工程流體力學(xué) chaer 緒論

第一章緒論工程流體力學(xué)引言(Introduction)流體力學(xué)：宏觀力學(xué)。FluidMechanics學(xué)習(xí)對(duì)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。學(xué)習(xí)任務(wù)：研究流體所遵循的宏觀運(yùn)動(dòng)規(guī)律以及流體和周圍物體之間的相互作用。學(xué)習(xí)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(shì)法保角變換法

實(shí)驗(yàn)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(dòng)介質(zhì)設(shè)備包括風(fēng)洞、水槽、水洞、激波管、測(cè)試管系等數(shù)值方法：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。流體力學(xué)的發(fā)展簡(jiǎn)史

流體力學(xué)在中國(guó)大禹治水

4000多年前的大禹治水，說明我國(guó)古代已有大規(guī)模的治河工程。秦代三大水利工程(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(guó)渠、靈渠三大水利工程，說明當(dāng)時(shí)對(duì)明槽水流和堰流流動(dòng)規(guī)律的認(rèn)識(shí)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(shí)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(zhǎng)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(dòng)力的簡(jiǎn)單機(jī)械也有了長(zhǎng)足的發(fā)展，例如用水輪提水，或通過簡(jiǎn)單的機(jī)械傳動(dòng)去碾米、磨面等。東漢杜詩任南陽太守時(shí)（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(dòng)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(guó)流體力學(xué)在中國(guó)真州船閘北宋（960-1126）時(shí)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(mèng)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(guó)錢學(xué)森

錢學(xué)森（1911－2009）浙江省杭州市人，他在火箭、導(dǎo)彈、航天器的總體、動(dòng)力、制導(dǎo)、氣動(dòng)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(shí)，為中國(guó)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(guó)科學(xué)院自然科學(xué)一等獎(jiǎng)，1979年獲美國(guó)加州理工學(xué)院杰出校友獎(jiǎng)，1985年獲國(guó)家科技進(jìn)步獎(jiǎng)特等獎(jiǎng)。1989年獲小羅克維爾獎(jiǎng)?wù)潞褪澜缂?jí)科學(xué)與工程名人稱號(hào)，1991年被國(guó)務(wù)院、中央軍委授予“國(guó)家杰出貢獻(xiàn)科學(xué)家”榮譽(yù)稱號(hào)和一級(jí)英模獎(jiǎng)?wù)隆Ａ黧w力學(xué)在中國(guó)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(gè)方面即愛因斯坦廣義相對(duì)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（1917-1992）

