械三元流理論，至今仍是國內(nèi)外許多優(yōu)良葉輪機(jī)械設(shè)計(jì)計(jì)算的主要依據(jù)。流體力學(xué)的西方史阿基米德（Archimedes，公元前287－212）

歐美諸國歷史上有記載的最早從事流體力學(xué)現(xiàn)象研究的是古希臘學(xué)者阿基米德在公元前250年發(fā)表學(xué)術(shù)論文《論浮體》，第一個闡明了相對密度的概念，發(fā)現(xiàn)了物體在流體中所受浮力的基本原理──阿基米德原理。

流體力學(xué)的西方史列奧納德.達(dá).芬奇（Leonardo.da.Vinci,1452－1519）

著名物理學(xué)家和藝術(shù)家設(shè)計(jì)建造了一小型水渠，系統(tǒng)地研究了物體的沉浮、孔口出流、物體的運(yùn)動阻力以及管道、明渠中水流等問題。

斯蒂文（S.Stevin,1548-1620）將用于研究固體平衡的凝結(jié)原理轉(zhuǎn)用到流體上。

伽利略（Galileo,1564-1642）

在流體靜力學(xué)中應(yīng)用了虛位移原理，并首先提出，運(yùn)動物體的阻力隨著流體介質(zhì)密度的增大和速度的提高而增大。托里析利（E.Torricelli,1608-1647）論證了孔口出流的基本規(guī)律。

流體力學(xué)的西方史帕斯卡（B.Pascal,1623-1662）

提出了密閉流體能傳遞壓強(qiáng)的原理--帕斯卡原理。牛頓

英國偉大的數(shù)學(xué)家、物理學(xué)家、天文學(xué)家和自然哲學(xué)家。1642年12月25日生于英格蘭林肯郡格蘭瑟姆附近的沃爾索普村，1727年3月20日在倫敦病逝。牛頓在科學(xué)上最卓越的貢獻(xiàn)是微積分和經(jīng)典力學(xué)的創(chuàng)建。牛頓的成就，恩格斯在《英國狀況十八世紀(jì)》中概括得最為完整："牛頓由于發(fā)明了萬有引力定律而創(chuàng)立了科學(xué)的天文學(xué)，由于進(jìn)行了光的分解而創(chuàng)立了科學(xué)的光學(xué)，由于創(chuàng)立了二項(xiàng)式定理和無限理論而創(chuàng)立了科學(xué)的數(shù)學(xué)，由于認(rèn)識了力的本性而創(chuàng)立了科學(xué)的力學(xué)"。伯努利（D.Bernoulli，1700－1782）瑞士科學(xué)家

在1738年出版的名著《流體動力學(xué)》中，建立了流體位勢能、壓強(qiáng)勢能和動能之間的能量轉(zhuǎn)換關(guān)系──伯努利方程。在此歷史階段，諸學(xué)者的工作奠定了流體靜力學(xué)的基礎(chǔ)，促進(jìn)了流體動力學(xué)的發(fā)展。流體力學(xué)的西方史流體力學(xué)的西方史歐拉（L.Euler，1707－1783）

經(jīng)典流體力學(xué)的奠基人，1755年發(fā)表《流體運(yùn)動的一般原理》，提出了流體的連續(xù)介質(zhì)模型，建立了連續(xù)性微分方程和理想流體的運(yùn)動微分方程，給出了不可壓縮理想流體運(yùn)動的一般解析方法。他提出了研究流體運(yùn)動的兩種不同方法及速度勢的概念，并論證了速度勢應(yīng)當(dāng)滿足的運(yùn)動條件和方程。流體力學(xué)的西方史達(dá)朗伯（J.leR.d‘Alembert,1717－1783）

1744年提出了達(dá)朗伯疑題（又稱達(dá)朗伯佯謬），即在理想流體中運(yùn)動的物體既沒有升力也沒有阻力。從反面說明了理想流體假定的局限性。拉格朗日（J.-L.Lagrange,1736－1813）

