工程流體力學(xué)第章緒論講義

水力學(xué)

（工程流體力學(xué)）技術(shù)基礎(chǔ)課系統(tǒng)地掌握流體運(yùn)動(dòng)的基本概念、基本理論、基本計(jì)算方法和水力實(shí)驗(yàn)的基本操作技能，具備一定的分析問題和解決問題的能力，為學(xué)習(xí)專業(yè)課程，從事專業(yè)工作和進(jìn)行科學(xué)研究打下一定的基礎(chǔ)。

第1章緒論第2章流體靜力學(xué)第3章流體運(yùn)動(dòng)學(xué)及動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)第4章

阻力阻力與水頭損失第5章

孔口、管嘴出流和有壓管流第6章

明渠恒定流動(dòng)第7章

堰流和閘孔出流第8章

滲流第9章

模型試驗(yàn)基礎(chǔ)※第10章

一元?dú)怏w動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)主要內(nèi)容第1章緒論學(xué)習(xí)重點(diǎn)§1-1概述§1-2流體的連續(xù)介質(zhì)模型§1-3流體的主要物理性質(zhì)§1-4作用在流體上的力

返回流體及其基本特性。連續(xù)介質(zhì)和理想流體的概念。流體的主要物理性質(zhì)。作用在流體上的兩種力。返回

學(xué)習(xí)重點(diǎn)§1-1概述一、課程屬性力學(xué)的一個(gè)分支技術(shù)基礎(chǔ)課二、課程的研究對(duì)象及任務(wù)研究流體處于平衡狀態(tài)和流動(dòng)狀態(tài)時(shí)的運(yùn)動(dòng)規(guī)律及其在工程技術(shù)領(lǐng)域中的應(yīng)用。將流體流動(dòng)作為宏觀機(jī)械運(yùn)動(dòng)進(jìn)行研究，而不是研究流體的微觀分子運(yùn)動(dòng)。

研究任務(wù)水利—引水、防洪；機(jī)械—液壓傳動(dòng)、潤(rùn)滑；石油—采油、輸油；化工—分離、成型、輸送；土木—基坑排水、材料輸送；環(huán)境—水污染治理；農(nóng)業(yè)—灌溉；交通—橋涵、港口；海洋—海流、潮汐、海浪；醫(yī)療—微循環(huán)、血液流變；軍事—導(dǎo)彈、投彈、魚雷；體育—游泳、賽艇；市政—水源取水、水廠凈化、管網(wǎng)輸水、廢水收集、管渠輸送、泵站提升以及污水廠處理等。三、流體的特性流體：在任何微小剪切力的持續(xù)作用下能夠連續(xù)不斷變形的物質(zhì)。液體與氣體的異同點(diǎn)四、本課程的研究?jī)?nèi)容研究流體平衡、宏觀機(jī)械運(yùn)動(dòng)規(guī)律及其在工程中應(yīng)用的科學(xué)，是力學(xué)的一個(gè)分支學(xué)科。包括：基本原理基本原理的應(yīng)用實(shí)驗(yàn)研究理論分析數(shù)值模擬三種方法互相結(jié)合，為發(fā)展流體力學(xué)理論，解決復(fù)雜的工程技術(shù)問題奠定了基礎(chǔ)。對(duì)于一些重要的工程流體力學(xué)問題的研究，通常采用理論分析、數(shù)值模擬和實(shí)驗(yàn)研究相結(jié)合的途徑。本書主要介紹理論分析和實(shí)驗(yàn)研究方法。五、流體力學(xué)的研究方法§1-2流體的連連續(xù)介質(zhì)質(zhì)模型推導(dǎo)流體體力學(xué)基基本方程程的兩條條途徑1.統(tǒng)計(jì)方法法：把流體看看作由運(yùn)運(yùn)動(dòng)的分分子組成成，認(rèn)為為宏觀現(xiàn)現(xiàn)象起源源于分子子運(yùn)動(dòng)，，運(yùn)用力力學(xué)定律律和概率率論預(yù)測(cè)測(cè)流體的的宏觀性性質(zhì)。2.連續(xù)介質(zhì)質(zhì)方法：：把流體看看作連續(xù)續(xù)介質(zhì)，，而忽略略分子的的存在，，假設(shè)場(chǎng)場(chǎng)變量（（速度、、密度、、壓強(qiáng)等等）在連連續(xù)介質(zhì)質(zhì)的每一一點(diǎn)都有有唯一確確定的值值。連續(xù)續(xù)介質(zhì)遵遵守質(zhì)量量、動(dòng)量量和能量量守恒定定律。從從而推導(dǎo)導(dǎo)出場(chǎng)變變量的微微分方程程組。1753年歐拉拉提出連續(xù)介質(zhì)質(zhì)模型：流體是充充滿運(yùn)動(dòng)動(dòng)空間的的連續(xù)體體，即流流體是由由無數(shù)質(zhì)質(zhì)點(diǎn)組成成、而質(zhì)質(zhì)點(diǎn)之間間毫無空空隙的連連續(xù)體。。質(zhì)點(diǎn)：含有大量量分子的的，與一一切流動(dòng)動(dòng)空間相相比體積積可忽略略不計(jì)的的具有一一定質(zhì)量量的液體體微團(tuán)。?！?-3流體的主主要物理理性質(zhì)一、密度度：流體在空空間某點(diǎn)點(diǎn)質(zhì)量的的密集程程度質(zhì)量密度度：ρ=M/V;SI單位：Kg/m3重度，γ=G/V,SI單位：N/m3γ=ρg工程上，，取g=9.8m/s2，清水密度度ρ=1000kg/m3γ=9800N/m3常溫下水水銀的密密度ρ汞=13600kg/m3。相對(duì)密度度：液體的重重量與同同體積的的4℃、、一標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)大氣壓壓下的水水的重量量之比。γ相=γ/γ水=ρ/ρ水一般：水水的重度度：9.8×103N/m3,水的密度度：1000kg/m3一、密度度二、粘性性（一）粘粘性的概概念粘滯性：：由于流體體的相對(duì)對(duì)運(yùn)動(dòng)產(chǎn)產(chǎn)生內(nèi)摩摩擦力而而抵抗其其相對(duì)運(yùn)運(yùn)動(dòng)的性性質(zhì)（二）牛牛頓內(nèi)摩摩擦定律律科學(xué)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證明：：牛頓內(nèi)摩摩擦定律律：μ：動(dòng)力粘滯滯系數(shù)，，隨流體體種類不不同而異異的比例例系數(shù)。。國(guó)際單單位：：牛頓頓?秒／米2適用范圍圍：牛頓頓流體流速梯度度。剪切變形形速度。運(yùn)動(dòng)粘滯滯系數(shù)，國(guó)際單位位：米2／秒。。EXIT二、粘性性

