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1、绪论n 一、流体力学是研究什么的(what)n 二、我们为什么要学这门课程(why)n 三、我们如何学这门课程(how)n 四、流体力学与工程技术一、流体力学的内容n 工程流体力学是研究流体平衡和运动时的基本规律及其在工程实践中应用的一门技术学科。二、为什么学（重要性）n 1、在火电厂中的应用n 2、在给排水工程中的应用n 3、在航天领域的应用n 4、在军事领域的应用火力发电厂生产过程示意图n 电 厂 工 艺 流 程 示 意 图.doc三、如何学u 1、上课认真听讲，记好笔记。u 2、要注重基本理论、基本概念、基本方法的理解掌握；要善于总结。 中心词哪些内容应用公式，得出结论u 3、要独立完成
2、作业u 4、要有扎实的计算能力四、流体力学与工程技术从以下图片可以看出： 1、没有流体力学的发展，现代工业和高新技术的发展是不可能的。 2、流体力学在推动社会发展方面作出过重大贡献，今后将在科学技术各领域发挥更大作用。第一节 流体的概念n 一、流体n 二、流体的特性n 三、流体的分类一、流体 1、顾名思义：能流动的物质称流体。 2、力学角度：受任何微小剪切力作用都会连续变形的物质。 * 流体不能抵抗剪切变形，只能抵抗变形速度，即对变形速度呈现一定的阻力。 二、流体的特性n 变形；流体微团之间的相对运动n 变形的宏观体现：流体的流动n 流体的特性：流动性流体的极易流动的特性三、流体的种类n 固体
3、：具有一定的体积，并且有一定的形状；u 液体：有一定的体积，但没有一定的形状，很容易流动，其形状随容器形状而异，存在自由表面u 气体：没有固定的体积，也没有一定的形状，总是充满整个容器，不存在自由表面第二节 流体的物理性质n 一、密度和比体积n 二、压缩性和膨胀性n 三、流体的粘性一、密度和比体积1. 密度：单位体积流体所具有的质量。n 平均密度： n 点的密度：2、比体积n 比体积：又称比容，指单位质量的流体所占有的体积，用v表示 。n 密度与比容之间的关系：3、影响流体密度的因素n 1.流体的种类n 2.温度和压力二、压缩性和膨胀性n 流体的体积随流体所承受的压力和温度的大小不同而改变。n
4、 压缩性：流体体积随压力增大而缩小的性质。n 膨胀性：流体体积随温度升高而增大的性质。即常说的热胀冷缩的性质。 （一）液体的压缩性和膨胀性n 1液体的压缩性 液体压缩性的大小，用压缩系数来表示。n 压缩系数；温度不变时，单位压力变化所引起的液体体积相对变化量，即 n 用点来表示：n 2液体的膨胀性n 液体膨胀性的大小用膨胀系数来表示。n 膨胀系数；压力不变时，单位温度变化所引起的液体体积相对变化量，即 n 结论：液体的压缩性和膨胀性都较弱，就二者比较，液体的压缩性弱于膨胀性。（二）气体的压缩性与膨胀性 n 温度和压力的改变，对气体的体积影响很大。其压缩系数和膨胀系数都较大。n 结论：1、气体的
5、压缩性强于膨胀性。 2、气体压缩性和膨胀性均强于液体的压缩性和膨胀性。 3、液体的密度和比容一般情况下可看作常数，液体常可以认为是不可压缩流体。 4、气体常可以认为是可压缩流体。三、粘性n （一）粘性的概念：n 定义：当流体流动时，在流体层与层之间产生内摩擦力抵抗其相对运动的特性，称为流体的粘性。n 原因：分子之间的作用力n 结果：流动时粘性产生内摩擦，消耗能量，造成流动阻力损失n 粘性是流体在流动时呈现的阻碍流动的性质。 流体的内摩擦（二）牛顿内摩擦定律n 1.表达式2.速度梯度n 表示与流速相垂直的y方向上速度的变化率，速度梯度的物理意义代表流体微团的角变形速度 （三）流体的粘度 n 二者
6、之间的关系：（四）粘性的影响因素 n 1流体的种类 n 2流体的温度 液体的粘性随温度升高而降低 ； 气体的粘性随温度升高而升高。n 3、流体的压力五、流体的分类1、理想流体与实际流体2、牛顿流体与非牛顿流体 3、可压缩流体与不可压缩流体n 思考：流体在静止和均匀运动时，速度梯度为零，是不是流体就没有粘性？第三节 流体的表面性质 n 一、表面张力 在液体自由表面存在着的试图使其表面积缩小至最小的力，称为表面张力。毛细管现象二、毛细现象 n 毛细现象 ：把两端开口的细管立于液体中，表面张力可以引起相当显著的液面上升或下降，形成上凸或下凹的曲面。n 1、附着力大于内聚力 ：液面上升，浸润液体n 2
7、、附着力小于内聚力 ：液面下降，不浸润液体n 大多数场合由于固体边界足够大，同液体所受其他作用力相比，表面张力可忽略不计。但在液滴或气泡的形成，液体的雾化和液体射流的破碎，汽液两相流动的传热等问题上，就必须考虑表面张力的作用，否则将得到与事实不符的错误结果。 第四节 流场 连续性假定 一、连续性假定1、定义：流体是由数流体质点（微团）组成，在流体质点之间没有任何空隙存在，也就是流场内的流体是由无数流体质点组成的连续介质。 流体力学常应用这种连续介质模型作为研究的物理模型。二、水力要素 1有效截面：液流中与所有流线相垂直的截面称为有效截面（过流断面），用A表示。 二、水力要素n 2湿周 有效截面
