第1章 流体力学基础讲解
流体力学第一章
第一章 绪论
１ 本章考情分析
本章主要介绍了流体力学中的最基本概念和流体的主要力学性质，考试中主要在名词解释、简答
以及小计算题涉及，相对来说属于基础题，但切不可掉以轻心，本章是理解全书的基础。在试卷后五
道计算大题中，本章的内容虽不会直接予以考察，但对于理解题目、分析和计算中占有举足轻重的地
位，所以这一章显得尤为关键。
２．本章框架结构
本章首先介绍了流体的概念，然后介绍了流体的主要力学性质，继而按照流体上力的作用方式分
析了作用在流体上的力。最后阐述了力学模型及三大假设。
３．［考点精讲］
考点一 流体的概念
（１）流体
流体指可以流动的物质，包括气体和液体。
特点（与固体比较）：流体分子间引力较小，分子运动剧烈，分子排列松散，流体不能保持一定的形
状，具有较大的流动性。
（２）气体和液体差别：
一是气体具有很大的压缩性，液体压缩性非常小；
二是气体将充满整个容器，而液体则有可能存在自由液面。
（３）流体的分类：
一、按流体作用力的角度分类：
流体静力学、流体运动学、流体动力学
二、按力学模型分类：
理想流体动力学、
粘性流体动力学、
非牛顿流体力学、
可压缩流体动力学、不可压缩流体动力学
（４）牛顿流体与非牛顿流体
符合牛顿内摩擦定律的流体称为牛顿流体，牛顿流体受力后极易变形，是切应力与变形率成正比
的低粘性流体。凡不同于牛顿流体的流体都称为非牛顿流体。1——蔡增基《流体力学》
考点精讲及复习思路常见的牛顿流体：空气，水，酒精，特定温度下的石油等；
常见的非牛顿流体：聚合物溶液，原油，血液等。
（５）实际流体和理想流体
实际流体：粘度不为０的流体称为实际流体或粘性流体。
理想流体：粘性为０的流体称为理想流体或无粘流体。
（６）不可压缩流体：
不可压缩流体是指每个质点在运动全过程中密度不变的流体，对于均值的不可压缩流体，密度是
是处处都不变化，即ρ＝常数。
液体分子距很难缩小，而可以认为液体具有一定的体积，因此通常称为不可压缩流体
考点二 连续介质假设
（１）连续介质假设定义
第1章 流体的力学性质
第1章 流体的力学性质
根据现代的科学观点，物质可区分为五种状态：固态、液态、气态、等离子态和凝聚态，其中，固、液、气三态是自然界和工程技术领域中常见的。从力学的角度看，固态物质与液态和气态物质有很大的不同：固体具有确定的形状，在确定的剪切应力作用下将产生确定的变形，而液体或气体则没有固定的形状，且在剪切应力作用下将产生连续不断的变形——流动，因而液体和气体又通称为流体。应用物理学基本原理研究流体受力及其运动规律的学科被称为流体力学。流体力学作为宏观力学的重要分支，与固体力学一样同属于连续介质力学的范畴。
本章将首先阐述流体连续介质模型，在此基础上讨论流体的力学特性。
1.1 流体的连续介质模型
1.1.1 流体质点的概念
流体是由分子构成的，根据热力学理论，这些分子（无论液体或气体）在不断地随机运动和相互碰撞着。因此，到分子水平这一层，流体之间总是存在着间隙，其质量在空间的分布是不连续的，其运动在时间和空间上都是不连续的。但是，在流体力学及与之相关的科学领域中，我们感兴趣的往往不是个别分子的运动，而是大量分子的统计平均特性，如密度、压力和温度等，而且，为了准确地描述这些统计特性的空间分布，需要在微分即“质点”的尺度上讨论问题，为此，必须首先建立流体质点的概念。
建立流体质点的概念可借助于物质物理量的分子统计平均方法。以密度为例，在流体中任取体积为的微元，其质量为 ，则其平均密度可表示为：
（1-1）
显然，为了描述流体在“质点”尺度上的平均密度， 应该取得尽量地小，但另一方面， 的最小值又必须有一定限度，超过这一限度，分子的随机进出将显著影响微元体的质量，使密度成为不确定的随机值。因此，两者兼顾，我们采用使平均密度为确定值（与分子随机进出无关）的最小微元 作为质点尺度的度量，并将该微元定义为流体质点，其平均密度就定义为流体质点的密度：
（1-2）
(完整版)流体力学 第一章 流体力学绪论
(完整版)流体力学 第一章 流体力学绪论
第一章 绪论
§1—１流体力学及其任务
1、流体力学的任务：
研究流体的宏观平衡、宏观机械运动规律及其在工程实际中的应用的一门学科。
研究对象： 流体,包括液体和气体。
2、流体力学定义：研究流体平衡和运动的力学规律、流体与固体之间的相互作用及其在工程技术中的应用.
