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工程流体力学复习资料
第一章绪论
(Fluid):能够流动的物质叫流体,包括液体和气体。
液体——无形状,有一定的体积;不易压缩,存在自由(液)面。气体——既无形状,也无体积,易于压缩。
自由(液)面——液体和气体的交界面。
:研究流体平衡和运动规律及其应用的一门科学。
研究任务:流体所遵循的宏观运动规律以及流体和周围物体之间的相互作用。研究方法:1)理论分析方法: 根据实际问题建立理论模型涉及微分体积法、速度势法、保角变换法;2)实验研究方法: 根据实际问题利用相似理论建立实验模型,选择流动介质,设备包括风洞、水槽、水洞、激波管、测试管系等;3)数值计算方法:根据理论分析的方法建立数学模型,选择合适的计算方法,包括有限差分法、有限元法、特征线法、边界元法等,利用商业软件和自编程序计算,得出结果,用实验方法加以验证。
流体力学可分为理论流体力学(流体力学)和应用流体力学(工程流体力学);流体力学研究的内容可包括静力学——研究流体的平衡规律以及在平衡状态下流体和固体的作用力和动力学——研究流体的运动规律以及在运动状态下流体和固体的作用力。
:能够流动的物质叫流体(通俗定义)
在任何微小的剪切力的作用下都能够发生连续变形的物质称为流体
(力学术语定义)
固体和流体的区别:在受到剪切力持续作用时,固体的变形一般是微小的(如金属)或有限的(如塑料),但流体却能产生很大的甚至无限大(作用时间无限长)的变形;当剪切力停止作用后,固体变形能恢复或部分恢复,流体则不作任何恢复;固体内的切应力由剪切变形量(位移)决定,而流体内的切应力与变形量无关,由变形速度(切变率)决定;任意改变均质流体微元排列次序,不影响它的宏观物理性质,任意改变固体微元的排列无疑将它彻底破坏。
:将流体作为由无穷多稠密、没有间隙的流体质点构成的连续介质,这就是1755年欧拉提出的“连续介质模型”。
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在连续性假设之下,表征流体状态的宏观物理量如速度、压强、密度、温度等在空间和时间上都是连续分布的,都可以作为空间和时间的连续函数。
流体质点:包含有足够多流体分子的微团。在宏观上,流体微团的尺度和流动所涉及的物体的特征长度相比充分的小,小到在数学上可以作为一个点来处理;在微观上,流体微团的尺度和分子的平均自由程(一个分子与其它分子相继两次碰撞之间,经过的直线路程。对个别分子而言,自由程时长时短,但大量分子的自由程具有确定的统计规律,大量分子自由程的平均值称为平均自由程)相比又要足够大。
:单位体积内流体所具有的质量,表征流体在空间的密集程度
混合气体密度:ρ
=∑ρiαi。 i=1n
在一定的温度下,单位压强增量引起的体积变化率定义为流体的压缩性系数,其值越大,流体越容易压缩,反之,不容易压缩。
dVdV2k=-=-定义式:单位:m/N dpVdp
1Vdp单位:Pa 体积弹性模量K==-kdV
工程计算中K水=,K空气=*10Pa

当压强一定时,流体温度变化体积改变的性质称为流体的膨胀性,膨胀性的大小用温度膨胀系数来表示。 5
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aV== 膨胀性系数单位:1/K或1/℃ dVdTdVVdT
气体和液体都是可压缩的,通常将气体时为可压缩流体,液体视为不可压缩流体。但特殊情况,如水下爆炸时水也要时为可压缩流体;当气体流速比较低时也可以视为不可压缩流体(通过pv=RT或p/ρ=RT看ρ的变化,变化大则可压)。
:流体流动时产生内摩擦力的性质程为流体的黏性。
FduF=μA牛顿内摩擦定律:τ==μAdydudy
δvδt/δydυxd?δ?=lim=limx=δt→0δt→0dtδtδtdy
牛顿粘性定律,它表明: ⑴粘性切应力与速度梯度成正比;⑵粘性切应力与角变形速率成正比; ⑶比例系数称动力粘度,简称粘度。
牛顿粘性定律,它指出:粘性切应力由相邻两层流体之间的速度梯度决定,而不是由速度决定;粘性切应力由流体元的角变形速率决定,而不是由变形量决定;流体粘性只能影响流动的快慢,却不能停止流动。
μ的全称为动力粘度,计算式根据牛顿粘性定律可得,粘度的单位在SI制中是帕秒(Pa·s), 工程中常常用到运动粘度ν=μ/ρ,单位:m/s。
在通常的压强下,压强对流体的黏性影响很小,可忽略不计,在高压下,流体(包括气体和液体)的黏性随压强升高而增大。一般情况下,液体温度升高粘度增大,气体温度升高粘度减小。
流体内摩擦是两层流体间分子内聚力和分子动量交换的宏观表现。一般认为:液体粘性主要取决于分子间的引力,气体的黏性主要取决于分子的热