8、上液体与固体壁接触线的长度叫做湿周。用字母表示 n 3水力半径 水力半径是有效截面面积与该断面湿周的比值。水力半径用R表示，即 二、水力要素n 当量直径：在非圆形的有效截面中，水力半径的四倍，用de表示。思考：n 计算下面管道的当量直径三、运动要素 1.动压力2.流速、流量、平均速度：流量：单位时间内通过有效截面的流体的数量体积流量：单位时间内通过有效截面的流体体积，用qv来表示，单位m3/s。质量流量：单位时间内通过有效截面的流体质量，用qm来表示，单位kg/s。平均速度：假想速度 第二章 流体静力学n 静力学：研究流体（液体）在平衡时的基本规律。n 本章研究的中心问题是静压力的分布规律。n
9、 热力发电厂中广泛使用的液柱式测压计、水位计以及承压容器的计算等，都必须确定平衡流体静压力或总压力。 第一节 作用在流体上的力单位面积流体受到的表面力称为应力。表面力可以是外力，也可以是内力 。切向应力：二、质量力G=mg F=ma F=mr2 注意区分：单位质量力的单位为N/kg，加速度的单位m/s2，表面不同，本质是一样的，但前者属“力”的概念，后者属“运动” 概念 。n 流场中流体的压力p、切应力、密度、质量力f等是随地点和时间变化的连续函数 。第二节 静压力的概念和表示方法n 一、静压力的概念n 压力（压强)：在流体内部或流体与固体壁面间存在的单位面积上的法向作用力。n 静压力：流体处
10、于静止状态或相对静止状态时，流体的压力。二、静压力的特性n 1流体静压力的方向和作用面垂直，并指向作用面。 三、压力的表示方法n 1绝对压力（真实压力）：以绝对真空（完全真空）为基准点计算的压强值称为绝对压力，以字母p表示。n 在热力发电厂中处于正压状态下工作的管道有：主蒸汽管道系统、给水管道系统、高压加热器等。四、压力的单位表示u 1、用帕斯卡表示， Pa 、 KPa、 MPa 、 bar 1Pa =10-3 KPa =10-6 MPa =10-5 bar 平衡微分方程式u 以上表达式表明： 平衡的必要条件：是微元体上的表面力和质量力的合力为零，或者表面力和质量力的分力在三个方向上的合力均为
11、零。 二、不可压缩流体平衡微分方程 三、等压面n 等压面的特征：n （1）等压面上的每一个点上的单位质量力，必与过该点的等压面垂直。静止流体中等压面为水平面。n （2）流场中的等压面互不相交且等压面是不能突然转折的光滑曲面。n （3）对应于不同的压力值，在流体中就应有不同的等压面。因此在流体中存在着若干个（确切说是无数多个）等压面。n （4）静止状态下互不相溶的两种流体的分界面必为等压面。自由表面必为等压面。第四节 流体静力学基本方程式 n 一、流体静力学基本方程式 n 分别以A和B为上下限积分：(1)在重力作用下同种连通静止的液体中各点的z+p/g之和都相等，为一个常数。 此式表明：压力的变
12、化与液体数量多少无关，只与淹深大小有关比较图示容器底部液体压力的大小:3、第三表达式 用高度差表示n 深度较大的2点的静压力等于深度较小的1点的静压力再加上两点的位置高度差、液体密度、重力加速度三者的乘积。反之，深度较小的1点的静压力等于深度较大的2点的静压力再减去两点的位置高度差、液体密度、重力加速度三者的乘积。 二、流体静力学基本方程式的意义 n 1物理意义 n 2几何意义3流体力学意义n 在重力作用下，同种、连通、静止的液体中，各点的位置能头和压力能头之间可以互相转换，但是液体的静力能头面S-S和测压管能头面P-P一定是同一水平面。 第五节 流体静力学基本方程式的应用n 一、连通器n 锅
13、炉汽包水位计观测的水位比实际水位低。二、液柱式测压计1测压管（单管测压计）n 例题2-6 如图2-21所示，一密闭容器，内部盛装水，两侧各装一直管测压计，右管上端封闭，其中液高 ，液面绝对压力 ，左管液面为大气压, 问容器内自由液面上外压力 是多少？左面测压管高度 又是多少？ 解：闭口管A-A为等压面，则 又因为： 所以 n 例题2-7 用于测量凝汽器真空的水银测压计如图2-22所示，已知一汽轮机组的凝汽器水银真空高度 ，当地大汽压力 ，求凝汽器内的绝对压力、相对压力和真空值。单位用帕斯卡表示。解：选取大气压力面为等压面2水银测压管3水银差压计4高压差测量多U形管式测压计5微压测量微压计三、应用静力学基本方程式的步骤 1选择正确的等压面第六节 流体的相对平衡 n 相对平衡：是指盛有流体（以液体为例）的容器相对于地球来说是运动的，但流体相对于容器来说是静止的，流体质点之间没有相对运动。 一、匀加速直线运动容器中流体的相对平衡 二、以等角速度绕垂直轴旋转容器中液体的相对平衡例题2-13 如图所示，一个油箱长 ，高 ，盛油的深度 。油可经底部中心流出。问油箱作匀加速直线运动的加速度a为多大时将中断供油?并求出此时油箱底部距中心处K点的静压力。油的密度 。第七节 静止流体对壁面
