流体力学第一章流体力学绪论.pdfVIP

第一章绪论

§1-１流体力学及其任务

1、流体力学的任务：

研究流体的宏观平衡、宏观机械运动规律及其在工程实际中的应用的一门学科。

研究对象:流体,包括液体和气体。

2、流体力学定义：研究流体平衡和运动的力学规律、流体与固体之间的相互作用及其

在工程技术中的应用。

3、研究对象：流体（包括气体和液体）。

4、特性：

流动(flow)性，流体在一个微小的剪切力作用下能够连续不断地变形，只有在外力

停止作用后，变形才能停止。

液体具有自由(freesurface)表面，不能承受拉力承受剪切力（shearstress）。

气体不能承受拉力，静止时不能承受剪切力，具有明显的压缩性,不具有一定的体积，

可充满整个容器。

流体作为物质的一种基本形态，必须遵循自然界一切物质运动的普遍，如牛顿的力学定

律、质量守恒定律和能量守恒定律等。

5、易流动性：处于静止状态的流体不能承受剪切力，即使在很小的剪切力的作用下也

将发生连续不断的变形，直到剪切力消失为止。这也是它便于用管道进行输送，适宜于做供

热、制冷等工作介质的主要原因。流体也不能承受拉力，它只能承受压力。利用蒸汽压力推

动气轮机来发电，利用液压、气压传动各种机械等，都是流体抗压能力和易流动性的应用。

没有固定的形状，取决于约束边界形状，不同的边界必将产生不同的流动。

6、流体的连续介质模型

流体微团——是使流体具有宏观特性的允许的最小体积。这样的微团，称为流体质点。

流体微团：宏观上足够大，微观上足够小。

流体的连续介质模型为：流体是由连续分布的流体质点所组成，每一空间点都被确定的

流体质点所占据，其中没有间隙，流体的任一物理量可以表达成空间坐标及时间的连续函数，

而且是单值连续可微函数。

7流体力学应用：

航空、造船、机械、冶金、建筑、水利、化工、石油输送、环境保护、交通运输等等也都遇

到不少流体力学问题。例如，结构工程：钢结构，钢混结构等。船舶结构；梁结构等要考虑

风致振动以及水动力问题；海洋工程如石油钻井平台防波堤受到的外力除了风的作用力还有

波浪、潮夕的作用力等，高层建筑的设计要考虑抗风能力；船闸的设计直接与水动力有关等

等。

二、流体力学发展简史

公元前20世纪流体力学开端

18世纪是流体力学的创建阶段。

19世纪是流体动力学的基础理论全面发展阶段，形成了两个重要分支：粘性流体动

力学和空气-气体动力学。

20世纪创建了空气动力学完整的科学体系，并取得了蓬勃的发展。

19世纪后半叶的工业革命，蒸汽机的出现和工业叶轮机的产生，使人们萌发了建造

飞机的想法

1906年，儒可夫斯基（Joukowski）发表了著名的升力公式，奠定了二维机翼理论

的基础，并提出以他的名字命名的翼型。

与无粘流体动力学发展的同时，粘性流体力学也得到了迅猛的发展。普朗特与1904

年首先提出划时代的附面层理论，从而使流体流动的无粘流动和粘性流动科学地协

调起来，在数学和工程之间架起了桥梁。

1946年出现了第一台计算机以后，研究流体力学-空气动力学的数值计算方法蓬勃

发展起来，形成了计算流体-空气动力学这门崭新的学科，并推进到一个新的阶段。

§1-2作用在流体上的力

1、质量力

质量力（G）：质量↑，G↑——长程力。质量力包括重力和惯性力。在流体

力学中，常用单位质量力来衡量质量力的大小。X、Y