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山东大学工程流体力学71872.ppt工程流体力学第一章绪论
流体力学的研究内容和研究方法
流体力学的发展简史和工程应用
学习这门课程的技巧:明确一个体系,清楚两种观点,掌握三个基本(基本概念,基本理论,基本技能)
流体的定义和特征
流体的连续介质假设(流体微团或者流体质点的概念)
流体的密度、相对密度和比容
流体的主要物理性质
(压缩性,膨胀性,粘性)
第三节流体的定义及特征
流体的定义:
物质有三种存在形式:固体液体气体。
通常说:能流动的物质为流体。液体和气体统称为流体。
力学角度的定义:
流体是一种受任何微小剪切力作用时都能发生连续变形的物质。
流体:有剪切力有变形,当剪切力为零时,变形停止。
固体:有剪切力也发生变形,当剪切力一定时,变形停止。
流体的特征:
(1)流动性:易于变形;
(2)承受剪切力的能力很小;
(3) 没有固定的形状,常随容器的形状而变。
第三节流体的定义及特征
液体与气体的不同点:
有共性,又有个性。
液体:
分子排列紧密,分子间距小,分子间引力大,几乎不可压缩。
气体:
分子游离存在,分子间距大,分子间引力小,可以压缩。
自由液面:液体和气体的交界面。
第四节流体的连续介质模型
必要性:(为什么将流体视为连续介质?)
流体由大量分子组成,分子间有间隙。从微观上看流体不连续。但是如果进行理论研究,必然要用到基于连续可微函数的大量数学工具(如微分、积分等)。这一个矛盾该如何解决呢?
流体力学研究的是宏观流体的机械运动,而非个别分子的微观运动。所以我们取这样的流体质点:它非常微小,但又包含着大量分子,宏观上可以将其近似作为一个几何点。这样以来,流体就可以看做是由无穷多的流体质点构成的连续介质。在这个假设下,表征流体属性的各种物理量(如密度、速度、压力和温度等)在空间和时间上都是连续分布的。
第四节流体的连续介质模型
可行性:
下面来看看流体质点(也可称作流体微团)可以微小到什么程度:
1 气体中包含个分子;
1 液体中包含个分子。
所以,流体质点是宏观上相当小的体积,而从微观上看,却包含大量分子。
特殊情况下,连续介质假设不适用。
(1) 超声速气流中出现激波时,为强间断,气流参数发生突变;
(2) 高真空中,空气非常稀薄,必须用分子运动论来研究。
第五节流体的密度相对密度比容
流体的密度:
指单位体积流体所具有的质量,表征流体质量的分布情况。
点密度:
单位是kg/m3。
注意: 指的是体积缩为无穷小的流体微团,但微团里必须包含足够多的分子,即要符合连续介质假设。
均质流体的密度:
相对密度: 为流体的密度;
为4℃纯水的密度。
第五节流体的密度相对密度比容
流体的比容:

指单位质量流体所占的体积,即为密度的倒数。

比容:
单位是。
混合气体的密度:

为混合气体中各组分气体的密度;
为混合气体中各组分气体所占体积的百分比。
第六节流体的压缩性和膨胀性
流体的压缩性:指流体在一定温度下,压强增大、体积减小的性质。
流体的压缩性系数:在一定温度下,单位压强增量引起的体积变化率。
定义式为:
(注意式中的负号)
其数值越大,表示流体越易于压缩;反之,不容易压缩。
体积弹性模量:指流体压缩性系数的倒数,在工程上常常用到。
定义式为:
其数值越大,流体的压缩性小,不容易压缩;反之,就容易压缩。
比如,,数值很大,说明水的压缩性很小,是不容易压缩的流体。
第六节流体的压缩性和膨胀性
流体的膨胀性:压强一定时,温度升高,流体体积膨胀的性质。
温度膨胀系数: 压强一定时,单位温度增量引起的体积变化率。
定义式为:


完全气体的状态方程式
(对于气体需要同时考虑温度和压强对体积和密度的影响)
或者

气体作等温压缩时,体积弹性模量等于作用在气体上的压强。

气体作等熵压缩时,体积弹性模量等于绝热指数与压强的乘积。