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(dòng)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(guó)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(guó)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(gè)闡明了相對(duì)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(dòng)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(dòng)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)的的西方史帕斯斯卡卡（（B.Pascal,1623-1662））提出出了了密密閉閉流流體體能能傳傳遞遞壓壓強(qiáng)強(qiáng)的的原原理理--帕帕斯斯卡卡原原理理。。牛頓頓（（SirIsaacNewton，1643－1727)英國(guó)偉偉大的的數(shù)學(xué)學(xué)家、、物理理學(xué)家家、天天文學(xué)學(xué)家和和自然然哲學(xué)學(xué)家。。1642年12月月25日生生于英英格蘭蘭林肯肯郡格格蘭瑟瑟姆附附近的的沃爾爾索普普村，，1727年3月20日日在倫倫敦病病逝。。牛頓頓在科科學(xué)上上最卓卓越的的貢獻(xiàn)獻(xiàn)是微微積分分和經(jīng)經(jīng)典力力學(xué)的的創(chuàng)建建。牛牛頓的的成就就，恩恩格斯斯在《《英國(guó)國(guó)狀況況十八八世紀(jì)紀(jì)》中中概括括得最最為完完整：："牛牛頓由由于發(fā)發(fā)明了了萬有有引力力定律律而創(chuàng)創(chuàng)立了了科學(xué)學(xué)的天文學(xué)學(xué)，由于于進(jìn)行行了光光的分分解而而創(chuàng)立立了科科學(xué)的的光學(xué)，由于于創(chuàng)立立了二二項(xiàng)式式定理理和無無限理理論而而創(chuàng)立立了科科學(xué)的的數(shù)學(xué)，由于于認(rèn)識(shí)識(shí)了力力的本本性而而創(chuàng)立立了科科學(xué)的的力學(xué)"。伯努利利（D.Bernoulli，1700－－1782）瑞瑞士科科學(xué)家家在1738年出版的的名著《流流體動(dòng)力學(xué)學(xué)》中，建建立了流體體位勢(shì)能、、壓強(qiáng)勢(shì)能能和動(dòng)能之之間的能量量轉(zhuǎn)換關(guān)系系──伯努努利方程。。在此歷史史階段，諸諸學(xué)者的工工作奠定了了流體靜力力學(xué)的基礎(chǔ)礎(chǔ)，促進(jìn)了了流體動(dòng)力力學(xué)的發(fā)展展。流體力學(xué)的的西方史流體力學(xué)的的西方史歐拉拉（L.Euler，1707－1783）經(jīng)典流體力力學(xué)的奠基基人，1755年發(fā)發(fā)表《流體體運(yùn)動(dòng)的一一般原理》》，提出了了流體的連連續(xù)介質(zhì)模模型，建立立了連續(xù)性性微分方程程和理想流流體的運(yùn)動(dòng)動(dòng)微分方程程，給出了了不可壓縮縮理想流體體運(yùn)動(dòng)的一一般解析方方法。他提提出了研究究流體運(yùn)動(dòng)動(dòng)的兩種不不同方法及及速度勢(shì)的的概念，并并論證了速速度勢(shì)應(yīng)當(dāng)當(dāng)滿足的運(yùn)運(yùn)動(dòng)條件和和方程。流體力學(xué)的的西方史‘Alembert,1717－1783）1744年年提出了達(dá)達(dá)朗伯疑題題（又稱達(dá)達(dá)朗伯佯謬謬），即在在理想流體體中運(yùn)動(dòng)的的物體既沒沒有升力也也沒有阻力力。從反面面說明了理理想流體假假定的局限限性。拉格朗朗日（（J.-L.Lagrange,1736－1813）提出了了新的的流體體動(dòng)力力學(xué)微微分方方程，，使流流體動(dòng)動(dòng)力學(xué)學(xué)的解解析方方法有有了進(jìn)進(jìn)一步步發(fā)展展。嚴(yán)嚴(yán)格地地論證證了速速度勢(shì)勢(shì)的存存在，，并提提出了了流函函數(shù)的的概念念，為為應(yīng)用用復(fù)變變函數(shù)數(shù)去解解析流流體定定常的的和非非定常常的平平面無無旋運(yùn)運(yùn)動(dòng)開開辟了了道路路。