北京建筑工程学院水力学第01章

工程流体力学(水力学)环能学院基础教学部王文海学好流体力学的重要性：是本专业的重要技术基础课程，是进一步学习和掌握专业课程的知识基础。例如：建筑给排水，大气污染控制，水污染防治等都与流体的运动密切相关。是注册设备工程师的考试科目，而且是唯一一门在基础和专业部分两次出现的课程。是我们学校的市政学科的考研课程。Q空气水水面哪个高？例1：例2：要喷远，你选哪一个？为什么？例3：红旗飘飘例4：乒乓球：弧圈球足球：香蕉球排球：飘球特点：1.新概念多、抽象、不易理解；2.推演繁难；3.偏微分方程（组）名目繁多。如何学好这门课程?下工夫!教学安排：80＝70（课堂）＋10（实验：s实验1楼一层，水力学实验大厅）答疑：星期三中午12：30以后地点：实验1楼217基础教学部主要参考书：有关《流体力学》，《水力学》教材网上资源：校园网《工程流体力学》网络课程课堂要求：1、不来可以，但你要研究我的考勤规律☺2、迟到可以，最后一排专门给你留着3、说话可以，但你要准备起立说给大家听4、接电话可以，我将没收手机，请你用检讨书到学工办换回作业要求：——每周三上课前交——要求画必要的示意图——必要的文字说明——最好抄题——独立完成第一章绪论第一节第一节工程流体力学的发展历史和任务工程流体力学的发展历史和任务历史历史流体力学的萌芽，是自距今约2200年以前希腊学者阿基米德写的“论浮体”一文开始的。我们中国4000多年前的“大禹治水”的故事，秦朝在公元前256—公元前210年修建了我国历史上的三大水利工程（都江堰、郑国渠、灵渠）。“深淘滩”就是深挖河床，让水在自己的渠道中流淌；“低作堰”就是不依赖堤坝挡水，充分发挥自然的作用。都江堰一条飞沙堰略高于水面。水大的时候，河水漫过江堰流入外江，起到排洪的作用；水不大的时候，河水顺着内江灌溉万亩良田。流体：液体和气体的统称。流体力学是力学的一个独立分支，其任务是研究流体的静止和运动规律及其在工程实际中的应用。第二节连续介质假设、流体的主要力学性质连续介质假设1易流动性：流体区别于固体的本质特征。流体和固体的区别:从力学分析的意义上看，在于它们对外力抵抗的能力不同。固体：既能承受压力，也能承受拉力与抵抗拉伸变形。流体：只能承受压力，一般不能承受拉力与抵抗拉伸变形。液体和气体的区别：(1)气体易于压缩；而液体难于压缩；(2)液体有一定的体积，存在一个自由液面；气体能充满任意形状的容器，无一定的体积，不存在自由液面。2、质量、密度、重量一切物质都具有质量，流体也不例外。质量是物质的基本属性之一，是物体惯性大小的量度，质量越大，惯性也越大。单位体积流体的质量称为密度，以ρ表示，单位：kg/m3。对于均质流体，设其体积为V，质量m，则为密度＃流体受地球引力作用的特性，称重力特性，常用容重来表征。单位体积流体的重力称容重。gVmgVGργ===3、粘滞性流体内部质点间或流层间因相对运动而产生内摩擦力(内力)以反抗相对运动的性质，叫做粘滞性。此内摩擦力称为粘滞力。牛顿内摩擦定律：两流层间剪切力的大小1．与两流层间的速度差(即相对速度)du成正比，和流层间距离dy成反比；2．与流层的接触面积A的大小成正比；3．与流体的种类有关；4．与流体的压力大小无关。动力粘度μ：又称绝对粘度、动力粘性系数、粘度，是反映流体粘滞性大小的系数单位：N•s/m2。运动粘度ν：又称相对粘度、运动粘性系数单位：m2/sdyduAFsμ=δμμVAdyduAFs==dyduμτ=粘度的影响因素：流体粘度的数值随流体种类不同而不同，并随压强、温度变化而变化。1）流体种类。一般地，相同条件下，液体的粘度大于气体的粘度。2）压强。对常见的流体，如水、气体等，μ值随压强的变化不大，一般可忽略不计。3）温度。是影响粘度的主要因素。当温度升高时，液体的粘度减小，气体的粘度增加。a.液体：内聚力是产生粘度的主要因素，当温度升高，分子间距离增大，吸引力减小，因而使剪切变形速度所产生的切应力减小，所以μ值减小。b.气体：气体分子间距离大，内聚力很小，所以粘度主要是由气体分子运动动量交换的结果所引起的。温度升高，分子运动加快，动量交换频繁，所以μ值增加。牛顿流体：是指任一点上的剪应力都同剪切变形速率呈线性函数关系的流体，即遵循牛顿内摩擦定律的流体称为牛顿流体。非牛顿流体：不符合上述条件的均称为非牛顿流体。【例l-l】气缸内壁的直径D=12cm、活塞的直径d=11．96cm，活塞的长度L=14cm，活塞往复运动的速度为1m／s，润滑油液的粘度为0．1Pa·s，试问作用在活塞上的粘滞力为多少。4、压缩性和膨胀性流体受压，体积缩小，密度增大的性质，称为流体的压缩性。流体受热，体积膨胀，密度减小的性质，称为流体的热胀性。液体：压缩系数：单位：m2/N热膨胀系数：气体：5、表面张力特性66、汽化汽化压强、汽化汽化压强第三节作用在流体上的力力：N，应力：N/m2＝Pa一、质量力质量力是作用在流体的每一个质点(或微团)上的力。质量力的特点是贯穿整个流体空间，与流体的质量成正比，也称体积力。质量力包括重力和惯性力单位质量力：单位质量力加速度的单位mFf=二、表面力表面力是作用在所考虑的流体(或称分离体)表面上的力。表面力的特点是与作用面积成正比。表面力包括压力和剪切力，单位面积上的压力称为压强，单位面积上的剪切力切应力称为切应力。第四节工程流体力学的研究方法理论分析与经典计算数值计算：实验分析：FluentSolidworks