流体力学的性质和任务
17流体力学
流体力学教学大纲课程编号：140135课程名称：流体力学英文名称：Fluid Mechanics学分：2.5学时：42适用年级专业（学科类）：土木工程一、课程概述（一）课程性质流体力学是一门土木工程专业的主要技术基础课。
通过本课程的学习，使学生掌握水流宏观运动的基本规律、基本理论与分析方法，理解不同水流的特点，学会常见土木工程中的水力计算方法，并具备初步的试验量测技能，为学习后续课程和从事专业技术工作打下基础。
（二）教学目标与要求1、具有较为完整的理论基础,包括：掌握流体力学的基本概念；熟练掌握分析流体运动的总流分析方法,熟悉量纲分析与实验相结合的方法,了解求解简单平面势流的方法；掌握流体运动能量转化和水头损失规律,对绕流流阻力有一定了解；具有对一般流动问题的分析和计算能力,包括：水力荷载的计算；管道、渠道和堪过流能力的计算,井的渗流计算；.水头损失的分析和计算。
2、掌握测量水位、压强、流速、流量的常规方法。
具有观察水流现象,分析实验数据和编写报告的能力。
（三）重点和难点该课程中牛顿内摩擦定律，流体静压强及作用在平面和曲面上的总压力的计算，描述流体运动的的欧拉法，连续性方程、伯努利方程和动量方程的建立及其工程应用，流体力学的相似准则、无量纲数和量纲齐次性原理，两种水头损失计算、沿程阻力系数和紊流的特征，短管和长管的水力计算，明渠均匀流的水力计算、明渠非均匀流水面曲线的定性分析及定量计算，小桥（涵）孔径的水力计算，达西渗流定律、集水廊道和单井产水量计算等是本课程的重点和难点。
（四）与其他课程的关系前修课程：高等数学，普通物理，理论力学和材料力学（基础部分）。
流体力学课程在专业教学中将为水文学、土力学、工程地质、土木工程施工、建筑设备等多门专业基础课程和专业课程阐释所涉及的流体力学原理,帮助学生进一步认识土木工程与大气和水环境的关系。
（五）教材及教学参考书1、刘鹤年，流体力学（第二版），中国建筑工业出版社，2004年7月。
流体力学知识点范文
流体力学知识点范文流体力学是研究流体静力学和流体动力学的一个学科，涉及到流体的运动、力学性质以及相关实验和数值模拟方法。
流体力学的应用广泛，包括气象学、海洋学、土木工程、航空航天工程等领域。
以下是流体力学的一些重要知识点。
1.流体的性质流体是一种能够自由流动的物质，包括气体和液体。
与固体不同，流体具有可塑性、可挤压性和物质变形后恢复自然形状的性质。
流体的密度、压力、体积、温度和粘度是流体性质的基本参数。
2.流体的运动描述流体的运动包括膨胀、收缩、旋转和流动等。
为了描述流体的运动，需要引入一些描述流体运动的物理量，如速度、流速、加速度和流量。
流体的速度矢量表示流体粒子的运动方向和速度大小。
3.流体静力学流体静力学研究的是在静压力的作用下，流体内各点之间的静力平衡关系。
流体的静力压力与深度成正比，由于流体的可塑性，静压力会均匀传输到容器中的各个部分。
流体静力学应用于液压系统、液态储存设备和液压机械等领域。
4.流体动力学流体动力学研究的是流体在外力作用下的运动行为。
流体动力学分为流体动力学和流体动量守恒两个方面。
流体动力学研究的是流体的速度和加速度，以及流体流动的力学性质。
流体动量守恒研究的是流体在内外力作用下动量的转移和守恒。
流体动力学应用于气象学、水力学、航空航天工程等领域。
5.流体的流动方程流体力学的基本方程是质量守恒方程、动量守恒方程和能量守恒方程。
质量守恒方程描述了流体的质量守恒原理，即质量在流体中是守恒的。
动量守恒方程描述了流体的动量守恒原理，即外力对流体的动量变化率等于流体的加速度乘以单位质量的流体体积。
能量守恒方程描述了流体的能量守恒原理，即流体在流动过程中能量的转化和传输。
6.流体力学问题的数值模拟由于流体力学问题具有复杂性和非线性性，很多问题难以通过解析方法得到解析解。
因此，数值模拟成为解决流体力学问题的一种重要方法。
数值模拟方法包括有限元法、有限差分法和有限体积法等。