流體力力學(xué)的的西方方史弗勞德德（W.Froude，，1810-1879））對(duì)船舶舶阻力力和搖搖擺的的研究究頗有有貢獻(xiàn)獻(xiàn)，他他提出出了船船模試試驗(yàn)的的相似似準(zhǔn)則則數(shù)--弗弗勞德德數(shù)，，建立立了現(xiàn)現(xiàn)代船船模試試驗(yàn)技技術(shù)的的基礎(chǔ)礎(chǔ)。亥姆霍霍茲（（H.vonHelmholtz,1821-1894））和基基爾霍霍夫（（G.R.Kirchhoff,1824-1887））對(duì)旋渦渦運(yùn)動(dòng)動(dòng)和分分離流流動(dòng)進(jìn)進(jìn)行了了大量量的理理論分分析和和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)研究究，提提出了了表征征旋渦渦基本本性質(zhì)質(zhì)的旋旋渦定定理、、帶射射流的的物體體繞流流阻力力等學(xué)學(xué)術(shù)成成就。。流體力學(xué)的西西方史））首先提出了不不可壓縮粘性性流體的運(yùn)動(dòng)動(dòng)微分方程組組。））嚴(yán)格地導(dǎo)出了了這些方程，，并把流體質(zhì)質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)分分解為平動(dòng)、、轉(zhuǎn)動(dòng)、均勻勻膨脹或壓縮縮及由剪切所所引起的變形形運(yùn)動(dòng)。后來來引用時(shí)，便便統(tǒng)稱該方程程為納維（N)-斯托克克斯(S)方方程。納維（L.Navier，1785－1836，法國(guó)）斯托克斯（G.Stokes，1819－1903，英國(guó)）流體力學(xué)的西西方史謝才（A.deChézy法國(guó)））在1755年年便總結(jié)出明明渠均勻流公公式--謝才才公式，一直直沿用至今。。雷諾（O.Reynolds，，1842-1912））1883年用用實(shí)驗(yàn)證實(shí)了了粘性流體的的兩種流動(dòng)狀狀態(tài)──層流流和紊流的客客觀存在，找找到了實(shí)驗(yàn)研研究粘性流體體流動(dòng)規(guī)律的的相似準(zhǔn)則數(shù)數(shù)──雷諾數(shù)數(shù)，以及判別別層流和紊流流的臨界雷諾諾數(shù)，為流動(dòng)動(dòng)阻力的研究究奠定了基礎(chǔ)礎(chǔ)。流體力學(xué)的西西方史瑞利（L.J.W.Reyleigh，1842-1919英國(guó)國(guó)）在相似原理的的基礎(chǔ)上，提提出了實(shí)驗(yàn)研研究的量綱分分析法中的一一種方法--瑞利法。庫塔（M.W.Kutta，1867－1944）1902年就就曾提出過繞繞流物體上的的升力理論，，但沒有在通通行的刊物上上發(fā)表。儒科夫斯基（（Н.Е.ЖЖуковсский,1847－1921）從1906年年起，發(fā)表了了《論依附渦渦流》等論文文，找到了翼翼型升力和繞繞翼型的環(huán)流流之間的關(guān)系系，建立了二二維升力理論論的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)礎(chǔ)。他還研究究過螺旋槳的的渦流理論以以及低速翼型型和螺旋槳槳槳葉剖面等。。他的研究成成果，對(duì)空氣氣動(dòng)力學(xué)的理理論和實(shí)驗(yàn)研研究都有重要要貢獻(xiàn)，為近近代高效能飛飛機(jī)設(shè)計(jì)奠定定了基礎(chǔ)。流體力學(xué)的西西方史普朗特（L.Prandtl，1875－1953）建立了邊界界層理論，，解釋了阻阻力產(chǎn)生的的機(jī)制。以以后又針對(duì)對(duì)航空技術(shù)術(shù)和其他工工程技術(shù)中中出現(xiàn)的紊紊流邊界層層，提出混混合長(zhǎng)度理理論。1918-1919年年間，論述述了大展弦弦比的有限限翼展機(jī)翼翼理論，對(duì)對(duì)現(xiàn)代航空空工業(yè)的發(fā)發(fā)展作出了了重要的貢貢獻(xiàn)?？ㄩT（（T.vonKármán，1881-1963）在1911-1912年連續(xù)續(xù)發(fā)表的論論文中，提提出了分析析帶旋渦尾尾流及其所所產(chǎn)生的阻阻力的理論論，人們稱稱這種尾渦渦的排列為為卡門渦街。