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1、流體力學(xué)(FluidMechanics)教案流體力學(xué)(FluidMechanics)第1章緒論(Introduction)Ⅰ本章教學(xué)目標(biāo)了解流體力學(xué)基本概念和基本知識(shí)Ⅱ本章教學(xué)內(nèi)容1.流體力學(xué)的研究對(duì)象與任務(wù)2.流體的連續(xù)介質(zhì)模型3.作用在流體上的力:表面力和質(zhì)量力4.流體的主要物理性質(zhì):密度、重度、粘滯性、壓縮性和膨脹性、毛細(xì)現(xiàn)象5.牛頓流體和非牛頓流體Ⅲ本章重點(diǎn)與難點(diǎn)流體的粘滯性作用在流體上的力一.流體力學(xué)研究對(duì)象及方法[了解]1、研究對(duì)象:流體力學(xué)(hydromechanics)是力學(xué)得一個(gè)分支。它是研究流體處于平衡狀態(tài)
2、和運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下的力學(xué)規(guī)律及其與固體相互作用的一門科學(xué)。(1)流體力學(xué)的基本任務(wù)在于建立描述流體運(yùn)動(dòng)的基本方程.該課程主要采用理論分析與實(shí)驗(yàn)分析相結(jié)合的方法研究流體平衡和運(yùn)動(dòng)的規(guī)律,建立起流體中的作用力、運(yùn)動(dòng)速度和壓力之間的關(guān)系,確定流體經(jīng)各種通道及繞流不同物體時(shí)速度、壓強(qiáng)的分布規(guī)律,探求能量轉(zhuǎn)換和各種損失計(jì)算方法,并解決工程實(shí)踐中流體與固體之間的相互作用的問(wèn)題。因此,流體力學(xué)的中心問(wèn)題有兩個(gè):(1)研究流體中速度和壓力的分布以及變化的規(guī)律;(2)研究流體對(duì)物體的作用力和力矩。(2)流體力學(xué)的發(fā)展歷史流體力學(xué)的發(fā)展在時(shí)間上可以追溯
3、到很久以前,尤其是我國(guó)的水利事業(yè)的歷史十分悠久。四千年前的“大禹治水”,就已認(rèn)識(shí)到治水必須順?biāo)?,?yīng)引導(dǎo)疏通;我國(guó)歷史上的三大水利工程都江堰、鄭國(guó)渠、靈渠,距今2210-2250多年,當(dāng)時(shí)對(duì)明渠水流和堰流的認(rèn)識(shí)都已經(jīng)達(dá)到了相當(dāng)高的水平,尤其是都江堰,為世界著名治水工程的歷史典范,頌揚(yáng)至今。流體力學(xué)的理論發(fā)展遼寧工程技術(shù)大學(xué)機(jī)械學(xué)院86流體力學(xué)(FluidMechanics)教案主要是從牛頓時(shí)代開始的,1687年牛頓的名著《原理》討論流體的阻力、波浪運(yùn)動(dòng)等內(nèi)容,使流體力學(xué)開始變?yōu)榱W(xué)中的一個(gè)獨(dú)立分支。接著1783年瑞士數(shù)學(xué)家伯
4、諾里在名著《流體動(dòng)力學(xué)》中提出了伯諾里方程;1755年歐拉在名著《流體運(yùn)動(dòng)的一般原理》中提出理想流體概念,并建立了理想流體基本方程和連續(xù)方程,同時(shí)提出了速度勢(shì)的概念;1781年拉格朗日首先引進(jìn)了流函數(shù)的概念;1826年法國(guó)工程師Navier,1845年英國(guó)數(shù)學(xué)家、物理學(xué)家Stokes提出了著名的N-S方程;1876年雷諾發(fā)現(xiàn)了流體流動(dòng)的兩種流態(tài):層流和紊流;1858年亥姆霍茲指出了理想流體中旋渦的許多基本性質(zhì)及旋渦運(yùn)動(dòng)理論,并于1887年提出了流體繞流理論;十九世紀(jì)末,相似理論提出,使實(shí)驗(yàn)和理論分析緊密結(jié)合;1904年普朗特提