这些方法通过将流体力学问题离散化为一组代数方程来进行数值求解。
流体力学-教学大纲
《流体力学》教学大纲一、课程性质与任务1.课程性质：本课程是安全工程专业的主要专业基础课程之一。
该课程的主要任务是使学生掌握流体运动的一般规律和有关的基本概念、基本原理、基本方法和一定的数值计算及实验技能，注意培养学生较好地分析和解决本专业中涉及流体力学问题的能力，为学习专业课程、从事专业技术工作或进行科学研究打下坚实的基础2.课程任务：本课程的目的是为安全工程专业学生提供学习专业课之前的重要的基础理论课程。
通过本课程的学习，要求学生能够掌握流体力学的一些基本原理，并要求能够学会理论联系实际分析和解决工程中各种流体力学方面的有关问题。
二、课程教学内容及要求注重基本理论、基本概念、基本方法的理解和掌握，只有这样才能对专业范围内的流体力学现象做出合乎实际的定性判断，进行足够精确的定量估计，正确地解决专业范围内的流体力学的设计和计算问题。
第一章绪论 (2学时)·流体力学的研究对象、任务和方法，流体力学的发展概况·作用在运动流体上的力，流体的主要力学性质，流体力学模型。
基本要求:掌握质量力、表面力、粘滞力的物理含义，研究流体力学的主要方法，流体力学模型。
重点：粘滞力的物理含义、牛顿内摩擦定律、流体的力学模型。
难点：惯性力是质量力，牛顿内摩擦定律的应用计算。
第二章流体静力学(4学时)·流体的静压强及其特性、流体静压强的分布规律、压强的计算基准和量度单位·流体平衡微分方程、液体的相对平衡·作用于平面的液体压力、作用于曲面的液体压力基本要求:流体静压强的概念、特性、分布规律；两种计算基准、量度单位；液柱测压计；作用在平面上的流体压力；作用在曲面上的流体压力；流体的平衡微分方程和相对平衡。
重点：等压面的概念，流体静压强的计算，作用在平面上的流体压力的计算。
难点：绝对压强和相对压强，作用在平面上的流体压力的计算，流体的平衡微分方程和相对平衡。
第三章流体运动学(2学时)·描述流体运动的两种方法，恒定流动和非恒定流动、流线和迹线、一元流动模型·连续性方程基本要求:描述流体运动的两种方法，基本概念，流动分类；连续性方程，重点：流线和迹线、一元流动模型难点：流线和迹线的区别，第四章流体动力学基础（6学时）流体运动微分方程、元流伯努利方程、总流能量方程及其应用·总水头线和测压管水头线总流动量方程基本要求:连续性方程，能量方程及其应用，动量方程，总水头线和测压管水头线，气流的能量方程，总压线和全压线。
工程流体力学知识点
（3）边界上可有力的作用和能量的交换，但不能有质量的交换。
4
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f = 1 p ρ
该方程的物理意义：当流体处于平衡状态时，作用在单位质量流体上的质量
力与压力的合力相平衡。 其中： 称为哈密顿算子， i j k ，它本身为一个矢量，同时对
x y z
其右边的量具有求导的作用。
4．静力学基本方程式的适用条件及其意义。
牛顿内摩擦定律中的比例系数 μ 称为流体的动力粘度或粘度，它的大小可以
反映流体粘性的大小，其数值等于单位速度梯度引起的粘性切应力的大小。单位
1
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为 Pa·s，常用单位 mPa·s、泊（P）、厘泊（cP），其换算关系： 1 厘泊(1cP)=1 毫帕斯卡·秒(1mPa.s) 100 厘泊(100cP)=1 泊(1P) 1000 毫帕斯卡·秒(1mPa·s)=1 帕斯卡.秒(1Pa·s)
5．膨胀性
指在压力不变的条件下，流体的体积会随着温度的变化而变化的性质。其大
小用体积膨胀系数 βt 表示，即
βt
=
1 V
dV dt
6．粘性
流体所具有的阻碍流体流动，即阻碍流体质点间相对运动的性质称为粘滞性，
简称粘性。
7．牛顿流体和非牛顿流体
符合牛顿内摩擦定律的流体称为牛顿流体，否则称为非牛顿流体。