提出了新的流體動力學(xué)微分方程，使流體動力學(xué)的解析方法有了進(jìn)一步發(fā)展。嚴(yán)格地論證了速度勢的存在，并提出了流函數(shù)的概念，為應(yīng)用復(fù)變函數(shù)去解析流體定常的和非定常的平面無旋運(yùn)動開辟了道路。流體力學(xué)的西方史弗勞德（W.Froude，1810-1879）對船舶阻力和搖擺的研究頗有貢獻(xiàn)，他提出了船模試驗(yàn)的相似準(zhǔn)則數(shù)--弗勞德數(shù)，建立了現(xiàn)代船模試驗(yàn)技術(shù)的基礎(chǔ)。亥姆霍茲（H.vonHelmholtz,1821-1894）和基爾霍夫（G.R.Kirchhoff,1824-1887）對旋渦運(yùn)動和分離流動進(jìn)行了大量的理論分析和實(shí)驗(yàn)研究，提出了表征旋渦基本性質(zhì)的旋渦定理、帶射流的物體繞流阻力等學(xué)術(shù)成就。流體力學(xué)的西方史納維（C.-L.-M.-H.Navier）首先提出了不可壓縮粘性流體的運(yùn)動微分方程組。斯托克斯（G.G.Stokes）嚴(yán)格地導(dǎo)出了這些方程，并把流體質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動分解為平動、轉(zhuǎn)動、均勻膨脹或壓縮及由剪切所引起的變形運(yùn)動。后來引用時，便統(tǒng)稱該方程為納維-斯托克斯方程。納維（L.Navier，1785－1836，法國）斯托克斯（G.Stokes，1819－1903，英國）流體力學(xué)的西方史謝才（A.deChézy法國）

在1755年便總結(jié)出明渠均勻流公式--謝才公式，一直沿用至今。雷諾（O.Reynolds，1842-1912）1883年用實(shí)驗(yàn)證實(shí)了粘性流體的兩種流動狀態(tài)──層流和紊流的客觀存在，找到了實(shí)驗(yàn)研究粘性流體流動規(guī)律的相似準(zhǔn)則數(shù)──雷諾數(shù)，以及判別層流和紊流的臨界雷諾數(shù)，為流動阻力的研究奠定了基礎(chǔ)。流體力學(xué)的西方史瑞利（L.J.W.Reyleigh，1842-1919英國）在相似原理的基礎(chǔ)上，提出了實(shí)驗(yàn)研究的量綱分析法中的一種方法--瑞利法。庫塔（M.W.Kutta，1867－1944）1902年就曾提出過繞流物體上的升力理論，但沒有在通行的刊物上發(fā)表。儒科夫斯基（Н.Е.Жуковский,1847－1921）從1906年起，發(fā)表了《論依附渦流》等論文，找到了翼型升力和繞翼型的環(huán)流之間的關(guān)系，建立了二維升力理論的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)。他還研究過螺旋槳的渦流理論以及低速翼型和螺旋槳槳葉剖面等。他的研究成果，對空氣動力學(xué)的理論和實(shí)驗(yàn)研究都有重要貢獻(xiàn)，為近代高效能飛機(jī)設(shè)計(jì)奠定了基礎(chǔ)。流體力學(xué)的西方史普朗特（L.Prandtl，1875－1953）建立了邊界層理論，解釋了阻力產(chǎn)生的機(jī)制。以后又針對航空技術(shù)和其他工程技術(shù)中出現(xiàn)的紊流邊界層，提出混合長度理論。1918-1919年間，論述了大展弦比的有限翼展機(jī)翼理論，對現(xiàn)代航空工業(yè)的發(fā)展作出了重要的貢獻(xiàn)。卡門（T.vonKármán，1881-1963）在1911-1912年連續(xù)發(fā)表的論文中，提出了分析帶旋渦尾流及其所產(chǎn)生的阻力的理論，人們稱這種尾渦的排列為卡門渦街。在1930年的論文中，提出了計(jì)算紊流粗糙管阻力系數(shù)的理論公式。嗣后，在紊流邊界層理論、超聲速空氣動力學(xué)、火箭及噴氣技術(shù)等方面都有不少貢獻(xiàn)。流體力學(xué)的西方史布拉休斯（H.Blasius）在1913年發(fā)表的論文中，提出了計(jì)算紊流光滑管阻力系數(shù)的經(jīng)驗(yàn)公式。伯金漢（E.Buckingham）在1914年發(fā)表的《在物理的相似系統(tǒng)中量綱方程應(yīng)用的說明》論文中，提出了著名的π定理，進(jìn)一步完善了量綱分析法。尼古拉茲（J.Nikuradze）在1933年發(fā)表的論文中，公布了他對砂粒粗糙管內(nèi)水流阻力系數(shù)的實(shí)測結(jié)果--尼古拉茲曲線，據(jù)此他還給紊流光滑管和紊流粗糙管的理論公式選定了應(yīng)有的系數(shù)。流體力學(xué)的西方史科勒布茹克（C.F.Colebrook）在1939年發(fā)表的論文中，提出了把紊流光滑管區(qū)和紊流粗糙管區(qū)聯(lián)系在一起的過渡區(qū)阻力系數(shù)計(jì)算公式。莫迪（L.F.Moody）在1944年發(fā)表的論文中，給出了他繪制的實(shí)用管道的當(dāng)量糙粒阻力系數(shù)圖--莫迪圖。至此，有壓管流的水力計(jì)算已漸趨成熟。流體力學(xué)在工程中的應(yīng)用船舶運(yùn)動浮標(biāo)