在1930年的論論文中，提提出了計(jì)算算紊流粗糙糙管阻力系系數(shù)的理論論公式。嗣嗣后，在紊紊流邊界層層理論、超超聲速空氣氣動(dòng)力學(xué)、、火箭及噴噴氣技術(shù)等等方面都有有不少貢獻(xiàn)獻(xiàn)。流體力學(xué)的的西方史布拉休斯（（H.Blasius）在1913年發(fā)表的的論文中，，提出了計(jì)計(jì)算紊流光光滑管阻力力系數(shù)的經(jīng)經(jīng)驗(yàn)公式。。伯金漢（E.Buckingham））在1914年發(fā)表的的《在物理理的相似系系統(tǒng)中量綱綱方程應(yīng)用用的說明》》論文中，，提出了著著名的π定定理，進(jìn)一一步完善了了量綱分析析法。尼古拉茲（（J.Nikuradze））在1933年發(fā)表的的論文中，，公布了他他對(duì)砂粒粗粗糙管內(nèi)水水流阻力系系數(shù)的實(shí)測(cè)測(cè)結(jié)果--尼古拉茲茲曲線，據(jù)據(jù)此他還給給紊流光滑滑管和紊流流粗糙管的的理論公式式選定了應(yīng)應(yīng)有的系數(shù)數(shù)。流體力學(xué)的的西方史科勒布茹克克（C.F.Colebrook）在1939年發(fā)表的的論文中，，提出了把把紊流光滑滑管區(qū)和紊紊流粗糙管管區(qū)聯(lián)系在在一起的過過渡區(qū)阻力力系數(shù)計(jì)算算公式。））在1944年發(fā)表的的論文中，，給出了他他繪制的實(shí)實(shí)用管道的的當(dāng)量糙粒粒阻力系數(shù)數(shù)圖--莫莫迪圖。至至此，有壓壓管流的水水力計(jì)算已已漸趨成熟熟。流體力學(xué)在在工程中的的應(yīng)用船舶運(yùn)動(dòng)浮標(biāo)

海洋平臺(tái)

潛器

地效翼艇（WIG）航空航天航海

流體力學(xué)在在工程中的的應(yīng)用能源動(dòng)力發(fā)動(dòng)機(jī)四沖程WindTurbine飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)蒸汽機(jī)車能源動(dòng)力楊浦大橋節(jié)能型建筑能源動(dòng)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)設(shè)備模型電廠冷卻塔塔生物仿生學(xué)學(xué)信天翁滑翔

應(yīng)用廣泛已已派生出很很多新的分分支:電磁流體力力學(xué)、生物物流體力學(xué)學(xué)化學(xué)流體力力學(xué)、地球球流體力學(xué)學(xué)高溫氣體動(dòng)動(dòng)力學(xué)、非非牛頓流體體力學(xué)爆炸力學(xué)、、流變學(xué)、、計(jì)算流體體力學(xué)等流體能夠流動(dòng)的的物質(zhì)叫流流體在任何微小小的剪切力力的作用下下都能夠發(fā)發(fā)生連連續(xù)變形形的物質(zhì)稱稱為流體。。包括－－－－氣體、、液體。氣體無一定定形狀和體體積。第三節(jié)流流體的定定義及特征就易變形性而而言，液體與與氣體屬于同同類。流體的易變形形性：在受到剪切力力持續(xù)作用時(shí)時(shí)，固體的變變形一般是微微小的(如金屬)或有限的(如塑料)，但流體卻能能產(chǎn)生很大的的甚至無限大大(只作用時(shí)間無無限長(zhǎng))的變形。當(dāng)剪切力停止止作用后，固固體變形能恢恢復(fù)或部分恢恢復(fù)，流體則則不作任何恢恢復(fù)。第三節(jié)流流體的定定義及特征固體內(nèi)的切應(yīng)應(yīng)力由剪切變變形量(位移)決定，而流體體內(nèi)的切應(yīng)力與變變形量無關(guān)，，由變形速度度(切變率)決定。任意改變均質(zhì)質(zhì)流體微元排排列次序，不不影響它的宏宏觀物理性質(zhì)質(zhì)；任意改變變固體微元的的排列無疑將將它徹底破壞壞。第三節(jié)流流體的定定義及特征固體表面之間間的摩擦是滑滑動(dòng)摩擦，摩摩擦力與固體體表面狀況有有關(guān)；流體與與固體表面可可實(shí)現(xiàn)分子量量級(jí)的接觸，，達(dá)到表面不不滑移。