《工程流体力学》
电子教案上海电力学院能源与环境工程学院工程热物理学科第一章绪论*第一章绪论*第一章 绪论§1.1 流体的定义和特征§1.2 流体作为连续介质的假设§1.3 作用在流体上的力表面力质量力§1.4 流体的密度§1.5 流体的压缩性和膨胀性§1.6 流体的粘性§1.7 流体的表面性质§1.1流体的定义和特征自然界物质存在的主要形态：固态、液态和气态一、流体的定义流体与固体的区别固体的变形与受力的大小成正比；任何一个微小的剪切力都能使流体发生连续的变形。具有流动性的物体（即能够流动的物体）。流动性：在微小剪切力作用下汇发生连续变形的特性。流体包括液体和气体§1.1流体的定义和特征一、流体的定义液体与气体的区别液体的流动性小于气体；液体具有一定的体积，并取容器的形状；气体充满任何容器，而无一定体积。二、流体的特征流动性§1.2流体的连续介质假设微观：流体是由大量做无规则热运动的分子所组成，分子间存有空隙，在空间是不连续的。宏观：一般工程中，所研究流体的空间尺度要比分子距离大得多。问题的引出：§1.2流体的连续介质假设定义：不考虑流体分子间的间隙，把流体视为由无数连续分布的流体微团组成的连续介质。流体微团必须具备的两个条件必须包含足够多的分子；体积必须很小。一、流体的连续介质假设§1.2流体的连续介质假设避免了流体分子运动的复杂性，只需研究流体的宏观运动。2.可以利用数学工具来研究流体的平衡与运动规律。二、采用流体连续介质假设的优点§1.3作用在流体表面上的力两类作用在流体上的力：表面力和质量力一、表面力1.应力单位面积上的表面力。分离体以外的流体通过流体分离体表面作用在流体上的力，其大小与作用面积成比§1.3作用在流体表面上的力一、表面力2.法向应力和切向应力§1.3作用在流体表面上的力二、质量力作用在每个流体微团上的力，其大小与流体质量成正比。例如：重力、惯性力、磁力§1.4流体的密度一、流体的密度单位体积流体所具有的质量。密度表征物体惯性的物理量。单位：kg/m3常见流体的密度：水——1000kg/m3空气——1.23kg/m3水银——136000kg/m3均匀流体：§1.4流体的密度二、流体的相对密度流体的密度与4oC时水的密度的比值。式中，?f——流体的密度（kg/m3）?w——4oC时水的密度（kg/m3）§1.4流体的密度三、流体的比容单位质量的流体所占有的体积，流体密度的倒数。单位：m3/kg§1.4流体的密度四、混合气体的密度混合气体的密度按各组分气体所占体积百分数计算。式中：?1，?2，…?n——各组分气体的密度a1，a2，…an——各组分气体所占的体积百分数§1.5流体的压缩性和膨胀性一、流体的压缩性流体体积随着压力的增大而缩小的性质。1.压缩系数单位压力增加所引起的体积相对变化量2.体积模量§1.5流体的压缩性和膨胀性二、流体的膨胀性流体体积随着温度的增大而增大的性质。1.体胀系数单位温度增加所引起的体积相对变化量§1.5流体的压缩性和膨胀性三、可压缩性流体和不可压缩性流体1.可压缩性流体体积随着压力和温度的改变而发生变化的性质。2.可压缩流体和不可压缩流体可压缩流体：考虑可压缩性的流体不可压缩流体：不考虑可压缩性的流体§1.6流体的粘性一、流体的粘性1.粘性的定义流体内部各流体微团之间发生相对运动时，流体内部会产生摩擦力（即粘性力）的性质。(1)库仑实验(1784)库仑用液体内悬吊圆盘摆动实验证实流体存在内摩擦。§1.6流体的粘性一、流体的粘性(续)1.粘性的定义(续)(2)流体粘性所产生的两种效应流体内部各流体微团之间会产生粘性力；流体降粘附于它所接触的固体表面。§1.6流体的粘性一、流体的粘性(续)2.牛顿内摩擦定律(1)牛顿平板实验当h和u不是很大时，两平板间沿y方向的流速呈线性分布，§1.6流体的粘性一、流体的粘性(续)2.牛顿内摩擦定律(续)