8．动力粘度
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《工程流体力学》知识点
第一章 流体的物理性质
一、学习引导
1．连续介质假设
流体力学的任务是研究流体的宏观运动规律。在流体力学领域里，一般不考
虑流体的微观结构，而是采用一种简化的模型来代替流体的真实微观结构。按照
流体力学简介及其应用领域
流体力学简介及其应用领域流体力学是研究流体在各种情况下的力学性质的学科。
流体力学的研究对象是流体，即液体和气体。
本文将介绍流体力学的基本概念和原理，以及它在各个领域中的应用。
一、流体力学概述流体力学是研究流体在力学作用下的运动规律和力学性质的学科。
流体力学基于质点力学的基本原理，结合了质点力学和连续介质力学的概念和方法进行研究。
它主要包含两个方面的内容：流体静力学和流体动力学。
1. 流体静力学流体静力学是研究静止的流体的力学性质和平衡条件的学科。
静止的流体受重力的作用下，压力在不同位置上会有不同的分布。
通过应用压力梯度的概念和压强的定义，可以得到流体静力学的基本方程。
2. 流体动力学流体动力学是研究流体在外力作用下的运动规律和力学性质的学科。
流体动力学研究的是流体的流动状态，包括速度场、压力场等各个方面的特性。
通过应用质量守恒、动量守恒和能量守恒等基本原理，可以得到流体动力学的基本方程，如连续方程、动量方程和能量方程。
二、流体力学的应用领域流体力学的理论和方法广泛应用于各个领域，涵盖了自然科学、工程技术和生物医学等多个领域。
以下将介绍一些典型的应用领域。
1. 工程力学流体力学在工程力学中的应用非常广泛。
例如，水利工程中的水流运动、水力发电和水污染控制等问题，以及空气动力学、飞行器的设计与优化等问题，都离不开流体力学的理论和方法。
2. 汽车工程在汽车工程中，流体力学被广泛应用于汽车空气动力学和燃烧过程等方面的研究。
通过流体力学的理论和模拟方法，可以对汽车的空气动力学特性进行研究和优化，提高汽车的性能和燃油利用率。
3. 航空航天工程流体力学在航空航天工程中的应用也非常重要。
例如，飞行器的气动外形设计、空气动力学特性的研究、喷气发动机的燃烧过程等问题，都需要运用流体力学的理论和方法进行分析和研究。
4. 生物医学生物医学领域中的许多问题也涉及到流体力学的研究。
例如，血液在血管中的流动、气体交换和呼吸过程等问题，都可以通过流体力学的分析和计算方法进行研究和模拟，对疾病的诊断和治疗有一定的指导意义。
绪论
g
（三）粘滞性 粘滞性及粘滞力：当流体处在运动状态时，若流 体质点之间存在着相对运动，则质点间要产生内摩擦 力抵抗其相对运动，这种性质称为流体的粘滞性，此 内摩擦力又称为粘滞力。
T
τ
h
u du
U
u
通过科学实验证明：
T∝
T μ
AU h
AU h
什 么 叫 切 应 力 ？
引入动力粘性系数：
流体力学是研究流体处于静止和运动状态下
的力学规律，并探讨运用这些规律解决工程实际
问题的一门科学。流体力学又是力学的一个分支。 2.流体力学的任务： 研究以水为代表的，流体机械运动规律及其 在工程中的应用。 3.研究对象：液体及不可压缩气体。
（三）流体力学由以下内容构成
流体力学所研究的基本规律：两大主要组 成部分，流体静力学和流体动力学。 流体静力学：关于流体平衡的规律，它研
性、和汽化压强。其中粘滞性是本章重点，掌握牛顿
内摩擦定律，其适用条件是层流运动和牛顿液体。
5．理想液体的概念：无粘性的液体。
6．作用在液体上的力：质量力和表面力。
⑴质量力：作用在液体内部每个质点上，并且与
液体质量成正比。
⑵表面力：作用在液体上，并且与表面积成正比。
究流体处于静止（或相对平衡）状态时，作用
于流体上的各种力之间的关系。
流体动力学：关于流体运动的规律，它研 究流体在运动状态时，作用于流体上的力与运 动要素之间的关系，以及流体的运动特性与能 量转换等等。
（四）生活中的流体力学问题
高尔夫球的粗糙表面；汽车形状进化 ；