第四節(jié)流流體連續(xù)介介質(zhì)模型連續(xù)介質(zhì)模型型將流體作為由由無窮多稠密密、沒有間隙隙的流體質(zhì)點(diǎn)點(diǎn)構(gòu)成的連續(xù)續(xù)介質(zhì)，這就就是1755年歐拉提出出的“連續(xù)介介質(zhì)模型”。。在連續(xù)性假設(shè)設(shè)之下，表征征流體狀態(tài)的的宏觀物理量量如速度、壓壓強(qiáng)、密度、、溫度等在空空間和時(shí)間上上都是連續(xù)分分布的，都可可以作為空間間和時(shí)間的連連續(xù)函數(shù)。流體質(zhì)點(diǎn)：包含有足夠多多流體分子的的微團(tuán)，在宏宏觀上流體微微團(tuán)的尺尺度和流動(dòng)動(dòng)所涉及的物物體的特征長(zhǎng)長(zhǎng)度相比充分分的小，小到到在數(shù)學(xué)上可可以作為一個(gè)個(gè)點(diǎn)來處理。。而在微觀上上，微團(tuán)的尺尺度和分子的的平均自由行行程相比又要要足夠大。第五節(jié)流體體的密度、相相對(duì)密度、比比容密度：()均質(zhì)流體比容：密度的倒數(shù)相對(duì)密度式中────流體的密度度（kg/m）；──4℃時(shí)水的密度（（kg/m）。密度單位體內(nèi)流體體所具有的質(zhì)質(zhì)量表征流體體在空間的密密集程度。第六節(jié)流流體的壓縮性性和膨脹性流體的壓縮性性在一定的溫度度下，單位壓壓強(qiáng)增量引起起的體積變化化率定義為流流體的壓縮性性系數(shù)，其值值越大，流體體越容易壓縮縮，反之，不不容易壓縮。。定義式式：體積彈彈性模模量其值越越大，，流體體越不不容易易壓縮縮，反反之，，就容容易壓壓縮。。一定溫溫度下下水的的體積積彈性性模量量示于于教材材表1－3第六節(jié)節(jié)流流體體的壓壓縮性性和膨膨脹性性流體的的膨脹脹性當(dāng)壓強(qiáng)強(qiáng)一定定時(shí)，，流體體溫度度變化化體積積改變變的性性質(zhì)稱稱為流流體的的膨脹脹性，，膨脹脹性的的大小小用溫溫度膨膨脹系系數(shù)來來表示示。膨脹性性系數(shù)數(shù)式中或或?yàn)闉闇囟榷仍隽?；為為相?yīng)的體體積變化率。。由于溫度升升高體積膨脹脹，故二者同同號(hào)。aV的單單位位為為1/K或或1/℃℃。。水在在不不同同溫溫度度下下的的膨膨脹脹系系數(shù)數(shù)如如表表1－－4所所示示。?？蓧簤嚎s縮流流體體和和不不可可壓壓縮縮流流體體理論論上上，，氣氣體體和和液液體體都都是是可可壓壓縮縮的的。。但但通通常常將將氣氣體體時(shí)時(shí)為為可可壓壓縮縮流流體體，，液液體體視視為為不不可可壓壓縮縮流流體體。。水下下爆爆炸炸：：水水也也要要視視為為可可壓壓縮縮流流體體；；當(dāng)當(dāng)氣氣體體流流速速比比較較低低時(shí)時(shí)也也可可以以視視為為不不可可壓壓縮縮流流體體。。流體體的的粘粘性性：：流體體流流動(dòng)動(dòng)時(shí)時(shí)產(chǎn)產(chǎn)生生內(nèi)內(nèi)摩摩擦擦力力的的性性質(zhì)質(zhì)程程為為流流體體的的黏黏性性。。流流體體內(nèi)內(nèi)摩摩擦擦的的概概念念最最早早由由牛牛頓頓（（I.Newton,1687））提提出出。。由由庫庫侖侖（（C．．A．．Coulomb,1784））用用實(shí)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)得得到到證證實(shí)實(shí)。。第七節(jié)節(jié)流流體體的粘粘性庫侖把把一塊塊薄圓圓板用用細(xì)金金屬絲絲平吊吊在液液體中中，將將圓板板繞中中心轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)過一一角度度后放放開，，靠金金屬絲絲的扭扭轉(zhuǎn)作作用，，圓板板開始始往返返擺動(dòng)動(dòng)，由由于液液體的的粘性性作用用，圓圓板擺擺動(dòng)幅幅度逐逐漸衰衰減，，直至至靜止止。庫庫侖分分別測(cè)測(cè)量了了普通通板、、涂臘臘板和和細(xì)沙沙板，，三種種圓板板的衰衰減時(shí)時(shí)間。。三種種圓圓板板的的衰衰減減時(shí)時(shí)間間均均相相等等。庫侖侖得得出出結(jié)結(jié)論論:衰減減的的原原因因，，不不是是圓圓板板與與液液體體之之間間的的相相互互摩摩擦擦，，而而是是液液體體內(nèi)內(nèi)部部的的摩摩擦擦。。