海洋平臺

潛器

地效翼艇（WIG）航空航天航海

流體力學(xué)在工程中的應(yīng)用能源動力發(fā)動機(jī)四沖程WindTurbine飛機(jī)發(fā)動機(jī)蒸汽機(jī)車能源動力楊浦大橋節(jié)能型建筑能源動力氣象云圖龍卷風(fēng)氣象科學(xué)環(huán)境控制污水凈化設(shè)備模型電廠冷卻塔生物仿生學(xué)信天翁滑翔

應(yīng)用廣泛已派生出很多新的分支:電磁流體力學(xué)、生物流體力學(xué)化學(xué)流體力學(xué)、地球流體力學(xué)高溫氣體動力學(xué)、非牛頓流體力學(xué)爆炸力學(xué)、流變學(xué)、計(jì)算流體力學(xué)等流體

能夠流動的物質(zhì)叫流體在任何微小的剪切力的作用下都能夠發(fā)生連續(xù)變形的物質(zhì)稱為流體。包括－－－氣體、液體。

氣體無一定形狀和體積。第三節(jié)流體的定義及特征就易變形性而言，液體與氣體屬于同類。流體的易變形性：

在受到剪切力持續(xù)作用時，固體的變形一般是微小的(如金屬)或有限的(如塑料)，但流體卻能產(chǎn)生很大的甚至無限大(只作用時間無限長)的變形。當(dāng)剪切力停止作用后，固體變形能恢復(fù)或部分恢復(fù)，流體則不作任何恢復(fù)。第三節(jié)流體的主要物理性質(zhì)固體內(nèi)的切應(yīng)力由剪切變形量(位移)決定，而流體內(nèi)的切應(yīng)力與變形量無關(guān)，由變形速度(切變率)決定。任意改變均質(zhì)流體微元排列次序，不影響它的宏觀物理性質(zhì)；任意改變固體微元的排列無疑將它徹底破壞。第三節(jié)流體的定義及特征

固體表面之間的摩擦是滑動摩擦，摩擦力與固體表面狀況有關(guān)；流體與固體表面可實(shí)現(xiàn)分子量級的接觸，達(dá)到表面不滑移。流體連續(xù)介質(zhì)模型連續(xù)介質(zhì)模型將流體作為由無窮多稠密、沒有間隙的流體質(zhì)點(diǎn)構(gòu)成的連續(xù)介質(zhì)，這就是1755年歐拉提出的“連續(xù)介質(zhì)模型”。

在連續(xù)性假設(shè)之下，表征流體狀態(tài)的宏觀物理量如速度、壓強(qiáng)、密度、溫度等在空間和時間上都是連續(xù)分布的，都可以作為空間和時間的連續(xù)函數(shù)。說明：①流體是由無窮多個、無窮小的、緊密毗鄰、連綿不斷的流體質(zhì)點(diǎn)組成的絕無間隙的連續(xù)介質(zhì)②連續(xù)介質(zhì)的概念來自數(shù)學(xué)，實(shí)驗(yàn)證明基是正確的

連續(xù)介質(zhì)假設(shè)的優(yōu)點(diǎn)：①避免了流體分子運(yùn)動的復(fù)雜性，只需研究流體的宏觀運(yùn)動②可以利用數(shù)學(xué)工具來研究流體的平衡與運(yùn)動規(guī)律流體質(zhì)點(diǎn)：包含有足夠多流體分子的微團(tuán)，在宏觀上流體微團(tuán)的尺度和流動所涉及的物體的特征長度相比充分的小，小到在數(shù)學(xué)上可以作為一個點(diǎn)來處理。而在微觀上，微團(tuán)的尺度和分子的平均自由行程相比又要足夠大。說明：

