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流体力学

工程流体力学

理论流体力学

应用流体力学（工程流体力学）

第一节

流体

定义：自然界容易流动的物质称为流体，包括液体和气体。（在微小剪切力的持续作用下能够连续变形的物质）

形态特征

易流动：无固定形状，随容器而方圆

液体可以形成自由表面。

液体难于压缩，而气体容易压缩。

力学特征

固体可以承受拉、压、弯、剪、扭

流体主要承受压力

平衡流体只能承受压力

模型

连续介质模型

1.可行性，流体分子之间的距离小于工程中研究的时、空尺度

2.必要性，可利用高等数学作为工具

不可压缩流体模型

理想流体模型

主要物理性质

惯性

质量是惯性大小的量度

质量=密度×体积

密度：ρ=m/v=f(流体种类，温度，压力等)

重度：γ=mg/v=ρg=f(流体种类，温度，压力等)

淡水密度：ρ=1000kg/m3

淡水重度：γ=9800N/m3

压缩性（流体的宏观体积随着作用压强额增大而减小的性质）

体积压缩系数

k=-dV/v/dP=dρ/ρ/dp(m2/N)

体积弹性模量

E=1/k=-dP/dV/v=dp/dρ/ρ(N/m2)

实际流体都是可压缩的。

液体的压缩性很小，如水的相对压缩值约1/20000.故一般工程设计中，认为水的压缩可以忽略，其密度可视为常数。

相对气体

不可压缩流体一一指忽略流体密度变化的流体。如实际工程中，一般将常温常压下的液体、低速运动的气体等视为不可压缩流体，不会产生太大的误差，完全可以满足工程精度要求。

气体：秒数50以上要考虑，反则，不考虑

表面张力

液体表面由于分子引力大于斥力而在表层沿表面方向产生的拉力称为表面张力。

表面张力系数σ

自由表面内单位长度上所受的表面张力，SI单位为N/m。

在工程流体力学中一般可不考虑表面张力的影响。

粘滞性

流体黏滞性概念（种类不一样，黏性不一样）

黏性是流体的固有特性

黏性是运动流体产生机械能损失的根源

黏性是在运动状态下，流体具有抵抗剪切变形速率的能力的量度

流体的黏性具有传递运动和阻碍运动的双重特性

牛顿内摩擦定律

板越大，面积越大

拖动的速度越大，用的力越大

两个板子之间的流程厚度越大，用的力越小

粘度系数（流体的种类，压强，温度）

动力粘度：μ

运动粘度：v=μ/ρ

液体粘度随温度增加而减小

液体的黏度主要取决于内聚力

气体粘度随温度增加而略有增加

气体的黏度主要取决于分子热运动

牛顿流体：符合牛顿内摩擦定律的流体。如水、空气、汽油和水银等。

非牛顿流体：不符合牛顿内摩擦定律的流体。如泥浆、血浆、新拌水泥砂浆、新拌混凝土等

实际流体：具有粘性的流体。粘性是流体的固有属性。

理想流体：忽略黏性的流体，为研究方便引入的假想流体。

平衡流体(du/dy=0)或理想流体(μ=0)均不产生切应力，即τ=0。

作用在流体上的力

表面力

定义：作用在流体隔离体表面上，其大小与作用面积成比例的力。

平衡流体和理想流体的切向应力均为零。

质量力

定义：作用在流体隔离体内每个流体微团上，其大小与流体质量或体积成比例的力。

重力=mg

惯性力=ma

单位质量力

作用在单位质量流体上的质量力

补充

流体的连续介质假设

流体的主要物理性质

第二节

流体静力学

流体力学

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