汽車工程流體力學(01緒論)

西華大學XIHUAUNIVERSITY交通與汽車工程學院孟忠偉博士動力機械及工程系2012年聯(lián)系方式：mengzw/p>

五教5D211汽車工程流體力學課程名稱自我介紹孟忠偉中共黨員1980年6月出生于四川邛崍市1998.9–2002.7西安交通大學，化工機械與設(shè)備系，獲學士學位。連續(xù)四年綜合成績排名全系第一，保送清華大學。2002.9–2007.7清華大學，熱能工程系，獲博士學位。以全A的博士論文評審結(jié)果獲得工學博士學位。曾擔任清華大學“雙肩挑”輔導(dǎo)員，并獲得“一二九”優(yōu)秀輔導(dǎo)員。2007.7–2009.6廣東省某上市集團，專家助理。成功解決了對煤炭液化反應(yīng)過程反應(yīng)熱的測量問題。2009.7–2010.4加拿大溫莎大學機械工程系，綠色柴油機實驗室（CDEL），博士后。從事柴油機DPF以及主動再生系統(tǒng)的研究。目前的研究工作：不同柴油機工況產(chǎn)生的顆粒物的密度測量。2010.4–至今西華大學，交通與汽車工程學院，動力機械及工程系教師（引進人才）從事發(fā)動機燃燒與排放控制研究西華大學XIHUAUNIVERSITY交通與汽車工程學院課程目錄總學時：32

理論學習：28實驗：4實驗：雷諾實驗，文丘里流量計實驗，各2學時。內(nèi)容學時緒論2流體力學的基本方程6管路，孔口，管嘴的水力計算4粘性流體動力學6氣體的一元流動方程6激波2湍流射流2緒論目錄流體力學介紹（研究對象、內(nèi)容、方法）連續(xù)介質(zhì)模型流動流體的粘性流體物理性質(zhì)作用在流體上的力流體力學的概念流體力學：研究流體在靜止和運動時的受力與運動規(guī)律。即流體在靜止和運動時的壓力分布，流速變化，流量大小，能量傳遞與損失以及流體與固體壁面間的相互作用力等問題。流體力學：力學的一個分支。力學研究中廣泛采用抽象的理論模型：如質(zhì)點，質(zhì)點組，剛體，連續(xù)介質(zhì)等。理論力學研究這些理論模型的普遍運動規(guī)律和一般性原理。連續(xù)介質(zhì)力學研究連續(xù)介質(zhì)的運動規(guī)律，包括彈性力學（固體）和流體力學（液體和氣體）。名詞解釋:連續(xù)介質(zhì)--由沒有空隙、完全充滿所占空間的無數(shù)質(zhì)點所組成的物質(zhì)。

流體力學介紹流體的構(gòu)成流體由大量分子組成；流體分子無休止地作不規(guī)則的運動；流體分子之間經(jīng)常相互碰撞，交換動量和能量。/pic_292007.html/phyol/article/chap21/21-6/21-6.htm流體力學介紹流體力學的研究內(nèi)容流體的平衡規(guī)律；流體的運動規(guī)律；流體與流體以及流體與固體之間相互作用的規(guī)律。美國胡佛水壩柴油機噴嘴汽車阻力/wynns/0308/Power_Charge_Fuel_Treatment_Diesel_Charge.html/city/lydl/20090818/1101386.shtml/topic-1888265.html流體力學介紹流體力學的研究方法理論研究方法實驗研究方法數(shù)值研究方法流體力學介紹理論研究方法建立力學模型

通過對流體性質(zhì)及運動的觀察，根據(jù)問題的要求，抓住主要因素，忽略次要因素，建立力學模型。對力學模型根據(jù)物理定律或?qū)嶒灩剑詳?shù)學形式建立描寫流體運動的封閉方程組，并給出初始條件和邊界條件。求解利用各種數(shù)學工具準確地或近似地解出方程組，建立起所求問題的流體各參量之間的解析關(guān)系或數(shù)值關(guān)系。優(yōu)缺點