3、研究对象：流体(包括气体和液体）。
4、特性：
• 流动(flow)性，流体在一个微小的剪切力作用下能够连续不断地变形,只有在外力停止作用后,变形才能停止。
• 液体具有自由（free surface）表面，不能承 受拉力承受剪切力（ shear stress)。
• 气体不能承受拉力,静止时不能承受剪切力，具有明显的压缩性，不具有一定的体积，可充满整个容器。
流体作为物质的一种基本形态，必须遵循自然界一切物质运动的普遍，如牛顿的力学定
律、质量守恒定律和能量守恒定律等。
5、易流动性：处于静止状态的流体不能承受剪切力,即使在很小的剪切力的作用下也将发生连续不断的变形,直到剪切力消失为止。这也是它便于用管道进行输送，适宜于做供热、制冷等工作介质的主要原因.流体也不能承受拉力，它只能承受压力.利用蒸汽压力推动气轮机来发电，利用液压、气压传动各种机械等,都是流体抗压能力和易流动性的应用.
没有固定的形状，取决于约束边界形状，不同的边界必将产生不同的流动。
6、流体的连续介质模型
流体微团——是使流体具有宏观特性的允许的最小体积。这样的微团，称为流体质点。
流体微团：宏观上足够大,微观上足够小。
流体的连续介质模型为:流体是由连续分布的流体质点所组成，每一空间点都被确定的流体质点所占据,其中没有间隙，流体的任一物理量可以表达成空间坐标及时间的连续函数，而且是单值连续可微函数。
7流体力学应用:
航空、造船、机械、冶金、建筑、水利、化工、石油输送、环境保护、交通运输等等也都遇到不少流体力学问题。例如,结构工程:钢结构，钢混结构等.船舶结构；梁结构等要考虑风致振动以及水动力问题；海洋工程如石油钻井平台防波堤受到的外力除了风的作用力还有波浪、潮夕的作用力等，高层建筑的设计要考虑抗风能力;船闸的设计直接与水动力有关等等。
第一章 1[1].1流体流动静力学基本方程
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让知识带有温度。
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第一章 1[1].1流体流动静力学基本方程
第一章流体流淌
1-0 概述
一学习本章的意义：
1．流体存在的广泛性。在化工厂中，管道和设备中绝大多数物质都是流体（包括气体、液体或气液混合物）。只是到最后，有些产品才是固体。
2 ．通过讨论流体流淌逻辑，可以正确设计管路和合理挑选泵、压缩机、风机等流体输送设备，并且计算其所需的功率。
3 ．流体流淌是化工原理各种单元操作的基础，对强化传热、传质具有重要的实践意义。由于热量传递，质量传递，以及化学反应都在流淌状态下举行，与流体流淌密切相关。
所以大家要仔细学习这一章，充分打好基础。
二流体流淌的讨论范畴
1 流体定义：具有流淌性的液体和蔼体统称为流体。
2 延续性介质假定：流体是由大量的单个分子组成，而每个分子之间彼此有一定的间隙，它们将随时都在作无规章随机的运动。所以，若把流体分子作为讨论对象，则流体将是一种不延续介质，这将使讨论十分困难。好在在化工生产过程中，我们对流体流淌逻辑的讨论感爱好的并非是单个分子的微观运动，而是流体宏观的机械运动。所以我们不取单个分子作为考察对象，而取比分子平均自
由程大得多，比设备尺寸小得多的这样一个流体质点作为最小考千里之行，始于足下