水和空氣的粘滯系數(shù)隨溫度變化曲線圖水和空氣的運(yùn)動(dòng)粘滯系數(shù)隨溫度的變化曲線可見：對(duì)于水（液體）隨溫度上升而減少，對(duì)于空氣其隨溫度上升增大。（四）理理想流體體模型理想流體體：忽略略粘滯性性實(shí)際流體體：存在在粘滯性性牛頓流體體滿足牛牛頓粘性性定律（（常數(shù)數(shù)）非牛頓流流體切應(yīng)應(yīng)力不僅僅與切變變率成非非線性關(guān)關(guān)系，，而且還還可能與與時(shí)間有有關(guān)。（五）牛頓流流體和非非牛頓流流體三.壓縮性與與膨脹性性壓縮性：：流體受壓壓后，分分子間距距減小，，體積縮縮小，密密度增大大，除去去外力作作用后能能恢復(fù)原原狀的性性質(zhì)。膨脹性：：流體受熱熱后，分分子間距距增大，，體積膨膨脹，密密度減小小，當(dāng)溫溫度下降降后能恢恢復(fù)原狀狀的性質(zhì)質(zhì)。（一）液液體的壓壓縮性體積壓縮縮系數(shù)彈性模量量對(duì)于大多多數(shù)液體體，隨壓壓強(qiáng)的增增加稍為為減小。。三.壓縮性與與膨脹性性（一）液液體的壓壓縮性K越大，愈愈不易壓壓縮在常溫下下，溫度度每升高高1℃，，水的體體積相對(duì)對(duì)增量?jī)H僅為萬分分之一點(diǎn)點(diǎn)五；溫溫度較高高時(shí)，如如90～～100℃，也也只增加加萬分之七七。對(duì)于大多數(shù)液液體，隨壓強(qiáng)強(qiáng)的增加稍為為減小。（二）液體的的膨脹性體積膨脹系數(shù)數(shù)αV=αV越大，液體越越易膨脹。三.壓縮性與膨脹脹性（三）氣體的的壓縮性與膨膨脹性與溫度和壓強(qiáng)強(qiáng)有關(guān)。常用用氣體密度、、壓強(qiáng)和溫度度之間的關(guān)系系，符合完全全氣體狀態(tài)方方程，即工程上，不同同壓強(qiáng)和溫度度下氣體的密密度按下式計(jì)計(jì)算ρ0為標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)(0℃,101325Pa)下氣體的密度度。三.壓縮性與膨脹脹性（四）不可壓壓縮流體模型型不可壓縮流體體：忽略壓縮性性，密度等于于常數(shù)的流體體。四.表面張力特性性（一）液體的的表面張力用表面張力系系數(shù)σ來度量量不同的液體在在不同溫度下下具有不同表表面張力值;隨溫度上升升而下降液體的表面張張力較小，一一般對(duì)液體的的宏觀運(yùn)動(dòng)不不起作用,可可忽略不計(jì)。。某些情況下要要考慮。(二)毛細(xì)管現(xiàn)象液體在細(xì)管中中能上升或下下降的現(xiàn)象四.表面張力特性性空化（氣穴））空化（氣穴））：由于壓強(qiáng)降降低而產(chǎn)生氣氣泡的現(xiàn)象。。是液體的相相變現(xiàn)象?？瘴g（氣蝕））：大量氣泡連續(xù)續(xù)潰滅的后果果；§1-4作用在流體上上的力根據(jù)作用方式式，可分為兩兩類：一、質(zhì)量力（（體積力）重力、直線運(yùn)運(yùn)動(dòng)慣性力、、離心慣性力力dFm=dm·am=dm(Xi+Yj+Zk)單位質(zhì)量力