牛頓頓內(nèi)內(nèi)摩摩擦擦定定律律牛頓頓在在《自然然哲哲學(xué)學(xué)的的數(shù)數(shù)學(xué)學(xué)原原理理》中假假設(shè)設(shè)：：““流流體體兩兩部部分分由由于于缺缺乏乏潤(rùn)潤(rùn)滑滑而而引引起起的的阻阻力力速速度度梯梯度度成成正正比比””。。上式式稱稱為為牛牛頓頓粘粘性性定定律律，，它它表表明明：：⑴粘粘性性切切應(yīng)應(yīng)力力與與速速度度梯梯度度成成正正比比；；⑵粘粘性性切切應(yīng)應(yīng)力力與與角角變變形形速速率率成成正正比比；；⑶比比例例系系數(shù)數(shù)稱稱動(dòng)動(dòng)力力粘粘度度，，簡(jiǎn)簡(jiǎn)稱稱粘粘度度。。牛頓頓粘粘性性定定律律已已獲獲得大大量量實(shí)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證證實(shí)實(shí)。。與固體的虎克定律作對(duì)比：粘性性切切應(yīng)應(yīng)力力由由相相鄰鄰兩兩層層流流體體之之間間的的速速度度梯梯度度決決定定,而不是是由由速速度度決決定定.粘性性切切應(yīng)應(yīng)力力由由流流體體元元的的角角變變形形速速率率決決定定，，而而不不是是由由變變形形量量決決定定.牛頓頓粘粘性性定定律律指指出出：：流體體粘粘性性只只能能影影響響流流動(dòng)動(dòng)的的快快慢慢，，卻卻不不能能停停止止流流動(dòng)動(dòng)。。牛頓頓內(nèi)內(nèi)摩摩擦擦定定律律粘度度μ的全全稱稱為為動(dòng)力力粘粘度度,根根據(jù)據(jù)牛牛頓頓粘粘性性定定律律可可得得.粘度度的的單單位位在在SI制中中是是帕帕秒秒（（Pa·s),工程程中中常常常常用用到到運(yùn)動(dòng)動(dòng)粘粘度度用下下式式表表示示單單位位:(m2/s)一般般僅僅隨隨溫溫度度變變化化，，液液體體溫溫度度升升高高粘粘度度增增大大，，氣氣體體溫溫度度升升高高粘粘度度減減小小。。流體體粘粘性性成成因因流體體內(nèi)內(nèi)摩摩擦擦是是兩兩層層流流體體間間分分子子內(nèi)內(nèi)聚聚力力和和分分子子動(dòng)動(dòng)量量交交換換的的宏宏觀觀表表現(xiàn)現(xiàn)。。當(dāng)兩兩層層液液體體作作相相對(duì)對(duì)運(yùn)運(yùn)動(dòng)動(dòng)時(shí)時(shí)，，兩兩層層液液體體分分子子的的平平均均距距離離加加大大，，吸吸引引力力隨隨之之增增大大，，這這就就是是分子子內(nèi)內(nèi)聚聚力力。流體體粘粘性性的的成成因因氣體體分分子的的隨隨機(jī)機(jī)運(yùn)運(yùn)動(dòng)動(dòng)范范圍圍大大，，流流層層之之間間的的分分子子交交換換頻頻繁繁。。兩層層之之間的的分分子子動(dòng)動(dòng)量量交交換換表表現(xiàn)現(xiàn)為為力力的的作作用用，，稱稱為為表觀觀切切應(yīng)應(yīng)力力。氣氣體體內(nèi)內(nèi)摩摩擦擦力力即即以以表表觀觀切切應(yīng)應(yīng)力力為為主主。一般認(rèn)認(rèn)為：液體體粘性性主要要取決決于分分子間間的引引力，，氣體體的黏黏性主主要取取決于于分子子的熱熱運(yùn)動(dòng)動(dòng)。壁面不不滑移移假設(shè)設(shè)由于流流體的的易變變形性性，流流體與與固壁壁可實(shí)實(shí)現(xiàn)分分子量量級(jí)的的粘附附作用用。通通過分分子內(nèi)內(nèi)聚力力使粘粘附在在固壁壁上的的流體體質(zhì)點(diǎn)點(diǎn)與固固壁一一起運(yùn)運(yùn)動(dòng)。。壁面無無滑移移?庫侖實(shí)實(shí)驗(yàn)間間接地地驗(yàn)證證了壁壁面不不滑移移假設(shè)設(shè)；?壁面不不滑移移假設(shè)設(shè)已獲獲得大大量實(shí)實(shí)驗(yàn)證證實(shí)，，被稱稱為壁面不不滑移移條件件。常溫常常壓下下水的的粘度度是空空氣的的55.4倍常溫常常壓下下空氣氣的運(yùn)運(yùn)動(dòng)粘粘度是是水的的15倍水空氣水空氣粘性流流體和和理想想流體體實(shí)際流流體（粘性性流體體）實(shí)際中中的流流體都都具有有粘性性，因因?yàn)槎级际怯捎煞肿幼咏M成成，都都存在在分子子間的的引力力和分分子的的熱運(yùn)運(yùn)動(dòng)，，故都都具有有粘性性，所所以，，粘性性流體體也稱稱實(shí)際際流體體。