足球的弧圈球，乒乓球的旋球技术 ；
质称为流体的热胀性。
用体积压缩系数α来表示。 d
流体力学基础知识概述
流体力学基础知识概述流体力学是研究流体运动及其力学性质的学科领域，它对于了解和分析自然界中的流体现象、工程设计和科学研究都具有重要的意义。
本文将对流体力学的基础知识进行概述，帮助读者对该领域有一个全面的了解。
一、流体的特性流体是一种连续变形的物质，其特性包括两个基本的属性：质量和体积。
质量是指流体的总重量，而体积则表示流体占据的空间。
流体还具有可压缩性和不可压缩性之分，可压缩流体如气体在受力时体积可变，不可压缩流体如液体则在受力时体积基本保持不变。
二、流体的力学性质1. 流体的静力学性质：静力学研究的是流体在静态平衡下的性质。
静力学方程描述了流体静力平衡的条件，在不同的情况下有不同的方程形式。
例如，对于不可压缩流体，静力平衡方程可以表示为斯托克斯定律。
2. 流体的动力学性质：动力学研究的是流体在运动状态下的性质。
根据流体的性质和流动条件，可以使用纳维-斯托克斯方程或欧拉方程来描述流体运动。
这些方程可以通过流体的质量守恒、动量守恒和能量守恒得到。
三、流体的流动类型根据流体的运动方式，流体力学将流动分为两种基本类型：层流和湍流。
层流是指流体以有序、平稳的方式流动，流线相互平行且不交叉；而湍流则是流体运动不规则、混乱的状态，流线交叉、旋转和变化。
层流和湍流的转变由雷诺数决定，雷诺数越大，流动越容易变为湍流。
雷诺数是流体力学中一个无量纲的参数，通过流体的密度、速度和长度等特性计算而来。
四、流体的流速分布流体在管道或河流等容器中的流速分布可以通过速度剖面来描述，速度剖面是指流体速度随离开管道中心轴距离的变化关系。
一般情况下，流体在靠近管道壁面处速度较小，在中心位置处速度较大。
速度剖面可用来研究流体流动的特性，例如通过计算剖面的斜率可以确定流体的平均速度。
此外，流体的速度分布还受到管道壁面的摩擦力和流体性质的影响。
五、流体的流量计算流量是指单位时间内通过某一横截面的流体体积，计算流体流量是流体力学中的一项重要任务。
流体力学基础流体的性质与流体力学原理
流体力学基础流体的性质与流体力学原理流体力学基础——流体的性质与流体力学原理流体力学是研究流体运动和流体力学基本原理的学科，广泛应用于航空、航海、能源、化工等领域。
本文将介绍流体的性质以及流体力学的基本原理。
一、流体的性质流体指的是气体和液体，在力学中被视为连续介质。
流体具有以下几个主要的性质：1. 可流动性：与固体不同，流体具有较低的粘性和内聚力，因此可以流动。
流体的流动性使其在工程领域中应用广泛，并且流体力学正是研究流体流动的力学学科。
2. 不可压性：对于液体来说，密度变化相对较小，一般可视为不可压缩的。
而对于气体来说，变化较大的压力会引起密度变化，所以流体力学中对气体流动的研究需要考虑密度的变化。
3. 流体静力学压力：流体静力学压力是由于流体自身重力或外力作用下的压力差异引起的。
流体中的每一点都承受来自其周围流体的压力。
4. 流体动力学压力：流体动力学压力是由于流体的动力作用引起的压力差异。
当流体以较高速度通过管道或物体时，流体动力学压力扮演着重要的角色。
二、流体力学原理流体力学原理是研究流体运动的基本规律，它由庞加莱提出的运动方程、贝努利定律、连续方程等组成。
以下将分别介绍这几个基本原理：1. 流体运动方程：流体运动方程描述了流体在空间中运动的规律。
流体运动方程包括质量守恒方程、动量守恒方程和能量守恒方程。
质量守恒方程指出质量在流体中不会凭空消失或产生；动量守恒方程描述了流体运动中受到的作用力和压力的关系；能量守恒方程则研究了流体在流动过程中的能量转化。
2. 贝努利定律：贝努利定律是流体力学中最为著名的定律之一。
它说明了在无粘度和定常状态下，流体在不同位置的速度、压力和高度之间存在着一种平衡关系。
贝努利定律在飞行器设计和管道流动等领域中有广泛的应用。