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察对象，质点是由大量分子组成的微团，它可以代表流体的性质。流体可以看成是由大量微团组成的，质点间无空隙，而是弥漫所占空间的延续介质，从而可以使用延续函数的数学工具对流体的性质加以描述。
提高：延续性介质假定
如图1所示，考虑一个微元体积内流体平均密度的变化状况：取包含P（x，y，z）点在内的微元体积⊿V，其中包含流体的质量为⊿m，则微元流体的平均密度为⊿m/⊿V，微元流体的平均密度随体积的变化如图2所示。当微元体积⊿V从十分小逐渐增大，趋向一个特定的微元体积V时，流体的平均密度逐渐趋向一个极限值，且不再随微元体积的继续增大而发生变化。当微元体积⊿V比δV小时，这时微元体积内所包含的流体分子数目是那样少，以致流体分子因为其无规章的热运动，进入或离开微元体积的流体分子数目已足以引起该微元体积内流体平均密度的随机波动。惟独当微元体积大于δV后，其中
教学大纲-流体力学
1 《流体力学》教学大纲
课程编号：081082A
课程类型：专业基础课
总 学 时：32 讲课学时：32 实验（上机）学时：0
学 分：2
适用对象：安全工程
先修课程：高等数学、大学物理、工程力学
一、课程的教学目标
通过本课程的教学与实践，使学生具备下列能力：
目标1：掌握流体运动的一般规律和有关的概念，基本理论、分析方法、计算方法，并能在工程应用中熟练适用。
目标2：掌握流体静力学、流体动力学的基本原理和基本方程，能在解决复杂工程问题时熟练运用，注重学生分析问题和解决问题能力的培养，注重学生探索精神和创新意识的培养。
二、课程教学与毕业要求的对应关系
1、课程教学目标与毕业要求的对应关系
毕业要求 毕业要求指标点 教学目标
1．应用数学、自然科学、工程基础、安全科学等专业知识，解决安全工程专业的复杂工程问题。 1.2掌握物理、化学及相关自然科学知识，并能应用与解决复杂工程问题。 目标1：掌握流体运动的一般规律和有关的概念，基本理论、分析方法、计算方法，并能在工程应用中熟练适用。
2. 运用安全科学基础理论和方法，基于数学、自然科学和工程科学，借助文献研究等手段，识别、分析复杂工程问题，并可以获得有效结论。 2.1掌握数学、物理、化学、电学等相关自然科学的基本原理和实践手段，并能应用于解决复杂工程问题。 目标2：掌握流体静力学、流体动力学的基本原理和基本方程，能在解决复杂工程问题时熟练运用，注重学生分析问题和解决问题能力的培养，注重学生探索精神和创新意识的培养。
2、课程教学过程与毕业要求的对应关系
毕业要求指标点 教学过程（达成途径）
1.2掌握物理、化学及相关自然科学知识，并能应用与解决复杂工程问题。 1、理论讲授：使学生掌握流体力学相关内容的基本知识、基本概念；
2、案例教学：通过生活、工程等领域的实例，让学生理解相关的的概念、理论和思维方法； 2 2.1掌握数学、物理、化学、电学等相关自然科学的基本原理和实践手段，并能应用于解决复杂工程问题。 1、理论讲授：使学生了解并掌握流体力学相关的基本原理和实验手段；
流体力学讲义
流体⼒学讲义
上篇流体⼒学课程讲义
绪论
⼀、“流体⼒学”名称简介1、概念：
⼯程流体⼒学中的流体，就是指以这两种物体为代表的⽓体和液体。⽓体和液体都具有流动性，统称为流体。2、研究对象