理想流流體假想沒沒有黏黏性的的流體體。具有實(shí)實(shí)際意意義：：由于實(shí)實(shí)際流流體存存在粘粘性使使問題題的研研究和和分一些情況下基本上符合粘性不大的實(shí)際流體的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，可用來描述實(shí)際流體的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，如空氣繞流圓柱體時(shí)，邊界層以外的勢(shì)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(dòng)、流體靜止?fàn)顟B(tài)，這時(shí)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。實(shí)際流流體：：牛頓頓流體體和非非牛頓頓流體體牛頓流流體:剪應(yīng)力力和變變形速速率滿滿足線線性關(guān)關(guān)系。。圖中中A所示。。非牛頓頓流體體：剪切應(yīng)應(yīng)力和和變形形速率率之間間不滿滿足線線性關(guān)關(guān)系的的流體體。圖中B、C、D均屬非非牛頓頓流體體。習(xí)題題習(xí)題1－3如圖所示示，轉(zhuǎn)軸直直徑=0.36m，，軸承長(zhǎng)度度=1m，，軸與軸承承之間的縫縫隙＝0.2mm，，其中充滿滿動(dòng)力粘度度＝0.72Pa.s的油油，如果軸軸的轉(zhuǎn)速200rpm，求克克服油的粘粘性阻力所所消耗的功功率。解：油層與與軸承接觸觸面上的速速度為零，，與軸接觸觸面上的速速度等于軸軸面上的線速度：設(shè)油層在縫縫隙內(nèi)的速速度分布為為直線分布布，則軸表表面上總的的切向力為為：克服摩擦所所消耗的功功率為：第九節(jié)作作用在流流體上的力力表面力：外界通過接接觸傳遞的的力，用應(yīng)應(yīng)力來表示示。理想（靜止）流體中一點(diǎn)處的應(yīng)力理想（靜止）流體中沒有切應(yīng)力，只承受壓力，不能承受拉力。表面力只有法向壓應(yīng)力p質(zhì)量力（體體積力）：：質(zhì)量力是某某種力場(chǎng)作作用在全部部流體質(zhì)點(diǎn)點(diǎn)上的力，，其大小和和流體的質(zhì)質(zhì)量或體積積成正比，，故稱為質(zhì)質(zhì)量力或體體積力。單位質(zhì)量量質(zhì)量力力：質(zhì)量力的的合力：重力場(chǎng)中中：9、靜夜四四無鄰，，荒居舊舊業(yè)貧。。。1月-231月-23Friday,January6,202310、雨中黃葉樹樹，燈下白頭頭人。。14:48:3414:48:3414:481/6/20232:48:34PM11、以我我獨(dú)沈沈久，，愧君君相見見頻。。。1月-2314:48:3414:48Jan-2306-Jan-2312、故人江江海別，，幾度隔隔山川。。。14:48:3414:48:3414:48Friday,January6,202313、乍見翻疑疑夢(mèng)，相悲悲各問年。。。1月-231月-2314:48:3414:48:34January6,202314、他鄉(xiāng)生白白發(fā)，舊國(guó)國(guó)見青山。。。06一一月20232:48:34下午午14:48:341月-2315、比比不不了了得得就就不不比比，，得得不不到到的的就就不不要要。。。。。一月月232:48下下午午1月月-2314:48January6,202316、行動(dòng)出出成果，，工作出出財(cái)富。。。2023/1/614:48:3414:48:3406January202317、做前，，能夠環(huán)環(huán)視四周周；做時(shí)時(shí)，你只只能或者者最好沿沿著以腳腳為起點(diǎn)點(diǎn)的射線線向前。。。2:48:34下午午2:48下午午14:48:341月-239、沒有失敗敗，只有暫暫時(shí)停止成成功！。1月-231月-23Friday,January6,202310、很多事情情努力了未未必有結(jié)果果，但是不不努力卻什什么改變也也沒有。。。14:48:3514:48:3514:481/6/20232:48:35PM11、成功就是日日復(fù)一日那一一點(diǎn)點(diǎn)小小努努力的積