流体力学复习资料汇编VIP免费

第1页共59页编号：时间：2021年x月x日书山有路勤为径，学海无涯苦作舟页码：第1页共59页流体力学复习资料第一章绪论1.1流体力学及其任务一、流体力学的研究对象流体力学是一门技术基础课，也是水利工程、土木工程、环境工程、交通工程、建筑工程等专业的必修课程。学习流体力学课程必须具备物理学、理论力学和材料力学等基础知识。通过本课程的学习，要求能掌握液体平衡和液体运动的基本概念、基本理论和分析方法，能正确区分不同水流的运动状态和特点，掌握水流运动的基本规律，能解决实际工程中有关管流和明渠流的常见水力学问题，为今后学习专业课程、从事专业技术工作打下良好的基础。流体力学——研究流体机械运动规律及其应用的科学。（一）流体的定义1．自然界物质存在的主要形态：固态、液态和气态；2．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。3．流体包括液体和气体；4．流体与固体的区别；①固体的变形与受力的大小成正比；②任何一个微小的剪切力都能使流体发生连续的变形。5．液体与气体的区别①液体的流动性小于气体；②液体具有一定的体积；气体充满任何容器，而无一定体积。（二）流体的特征：流动性二、流体的连续介质假设问题的引出：①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。②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。（一）流体的连续介质假设1．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。2．流体微团必须具备的两个条件①必须包含足够多的分子；②体积必须很小，且具有一定质量。（二）采用流体连续介质假设的优点1．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。三、流体力学的研究方法流体力学研究方法：理论方法、数值方法和实验方法。理论方法：建立理论模型，并运用数学方法求出理论结果。数值方法：在计算机应用的基础上，采用各种离散化方法（有限差分法、有限元法等），建立各种数值模型，通过计算机进行数值计算和数值实验，得到要时间和空间上，许多数字组成的集合体，最终获得定量描述流场的数值解。实验方法：通过对具体流体的观察和测量，来认识流体的规律。1.2作用在流体上的力两类作用在流体上的力：表面力和质量力一、表面力——通过直接接触施加在接触表面上的力，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。（一）应力——单位面积上的表面力。⃗pn=limδA→0δ⃗FsδA（设A为隔离体表面上一点，包含A点取微小面积ΔA，若作用在ΔA上有总表面力为Δ⃗Fs）（二）法向应力和切向应力¯p=ΔPΔA为ΔA上的平均压应力；pA=limΔA→0ΔPΔA为A点压应力，称为压强；τA=limΔA→0ΔTΔA为A点切应力。第2页共59页第1页共59页BAdbadydudt编号：时间：2021年x月x日书山有路勤为径，学海无涯苦作舟页码：第2页共59页二、质量力——以隔距离作用施加在每个质点上的力。例如：重力、惯性力、磁力。单位质量力(m/s2)⃗fB=⃗FBm=X⃗i+Y⃗j+Z⃗k⃗fB在各坐标轴的分量：X=FBxm，Y=FBym，Z=FBzm若作用在流体上的质量力只有重力，则X=0，Y=0，Z=−mgm=−g。说明：X、Y、Z也可相应用符号fx、fy、fz。1.3流体的主要物理性质同流体有关的主要物理性质是惯性、粘性有压缩性一、惯性——物体保持原有运动状态的性质。质量是惯性大小的度量。密度表征物体惯性的物理量。（一）流体的密度——单位体积流体所具有的质量。均匀流体：ρ=MV单位：kg/m3常见流体的密度：水——1000kg/m3空气——1.23kg/m3水银——136000kg/m3（二）流体的相对密度——流体的密度与4oC时水的密度的比值。d=ρfρw式中，ρf——流体的密度（kg/m3）ρw——4oC时水的密度（kg/m3）二、粘性（一）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．流体粘性所产生的两种效应①流体内部各流体微团之间会产生粘性力；②流体降粘附于它所接触的固体表面。2．牛顿内摩擦定律①粘性的表象（...