①流體質(zhì)點(diǎn)的體積遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于流體分子之間的間距，可容納足夠多的流體分子，是流體分子集團(tuán)，個別分子運(yùn)動參數(shù)的變化不影響這群分子運(yùn)動參數(shù)的平均統(tǒng)計(jì)值②流體質(zhì)點(diǎn)是流體的最小構(gòu)成單元③流體質(zhì)點(diǎn)之間無任何間隙④流體質(zhì)點(diǎn)沒有固定形狀，但有能量流體微團(tuán)：流體中任意小的微元系統(tǒng)：流體力學(xué)中所稱的系統(tǒng)是指含有確定不變物質(zhì)的任何集合①系統(tǒng)的邊界隨系統(tǒng)內(nèi)的質(zhì)點(diǎn)一起運(yùn)動，系統(tǒng)內(nèi)的質(zhì)點(diǎn)始終包含在分界面內(nèi)，系統(tǒng)的邊界形狀及所圍成的體積大小可以隨時間變化，但系統(tǒng)或分界內(nèi)的質(zhì)量保持不變，或與外界無質(zhì)量交換。②在分界面上，系統(tǒng)與外界有力作用及能量交換。控制體：在選定的坐標(biāo)系中，任何固定的空間體積稱為控制體①

控制體的邊界（幾何形狀，體積）相對坐標(biāo)系是固定不變的②控制面上可以有流體流入、流出，有質(zhì)量、動量和能量交換③控制面上受到控制體以外的流體或固體對控制體內(nèi)流體所施加的力

密度：

均質(zhì)流體比容

密度的倒數(shù)相對密度式中──流體的密度（kg/m）；──4℃時水的密度（kg/m）。密度單位體內(nèi)流體所具有的質(zhì)量表征流體在空間的密集程度。重度：與密度定義類似流體的壓縮性和膨脹性流體的壓縮性

在一定的溫度下，單位壓強(qiáng)增量引起的體積變化率定義為流體的壓縮性系數(shù)，其值越大，流體越容易壓縮，反之，不容易壓縮。定義式：

體積彈性模量

其值越大，流體越不容易壓縮，反之，就容易壓縮。

流體的膨脹性當(dāng)壓強(qiáng)一定時，流體溫度變化體積改變的性質(zhì)稱為流體的膨脹性，膨脹性的大小用溫度膨脹系數(shù)來表示。

膨脹性系數(shù)式中或?yàn)闇囟仍隽?；為相?yīng)的體積變化率。由于溫度升高體積膨脹，故二者同號。

可壓縮流體和不可壓縮流體氣體和液體都是可壓縮的，通常將氣體時為可壓縮流體，液體視為不可壓縮流體。水下爆炸：水也要時為可壓縮流體；當(dāng)氣體流速比較低時也可以視為不可壓縮流體。

幾點(diǎn)說明：嚴(yán)格地說，不存在完全不可壓縮的流體。

一般情況下的液體都可視為不可壓縮流體，管路中壓降較大時，應(yīng)作為可壓縮流體。（發(fā)生水擊、水下爆破）。對于氣體，當(dāng)所受壓強(qiáng)變化相對較小時，可視為不可壓縮流體。（鍋爐尾部煙道）氣體對物體流動的相對速度比聲速要小得多時，氣體的密度變化也很小，可以近似地看成是常數(shù)，也可當(dāng)作不可壓縮流體處理。流體的粘性：流體流動時產(chǎn)生內(nèi)摩擦力的性質(zhì)程為流體的黏性。流體內(nèi)摩擦的概念最早由牛頓（I.Newton,1687，）提出。由庫侖（C．A．Coulomb,1784，）用實(shí)驗(yàn)得到證實(shí)。流體的粘性

庫侖把一塊薄圓板用細(xì)金屬絲平吊在液體中，將圓板繞中心轉(zhuǎn)過一角度后放開，靠金屬絲的扭轉(zhuǎn)作用，圓板開始往返擺動，由于液體的粘性作用，圓板擺動幅度逐漸衰減，直至靜止。庫侖分別測量了普通板、涂臘板和細(xì)沙板，三種圓板的衰減時間。三種圓板的衰減時間均相等。庫侖得出結(jié)論:衰減的原因，不是圓板與液體之間的相互摩擦，而是液體內(nèi)部的摩擦。說明：①黏性產(chǎn)生的原因是由于分子間的引力②理想流體不表現(xiàn)出黏性③靜止流體不表現(xiàn)出黏性

牛頓內(nèi)摩擦定律

牛頓在《自然哲學(xué)的數(shù)學(xué)原理》中假設(shè)：“流體兩部分由于缺乏潤滑而引起的阻力速度梯度成正比”。

上式稱為牛頓粘性定律，它表明：

⑴粘性切應(yīng)力與速度梯度成正比；

⑵粘性切應(yīng)力與角變形速率成正比；

⑶比例系數(shù)稱動力粘度，簡稱粘度。

牛頓粘性定律已獲得大量實(shí)驗(yàn)證實(shí)。與固體的虎克定律作對比：

粘性切應(yīng)力由相鄰兩層流體之間的速度梯度決定,而不是由速度決定.粘性切應(yīng)力由流體元的角變形速率決定，而不是由變形量決定.牛頓粘性定律指出：

流體粘性只能影響流動的快慢，卻不能停止流動。牛頓內(nèi)摩擦定律粘度μ的全稱為動力粘度,根據(jù)牛頓粘性定律可得.