流体⼒学是⼒学的⼀个分⽀。它专门研究流体在静⽌和运动时的受⼒与运动规律。研究流体在静⽌和运动时压⼒的分布、流速变化、流量⼤⼩、能量损失以及与固体壁⾯之间的相互作⽤⼒等问题。3、应⽤
流体⼒学在⼯农业⽣产中有着⼴泛的应⽤，举例。4、流体⼒学的分⽀
流体⼒学的⼀个分⽀是液体⼒学或叫⽔⼒学。它研究的是不可压缩流体的⼒学规律。另⼀分⽀是空⽓动⼒学，研究以空⽓为代表的可压缩流体⼒学，它必须考虑流体的压缩性。本书以不可压缩流体为主，最后讲解与专业相关的空⽓动⼒学部分的基础内容。
⼀般来说，流体⼒学所指的范围较为⼴泛，⽽我们所学习的内容仅以⼯程实际需要为限，所以叫“⼯程流体⼒学”。
⼆、学科的历史与研究⽅法简介1、学科历史
流体⼒学是最古⽼的学科之⼀，它的发展经历了漫长的年代。
例：我国春秋战国时期，都江堰，⽤于防洪和灌溉。
秦朝时，为了发展南⽅经济，开凿了灵渠，
隋朝时开凿了贯穿中国南北，北起涿郡(今北京)，南⾄余杭(今杭州)的⼤运河，全长1782km，对沟通南北交通发挥了很⼤作⽤，为当时经济的发展做出了贡献。
在国外，公元前250年，古希腊学者阿基⽶德就发表了《论浮体》⼀⽂。
到了18世纪，瑞典科学家DanielBernoulli伯努利(1700—1782)的《⽔动⼒学或关于流体运动和阻⼒的备忘录》奠定了流体⼒学的基础。2、研究⽅法
⼀⽅⾯，以理论⽅程为主线，将流体及受⼒条件理想化，忽略次要影响因素，建⽴核⼼⽅程式。在这⽅⾯最有代表性的就是伯努利于1738年建⽴的能量⽅程。
另⼀⽅⾯，采取实验先⾏的办法。开始了实⽤⽔⼒学的研究，在⼀系列实验理论的指导下，对理论不⾜部分反复实验、总结规律，得到经验公式和半经验公式进⾏补充应⽤。在这⽅⾯最有代表性的是尼古拉兹实验、莫迪图等。理论研究和实验两⽅⾯的相互结合，使⼯程流体⼒学发展成为⼀门完善的应⽤科学。
流体力学教学大纲
《流体力学》教学大纲
1
《流体力学》教学大纲
课程名称：流体力学
英文名称： Fluid Mechanics
一、本课程的地位、作用与任务
《流体力学》是机械工程专业的一门技术基础课程，是研究流体静止和运动的力学规律，以及在工程中的应用。
课程着重阐明流体力学的基本物理现象、基本概念、基本原理和规律，及这些规律在工程实际问题中的应用，同时培养学生分析、解决问题的能力。通过本课程的学习，为学生今后从事机械工程领域的科研工作奠定基础。
二、课程内容与基本要求
（一）绪论
1． 学习内容：流体的主要力学性质，作用在流体上的力，流体的力学模型。
2． 学习重点和难点：重点是流体的主要力学性质中的粘性；难点是应用牛顿内摩擦定律求解粘性切应力。
3． 学习目的和要求：通过本章的学习，必须了解流体力学研究的内容，流体的压缩性和热胀性的计算公式，粘性及粘性力，流体的表面张力。掌握用牛顿内摩擦定律求解在不同条件下粘性切应力的方法。
（二）流体静力学
1． 学习内容：流体静压强及其特性、分布规律，压强的计算基准和量度单位，作用于平面、曲面的液体压力，流体平衡微分方程，流体的相对平衡。
2． 学习重点和难点：重点是流体压强的分布公式，作用于平面、曲面液体压力的计算公式及方法，以及流体处于相对平衡时流体压强的分布规律；难点是流体作用于平面时压力作用点的位置计算，作用于曲面时压力体的计算，处于相对静止时流体压强分布规律的计算。