5、出了邊界層理論;二十世紀(jì)六十年代以后,計(jì)算問(wèn)題得到了很大的發(fā)展,流體力學(xué)不斷地得到了完善與提高。(3)流體力學(xué)按其研究?jī)?nèi)容側(cè)重方面的不同,分為理論流體力學(xué)(通稱流體力學(xué))和應(yīng)用流體力學(xué)(通稱工程流體力學(xué))。前者主要采用嚴(yán)密的數(shù)學(xué)推理方法,力求準(zhǔn)確性和嚴(yán)密性;后者則仍重于解決工程實(shí)際中出現(xiàn)的問(wèn)題,而不去追求數(shù)學(xué)上的嚴(yán)密性。在理論研究方面,流體力學(xué)廣泛采用物理學(xué)和理論力學(xué)的基本定律,以連續(xù)函數(shù)這一數(shù)學(xué)工具探討流體的各種規(guī)律。由于流體在平衡和運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的許多現(xiàn)象相當(dāng)復(fù)雜,難以得到精確解答。為使研究工作簡(jiǎn)化,還能得到較為可靠的近似解,所
6、以通常情況下采用理想化的條件下進(jìn)行研究,這也為應(yīng)用數(shù)學(xué)分析方法提供了方便。同時(shí),為彌補(bǔ)理論分析的不足,廣泛使用各種實(shí)驗(yàn)方法取得測(cè)量結(jié)果,進(jìn)行歸納找出經(jīng)驗(yàn)或半經(jīng)驗(yàn)性規(guī)律,以便在工程實(shí)踐中加以利用。(4)流體力學(xué)研究對(duì)象:流體(包括液體和氣體LiquidsandGas)流體的顯著特征:易流動(dòng)性.(板書)[解釋原因:流體內(nèi)分子間的內(nèi)聚力比較微弱,所以不能抵抗拉伸力和剪切力的作用,只能抵抗對(duì)它的壓縮力作用。因而,只要流體有運(yùn)動(dòng)和變形的可能性,甚至在自身重量的作用下流體都會(huì)發(fā)生變形或流動(dòng)。但是,自然界中存在的流體都具有一定的粘性,因而其
7、流動(dòng)性也要受到自身具有的粘性約束,不會(huì)是無(wú)限制的流動(dòng)。]遼寧工程技術(shù)大學(xué)機(jī)械學(xué)院86流體力學(xué)(FluidMechanics)教案液體與氣體的不同點(diǎn)和相同點(diǎn):⑴液體有一定的體積而無(wú)一定的形狀,流體不易被壓縮,在容器能夠形成的自由表面,具有界面現(xiàn)象--------表面張力特性。⑵氣體既無(wú)一定的體積又無(wú)一定的形狀,能夠充滿任意給定的空間。易于被壓縮,沒有自由表面,無(wú)界面現(xiàn)象-------無(wú)表面張力特性。⑶二者相同點(diǎn)是:無(wú)一定的形狀,均具有易流動(dòng)性(流體的基本特性)除有固體的平動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)外,更重要的是具有變形運(yùn)動(dòng)(包括線變形和剪切角變形
8、運(yùn)動(dòng))。流體力學(xué)可分為:流體力學(xué)和氣體力學(xué),液體力學(xué)通常以水作為代表,故通稱為:水力學(xué)(hydraulics)。流體力學(xué)內(nèi)容主要是論述液體,而不研究氣體。但是,當(dāng)氣體的流速、壓力不大,比容變化不多,壓縮性的影響不計(jì)時(shí)(如:通風(fēng)機(jī)中的氣體流動(dòng)),液體的各種規(guī)律對(duì)氣體也是適用的。