準確，清晰，但由于數(shù)學發(fā)展水平的局限，只能應(yīng)用于簡單理論模型，而不能應(yīng)用于實際復(fù)雜的流體運動。/concepts流體力學介紹實驗研究方法通過實驗測量的方法研究流體的力學規(guī)律。實驗研究是流體力學研究的重要方法。通過實驗，可以給理論研究以啟示，并檢驗理論是否正確。通過實驗研究，還可建立一定的經(jīng)驗公式，用來解決工程問題。優(yōu)缺點可靠，準確，具有指導(dǎo)意義；但是受實驗尺度和邊界條件限制，有些實驗無法開展，或耗資巨大。/80/12/subject201211280.shtml美國F22戰(zhàn)機流體力學介紹數(shù)值研究方法流體力學方程的解析解十分難求，因此用數(shù)值計算的方法利用計算機對流體力學方程求解成為重要手段。通常將流體力學的數(shù)學模型在計算域上離散化，然后采用一定的數(shù)值計算方法計算，以得到流場各參數(shù)的變化規(guī)律。優(yōu)缺點計算復(fù)雜流動問題，耗資少；但需要準確的數(shù)學模型，并結(jié)合實驗數(shù)據(jù)進行模型驗證。/zh_cn/Products/Simulation+Technology/Fluid+Dynamics/ANSYS+FLUENT流體力學介紹緒論目錄流體力學介紹連續(xù)介質(zhì)模型流動流體的粘性流體物理性質(zhì)作用在流體上的力研究流體宏觀運動的兩種方法統(tǒng)計物理的方法從分子和原子的運動出發(fā)，采用統(tǒng)計平均的方法建立宏觀物理量滿足的方程，并確定流體的運動。但分子輸運系數(shù)的值還不能準確的得出，液體輸運過程的理論至今還不完善。連續(xù)介質(zhì)方法流體質(zhì)點連續(xù)的充滿所占的空間，流體質(zhì)點的宏觀物理量遵循物理定律和物理性質(zhì)。如牛頓定律，質(zhì)量，動量，能量守恒定律，熱力學定律，以及擴散，粘性，熱傳導(dǎo)等輸運性質(zhì)。但流體的物理常數(shù)和性質(zhì)需由實驗確定。連續(xù)介質(zhì)模型連續(xù)介質(zhì)假設(shè)（一）流體是由在微觀上充分大，在宏觀上足夠小的流體分子團所組成的，這些分子團稱為流體質(zhì)點，流體運動的空間是由這些流體質(zhì)點連續(xù)地無空隙地充滿著。即：將流體分成許多分子團，每個分子都屬于某個分子團，分子團中所有分子的運動共同構(gòu)成該分子團的宏觀運動。連續(xù)介質(zhì)模型連續(xù)介質(zhì)假設(shè)（二）通過連續(xù)介質(zhì)假設(shè)，將實際離散的流體抽象成為“連續(xù)的流體”。這樣做的好處：比較方便地描述和研究流體的宏觀力學規(guī)律；可以用成熟的連續(xù)數(shù)學作為工具來研究流體。連續(xù)介質(zhì)模型緒論目錄流體力學介紹連續(xù)介質(zhì)模型流動流體的粘性流體物理性質(zhì)作用在流體上的力流體的粘性

流體在靜止時不能承受切應(yīng)力，但在流動狀態(tài)時對相鄰兩層間的相對運動（相對速度）有抵抗作用，這種抵抗力稱為粘性力，這種抵抗變形的性質(zhì)稱為粘性。

理想流體：當流體的粘性力相比其他類型的力如慣性力較小時，可忽略不計，這樣的流體稱為理想流體。理想流體在實際中不存在，僅是一種近似。粘性流體：當粘性力不可忽略時，流體為粘性流體。

粘性力的大小與流體粘性與相對速度成正比。流動流體的粘性牛頓粘性實驗（一）zdzzxTU結(jié)論：與板面接觸的流體永遠粘附在板面上；在兩板之間各層流體的速度按直線規(guī)律分布；流體中各處壓強相等；流體在運動時，牽引上板運動的力T與流體的接觸面積A成正比，與U/Z成正比，與壓強無關(guān)。流動流體的粘性引入比例系數(shù)μ牛頓粘性方程結(jié)論：粘性流體中的剪切應(yīng)力與剪切變形速度成正比。牛頓粘性實驗（二）XZU流動流體的粘性粘性系數(shù)（一）粘性系數(shù)μ也稱為動力粘度、絕對粘度、粘度。單位：N·s/m2或Pa·s。指流體受外力作用移動時，分子間產(chǎn)生的內(nèi)磨擦力的量度。牛頓流體粘度不隨變形速度變化的流體。非牛頓流體粘度隨變形速度變化的流體。運動粘度υ