3. 材料导数：材料导数是流体力学中用来描述物质随时间变化的速率的重要概念。
对于流体来说，由于其非刚性的特性，物质随时间的变化需要通过材料导数来描述，它包括时间导数和空间导数。
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2、按力的作用方式区分有：质量力和表面力
1.2.1表面力
表面力：通过直接接触，施加在接触表面上的力。（作用于液体隔离体表面上的力）
式中：p——某点压强，又称为某点的水压力；
A——受压面积或受剪切面积；
P——面积A上的总压力；
——某点切应力
粘滞性：在运动状态下，流体所具有抵抗剪切变形速度的特性。
液体内摩擦力：在剪切变形过程中，液体内部流层间出现的
成对的切力
2、粘滞性微观机理
气体的粘滞性主要来自分子的热运动，温度越高，粘滞性越大
液体的粘滞性主要来自分子力，温度越高，粘滞性越低
3、牛顿平板实验
装置：
过程
实验结论：当U不大时，沿y轴方向液体中各点流速u一般呈线性分布，有
液体质点：指微观上充分大而宏观上充分小的分子团
二、实验方法
1、原型观测
原型：实际工程建筑物
2、模型试验
模型：即按一定比例尺将原型缩小或放大的实物或工程建筑物
三、数值计算法
利用当代电子技术进行快速计算，如有限差分法、有限元法等。
1.1.4流体力学的应用
1、城市建设：ห้องสมุดไป่ตู้
2、交通运输：
3、环境工程：
分类：
1.1.2连续介质模型
1、微观角度：
2、宏观角度：
3、质点：
4、质点模型的意义：
1.1.3研究方法
研究方法：理论分析、实验验证与补充、数值计算
一、理论分析法
1、液体运动
（1）、微观运动的不均匀性、离散性和随机性
（2）、宏观运动的均匀性、连续性和确定性
2、物理模型
连续介质：真实液体所占有的空间，完全由液体质点所充满着，质点之间毫无空隙
此时，水的体积压缩量只有 ，因此，除水击现象外，其余均忽略。
二、气体的压缩性
PV=RT
三、不可压缩流体
§
流体力学课程是建筑工程专业、建筑环境与设备工程专业、公路与城市道路、桥梁、交通工程专业的一门技术基础课，侧重介绍有关基本原理与方法，为专业课做前期基础理论应用训练及业务素质的培养。
1.1.1研究对象
流体力学：研究流体的机械运动规律及其应用的科学，是力学的分之学科。
流体的基本特征时具有流动性：抗拉、抗压、抗剪。
1.2.2质量力
质量力：以隔距离作用，施加在每个质点上的力。（作用在液体每一质点上，其大小与受作用液体质量成正比的力；在均质液体中，又称体积力）
设流体的质量为m，加速度为a，则其受质量力有：
惯性力：
重力：
设流体质量力为F，质量为m，则
——单位质量力
在直角坐标系中，单位向量力 与它的三个分量， 的关系为：
非牛顿流体：与牛顿内摩擦定律不相符的液体
例1—1
1.3.3压缩性
一、液体的压缩性
1、定义：
压缩性：液体宏观体积可随压强增大而减小的特性
压缩系数k：一定的温度下，增加单位压强，体积的变化率。
2、压缩系数 和弹性系数E
式中：
值越大，液体越易压缩；E值越大，液体越不易压缩
水的弹性系数
则有
3、定义
膨胀性：
膨胀系数：
设平板面积为A，则
由此有
牛顿内摩擦定律
式中： ——液体内摩擦切应力
——流速梯度，流速沿y方向的变化率
——动力粘度，又称绝对粘度，动力粘滞系数
单位：帕斯卡 秒 1 =10泊
τ=μ.dγ/dt
在水力计算中
式中： ——液体的运动粘度，又称运动粘滞系数（ ）
4、理想流体：流动时不呈现粘滞性的液体
牛顿流体： 呈过原点的正比例关系的液体
式中： ——单位矢量
X，Y，Z—— 在三坐标轴方向的分量
，X，Y，Z的单位相同m/s2
重力液体：只受重力作用的液体 X=Y=0，Z=-g
§
从宏观角度研究的流体主要物理性质
1.2.1惯性
1、惯性：物体保持原有运动状态的性质。
均质液体
2、重量和重度
均质液体
1.3.2粘性
1、定义：
易流动性：静止时，液体不能承受切力，抵抗剪切变形的特性