3． 学习目的和要求：通过本章的学习，掌握静止流体的压强计算，掌握计算静止流体在平面上的压力大小、方向及作用点的方法，掌握计算静止流体在曲面上作用力的水平分量、竖直分量、合压力的作用方向。了解利用流体的平衡微分方程，对处于相对平衡状态下流体的压力分布公式进行推导。 《流体力学》教学大纲
流体力学作业题讲解
第一章 绪论
1-2 水的容重3=9.71/γKNm，sPaμ•10×599.0=3 ，求它的运动黏度ν。
解：===γgμρμν6.05x10-7sm/2
1-5. 水平方向运动的木板，其速度1 m/s，平板浮在油面上δ= 10mm，油的动力黏度μ为0.09807pa.s。求作用于平板单位面积上的阻力。
解：dudy
板间间隙较小，速度分布近似认为直线分布
duvdy100 1/s
dudy=0.09807x100=9.807N/m2(Pa)
1-7一底面积为40cm x 45crn，高为1 cm的木块，质量为5Kg，沿着涂有润滑油的斜面等速向下运动。已知smv/1=，mmδ1=，重力加速度g取9.82/sm。求润滑油的动力黏度。
解：沿斜面受力平衡有：
dyduAμθmg=sin
即，310×11×)5.0×4.0(×=135×8.9×5μ
得：sPaμ•105.0=
1-11 体积为53m的水，在温度不变的情况下，当压强从1at增加到5at时，体积减少1L，求水的压缩系数及弹性模量。
解：
NmdpVdVβ/10×1.5=10×8.9×)1-5(×5001.0--=/-=210429/10×9.1=1=mNβE
第二章 流体静力学
2-2. 水的容重为9.807KN/m3,水银的容重为133.38 KN/m3，在封闭管端完全真空的情况一下，水银柱差Z2=50mm,求盛水容器液面绝对压强p1和水面高度Z1。（10分）
解：10sy20133.380.056.6696669ppZKpapa
1266690.686809.8071000spZmmm
2-5. 在封闭水箱中，水深h=1.5m的A点上安装有一压力表，水的容重为9.807KN/m3，其中表距A点Z=0.5m压力表读数为4.9KN/m2，求水面相对压强及其真空度。
工程流体力学-单元1
重 庆 能 源 职 业 学 院 教 案
课程名称：工程流体力学 授课时间 2013 年 3 月 11
授课教师： 年 月 日
授课对象 系 别 油气储运系 本次课学时 4 年级班次
20122617
章节题目 第一章 流体的主要物理性质
目的要求（含技能要求）
本章是流体力学的开篇，通过本章的学习，了解流体的基本特征，作用在流体上的力，以及流体的主要物理性质，初步认识流体力学课程。
本节重点
流体的基本物理性质
本节难点
作用在流体上的力
教学方法 理论教学与实例举例相结合。
教学用具 PPT。
问题引入 以实例引入。
如何突出重点 多次重复及字体区别。
难点与重点讲解方法 实例与课程内容相结合，加深印象。
内容与步骤 流体力学及任务
作用在流体上的力
流体的主要物理性质
本次课小
节 课程小结 本章是流体力学的开篇，概述有关流体力学研究对象和研究方法的一些基本知识，主要是流体的流动性，连续介质模型，作用在流体上的力，以及流体的主要物理性质。这些基本知识是学习流体力学的基础。
教后札记
讨论、思考题、作业（含实训作业） 1、从力学的角度，比较流体与固体对外力抵抗能力的差别？