動力粘度與密度之比。單位：m2/s。表示流體在重力作用下流動時內(nèi)磨擦力的量度。流動流體的粘性粘性系數(shù)（二）特點：流體的粘度隨壓強變化不大。流體的粘度隨溫度有明顯的變化。液體：溫度升高，粘度降低。原因：液體的粘性主要由分子的內(nèi)聚力造成，溫度升高增強了分子的熱運動，故粘性降低。氣體：溫度升高，粘度增大。原因：氣體的粘性主要由分子的動量交換造成，溫度升高增強了分子的熱運動，故粘性增大。流動流體的粘性緒論目錄流體力學介紹連續(xù)介質(zhì)模型流動流體的粘性流體物理性質(zhì)作用在流體上的力密度、重度、比容和比重（一）密度單位體積內(nèi)流體的質(zhì)量。比容單位質(zhì)量流體所占的體積。密度和比容均為空間點坐標和時間的函數(shù)。流體物理性質(zhì)密度、重度、比容和比重（二）重度單位體積內(nèi)流體的重量。比重物質(zhì)與同體積4℃的水的重量之比。流體物理性質(zhì)流體的易流性固體受切向力作用可以在切線方向產(chǎn)生切向變形后達到平衡；而流體在靜止時不能受切向力作用，微小的切向力持續(xù)作用就可使流體發(fā)生任意大的變形，這個宏觀性質(zhì)稱為流體的易流動性。但固體與流體的區(qū)別不是絕對的，如膠狀物和油漆。本課程主要研究水和氣體這類“純粹”的流體。固體液體氣體壓力可承受可承受可承受拉力可承受不可承受不可承受剪力可承受不可承受不可承受流體物理性質(zhì)流體的熱傳導(dǎo)和擴散

流體各部分存在溫差時，熱量將從溫度高的地方傳向溫度低的地方，這種現(xiàn)象稱為流體的熱傳導(dǎo)。

流體混合物中存在混合物某組元的濃度差時，組元物質(zhì)將從濃度高的地方向濃度低的地方進行傳遞，這種性質(zhì)稱為流體的擴散。流體物理性質(zhì)流體的壓縮性（一）

流體質(zhì)點的體積和密度在受到一定壓力差和溫度差的條件下可以改變的這個性質(zhì)稱為壓縮性。真實流體都是可以壓縮的。不可壓縮流體

液體在通常情況下（壓力和溫度）壓縮性很小。如100atm下，液體容積縮小4%；從20℃到100℃，容積降低4%。但特殊情況下，如水中爆炸或水擊現(xiàn)象時，水是可以壓縮的。可壓縮流體

氣體通常作為可壓縮流體處理。流體物理性質(zhì)流體的壓縮性（二）體積壓縮系數(shù)體積彈性模量液體的壓縮性變化范圍較大；氣體的壓縮性與壓強和熱力學過程相關(guān)。流體物理性質(zhì)流體的熱膨脹性流體的熱膨脹性流體的體積隨溫度的升高而增大的性質(zhì)。熱膨脹系數(shù)氣體的熱膨脹系數(shù)與溫度相關(guān)。流體物理性質(zhì)緒論目錄流體力學介紹連續(xù)介質(zhì)模型流動流體的粘性流體物理性質(zhì)作用在流體上的力作用在流體上的力（一）

流體微團表面力：法向力和切向力法向力由壓力產(chǎn)生，而切向力由粘性產(chǎn)生。靜止流體只承受法向力，而無切向力。質(zhì)量力：

重力，離心力，電磁力等與微團質(zhì)量成正比的力。作用在流體上的力作用在流體上的力（二）

流體微團受力情況壓力P切應(yīng)力ττP重力G離心力F旋轉(zhuǎn)電磁力Fe作用在流體上的力思考題流體力學的研究方法有哪些？各有哪些優(yōu)缺點？什么是流體的粘性？如何推導(dǎo)出流體的粘性系數(shù)？請分別查詢水和空氣在25℃,50℃,100℃,200℃下的粘性系數(shù)為多少？動力粘度和運動粘度的單位是什么？各自的物理意義是什么？作用在流體上的力有哪些？將受力在圖上進行表示。西華大學XIHUAUNIVERSITY交通與汽車工程學院參考書羅惕乾.《流體力學》（第三版），機械工業(yè)出版社，2008年。波特(MerleC.Potter)，《流體力學》(英文版原書第3版)，機械工業(yè)出版社，2008年。BruceR.Munson,DonaldF.You