粘性流体力学

第1课陈懋章陆利蓬尹幸愉宁方飞李秋实能源与动力工程学院ShoolofJetPropulsion粘性流体力学ViscousFluidDynamics23涡扇发动机4建议的学习方法——参考文献法从课堂接受问题通过参考文献弄清问题消化归纳总结问题要点是自主学习！课程是学懂的，不是听懂的!以问题为中心5主要参考文献(References)[1]粘流课件---教学网站下载[2]陈懋章,粘性流体动力学基础,高等教育出版社[3]F.M.怀特,粘性流体动力学,机械工业出版社，魏中磊等译[5]吴望一，流体力学，北大出版社[6]周光坰，流体力学，高等教育出版社，2000[4]陈懋章,粘性流体动力学理论及紊流工程计算[7]张量讲义－－教学网站下载6主要参考文献[9]张兆顺，湍流，国防工业出版社,2002[8]陈景仁，流体力学及传热学，国防工业出版社[10]HerbertOertel.etal.Prandtl’sEssntialsofFluidMechanics,SecondEdition.Spriner-Verlag,2004[11]PijushK.Kundu.etal.FluidMechanics,ThirdEdition.Spriner-Verlag,2004[12]Z.U.A.Warsi.etal.FluidDynamics,ThirdEdition.CRCPress,2006[13]P.A.Davidson.etal.Turbulence.OxfordUniversityPress,20047参考文献（自选部分）[1]流体力学[2]材料力学[4]理论力学[5]高等数学[6]线性代数[10]概率与统计[8]积分变换[9]复变函数[3]弹性力学[11]矢量分析与场论[12]张量分析[13]数理方程[7]量纲分析[14]热力学及传热学8教学网站[e-mail]2010粘流1.ppt邮箱密码123456附件邮件2010粘流1.rar9绪论0.2粘性（viscosity）的概念0.3粘性流体力学的发展0.1课程特点什么是粘性？0.1课程特点10课程特点需较多的数理知识：理论力学、热力学、流体力学或气体力学或水力学、材料力学、概率统计、复变函数、量纲分析、数理方程…广泛采用张量表示法基本内容：N－S方程、边界层与湍流理论扩展内容：湍流高级数值模拟牛顿流体0.2粘性的概念11粘性的概念指流体运动时流团间会产生粘性力（法向和切向力）来抵抗变形的特性或指流团分子不规则动量交换（输运）的宏观表现。1.牛顿内摩擦定律（Newton’slawoffriction）2.粘性的度量——粘性系数(viscosity)流体静止时或假定为无粘流时，流团间只有压力，流体运动时流团间的作用力为压力与粘性力之和。粘性是流体的固有特性牛顿内摩擦定律只能用于平行直线流动问题4？0.2粘性的概念12牛顿内摩擦定律剪应力无滑移条件u(0)=0u(h)=UUu(y)yh牛顿平板试验[3]由分子动量输运引起Poiseuille流动xyoh-h变形(速度梯度)ydudydudhU问题3？0.2粘性的概念13气体分子动量输运uAuBBA问题1？问题2？0.2粘性的概念14流体的变形(deformation)若流体质点间的距离发生了改变，则表明流体产生了变形。答：根据微元形状的变化如何判断变形？角变形线变形dudy问题1？0.2粘性的概念15粘性的度量——粘性系数:动力粘性系数[N∙s/m2]n/r:运动粘性系数[m2/s]主要由流体种类和温度决定，一般用实验或经验公式确定(如萨瑟兰Sutherland公式)水:＝1.00510-3N∙s/m2空气:＝1.82410-5N∙s/m2甘油：＝1.49N∙s/m2无粘流（假定）＝0或n＝0(dynamicviscosity)(kinematicviscosity)20oC问题5？0.3粘性流体力学的发展16IsaacNewton(1642-1727)粘性流体力学的发展牛顿内摩擦定律（1687）J.leR.d’Alembert(1717-1783)D’Alembert佯谬（1752）佯谬说明了无粘理论的局限性0.3粘性流体力学的发展17D’Alembert佯谬:FD=0（阻力）ppppUFDU控制体边界控制体无穷大无粘流（无旋）场中匀速运动的物体0.3粘性流体力学的发展18无粘理论的缺陷飞机阻力有多大？1水塔要建多高？20.3粘性流体力学的发展19无粘理论的缺陷不能正确估计阻力和机械能损失不能描述剪切流、分离流不能正确描述湍流因为：1.2.0.3粘性流体力学的发展20剪切流0.2无粘流，无剪切粘流，剪切0.3粘性流体力学的发展21分离流无粘流，无分离粘流，分离0.3粘性流体力学的发展22层流和湍流LaminarFlowandTurbulentFlow0.3粘性流体力学的发展23C.L.M.H.Navier(1785~1836)A.L.Cauchy(1789~1857)S.D.Poisson(1781~1840)A.J.C.B.deSaintVenant(1797~1886)G.G.Stokes(1819~1903)Navier-StokesEquation(1827－1845）——流体力学的基本方程0.3粘性流体力学的发展24O.Reynolds(1842-1912)Reynolds试验（1883）Reynolds方程（1895）Reynolds数rULRe层流湍流湍流涡粘模型（1877）转捩(Transition)J.V.BoussinesqBoussinesq是俄国科学家0.3粘性流体力学的发展25层流和湍流雷诺数增大LaminarFlowandTurbulentFlowReUDr0.3粘性流体力学的发展26LudwigPrandtl(1875-1953)——现代流体力学的奠基人边界层边界层理论(1904)混合长模型(1925)Boundarylayer0.3粘性流体力学的发展27现代湍流理论的建立和发展微分方程湍流模型拟序结构混沌理论大涡模拟直接数值模拟28问题（questions）3.有速度梯度的流场是否一定存在粘性力？5.无粘流没有粘性力，是否有变形？4.静止的流体没有剪切应力，是否有粘性，？2.如何从微观角度解释液体的粘性？（见参考文献）1.如微元界面与流向不平行，界面上是否仅有切应力？