2、何谓连续介质假设？为了研究流体机械运动规律，试说明引用连续介质假设的必要性和可行性。
3、按作用方式不同，作用力哪些是表面力，哪些是质量力？
重 庆 能 源 职 业 学 院 教 案
教学内容
通过经典力学的知识引入本门课程，结合大量的实例讲解流体力学的发展过程及其重要性，增加学生对本课程的学习积极性。本此课以讲述为主，结合多媒体手段。
1 导论
1.1工程流体力学的研究任务和研究方法
讲清工程流体力学的研究对象、研究内容、发展历程和研究方法，重点介绍流体力学的发展历程和研究方法。
流体力学的路线图
流体力学的路线图（之一）
流体力学基础理论的学习历来被初学者视为畏途，每到学习结束要进入期末考试的时候，老师和学生一样心中难免忐忑，在流体力学这门课上挂科已经成为某种常态。即使是学习多年的老手也会在具体问题面前感到基础尚不完备，还不够扎实。这个问题的起源当然与流体运动规律本身的复杂性有关，这个复杂性导致流体力学与大家印象中的“学科”概念有一定的出入。比如我们在学习高等数学时，很容易发现，数学是一门“咬文嚼字”的学科，里面充满严格定义的概念，不论学习线性代数还是微积分，都是从一些基本公理出发，循着一条严格的逻辑路线，架构起整门课程。因为数学有这样逻辑严密的特点，所以虽然学起来也不容易，但大家一致认为数学是美的，而且不论谁写的数学书，比如微积分的书，内容都只有程度深浅的差异，而绝没有内容上的巨大差异。
流体力学则有所不同，流体的流动本身是一种连续不断的变形过程，经典的流体力学理论以连续介质假设为基础，将整个流体看作连续介质，同时将其运动看作连续运动。但是由于流体是复杂的，实际上至今还没有完全掌握其全貌，因此流体力学在建立了基本控制方程后，就开始转而从一些特殊的流动出发，采用根据流动特点进行简化的方式，先建立物理模型，再得到数学模型，进而得到我们在书中经常看到的很多“理论”，比如不可压无旋流、旋涡动力学、水波动力学、气体动力学等等，甚至理论中还包括理论，比如不可压无旋流中还有自由流线理论，等等。形成一个类似于俄罗斯套娃的学科结构，这种结构容易给人一种支离破碎的印象。特别是在各个理论之间联系比较薄弱的时候，更容易给人这种印象。似乎一门课中又包含了很多门“小课”，每门“小课”使用的数学工具也完全不同，甚至很多同行还进一步把自己分成是学气的（比如空气动力学），或者是学水的（比如学船舶的）等等。
就象旅行者要有一张地图才能更高效率地到达目的地一样，如果能有一张流体力学的地图，或者叫路线图（roadmap），应该对初学者有很大帮助。这张图就是这门学科的脉络，其中应包含流体力学的主要理论内容，扩展一步的话，还应该包括数学基础（先修课）和主要分支学科。先在这里做个记号，有时间的时候慢慢地先从流体力学基础理论入手，给出一个粗略的路线图，然后再逐渐给出分支学科的路线图，比如空气动力学、计算流体力学的路线图。希望能抛砖引玉，激发出同行们的兴趣，加入绘制路线图的工作。在想象中，这个路线图应该有学科的主要内容，同时应该有相关的参考书。这样初学者就可以按图索骥，沿着一条正确的道路，更快地步入流体的大门。想想自己过去的学习道路，都是摸着石头过河，反复试错地在学习。特别是很多教科书在印刷、内容方面的种种错漏，更加深了这种灾难，作为过来人写写自己的旅游观感，对后来者应该是有帮助的，至少是有借鉴价值的。