粘度的單位在SI制中是帕秒（Pa·s),

工程中常常用到運(yùn)動粘度用下式表示單位:(m2/s)一般僅隨溫度變化，液體溫度升高粘度增大，氣體溫度升高粘度減小。動力黏度的單位泊1泊=1克/秒·厘米=1達(dá)因·秒/厘米2運(yùn)動黏度的單位斯1斯=10000厘米2/秒=1米2/秒

動力黏度：反映了流體的動力學(xué)特征而得名運(yùn)動黏度：油液的表征方法相對黏度（恩式黏度）：指200ml的某溫度下的液體從恩氏黏度計(jì)（=2.8mm小孔）流出的時間t1，與200ml的20℃蒸餾水流出恩氏黏度計(jì)的時間的比值t2，即流體粘性成因

流體內(nèi)摩擦是兩層流體間分子內(nèi)聚力和分子動量交換的宏觀表現(xiàn)。

當(dāng)兩層液體作相對運(yùn)動時，兩層液體分子的平均距離加大，吸引力隨之增大，這就是分子內(nèi)聚力。

流體粘性的成因

氣體分子的隨機(jī)運(yùn)動范圍大，流層之間的分子交換頻繁。

兩層之間的分子動量交換表現(xiàn)為力的作用，稱為表觀切應(yīng)力。氣體內(nèi)摩擦力即以表觀切應(yīng)力為主。一般認(rèn)為：液體粘性主要取決于分子間的引力，氣體的黏性主要取決于分子的熱運(yùn)動。常溫常壓下水的粘度是空氣的55.4倍常溫常壓下空氣的運(yùn)動粘度是水的15倍水空氣水空氣黏溫特性和黏壓特性流體的黏性隨溫度和壓力而變化，分別稱為黏溫特性和黏壓特性。黏性一般隨溫度升高而變小，隨壓力增高而變大，有如下公式液體：分子內(nèi)聚力是產(chǎn)生粘度的主要因素。溫度↑→分子間距↑→分子吸引力↓→內(nèi)摩擦力↓→粘度↓氣體：分子熱運(yùn)動引起的動量交換是產(chǎn)生粘度的主要因素。溫度↑→分子熱運(yùn)動↑→動量交換↑→內(nèi)摩擦力↑→粘度↑

粘性流體和理想流體實(shí)際流體（粘性流體）實(shí)際中的流體都具有粘性，因?yàn)槎际怯煞肿咏M成，都存在分子間的引力和分子的熱運(yùn)動，故都具有粘性，所以，粘性流體也稱實(shí)際流體。理想流體

假想沒有黏性的流體。

具有實(shí)際意義：由于實(shí)際流體存在粘性使問題的研究和分析非常復(fù)雜，甚至難以進(jìn)行，為簡化起見，引入理想流體的概念。一些情況下基本上符合粘性不大的實(shí)際流體的運(yùn)動規(guī)律，可用來描述實(shí)際流體的運(yùn)動規(guī)律，如空氣繞流圓柱體時，邊界層以外的勢流就可以用理想流體的理論進(jìn)行描述。還由于一些粘性流體力學(xué)的問題往往是根據(jù)理想流體力學(xué)的理論進(jìn)行分析和研究的。再者，在有些問題中流體的粘性顯示不出來，如均勻流動、流體靜止?fàn)顟B(tài)，這時實(shí)際流體可以看成理想流體。所以建立理想流體模型具有非常重要的實(shí)際意義。牛頓流體和非牛頓流體

牛頓流體:

剪應(yīng)力和變形速率滿足線性關(guān)系。圖中A所示。

非牛頓流體：剪切應(yīng)力和變形速率之間不滿足線性關(guān)系的流體。說明：滿足牛頓黏性定律的流體稱為牛頓流體，如油液和水為牛頓流體；反之稱為非牛頓流體，如奶油、高分子聚合物和膠質(zhì)體等。例1某液體的動力粘度為0.0045Pa·s，其比重為0.85，試求其運(yùn)動粘度。已知