【正文】 教材： 工程流體力學(xué) _聞德遜主編 第一章 緒論 第二章 流體靜力學(xué) 第三章 流體運(yùn)動(dòng)學(xué) 第四章 理想流體動(dòng)力學(xué)和平面勢(shì)流 第五章 實(shí)際流體動(dòng)力學(xué) 第六章 量綱分析和相似理論 第七章 流動(dòng)阻力和能量損失 第八章 邊界層理論基礎(chǔ)和繞流運(yùn)動(dòng) 教材內(nèi)容 上冊(cè)內(nèi)容 教材： 工程流體力學(xué) _聞德遜主編 第九章 有壓管流 第十章 明渠流 第十一章 孔口、管嘴、閘孔出流及堰流 第十二章 滲流 第十三章 射流和流體擴(kuò)散理論基礎(chǔ) 第十四章 可壓縮流體的流動(dòng) 教材內(nèi)容 下冊(cè)內(nèi)容 水泵與水泵站 第一章 緒論 167。 1—1 工程流體力學(xué)的任務(wù)及其發(fā)展簡(jiǎn)史 167。 1—2 連續(xù)介質(zhì)假設(shè) 流體的主要物理性質(zhì) 167。 1—3 作用在流體上的力 167。 1—4 工程流體力學(xué)的研究方法 第一章 緒論 167。 1— 1 工程流體力學(xué)的任務(wù)及其發(fā)展簡(jiǎn)史 一、流體力學(xué) (fluid mechanics)的定義和任務(wù) 167。 1— 1 工程流體力學(xué)的任務(wù)及其發(fā)展簡(jiǎn)史 研究對(duì)象 研究?jī)?nèi)容 研究目的 牛頓力學(xué)定律 質(zhì)量守恒定律 能量守恒定律 動(dòng)量守恒定律 環(huán)境市政 、給水排水 、土木建筑 、交通運(yùn)輸 、化工機(jī)械 、能源資源 、水利氣象 研究 對(duì)象 為水流，且又側(cè)重于應(yīng)用的，稱為 水力學(xué) (hydraulics)。 流體力學(xué)是力學(xué)的一個(gè)分支，是研究流體運(yùn)動(dòng)規(guī)律及其應(yīng)用的一門(mén)學(xué)科。 液體 氣體 二、流體力學(xué)發(fā)展簡(jiǎn)史 古代水力學(xué) 中國(guó)的大運(yùn)河 、都江堰、鄭國(guó)渠和靈渠 。 古羅馬供水管道系統(tǒng)等。 公元 1360年，元代歐陽(yáng)玄著 《 至正河防記 》 一書(shū)，成為世界第一部水利工程書(shū)籍； 公元前 250年，希臘阿基米德 (Archimedes，公元前 287前 212) 《 論浮體 》 ，提出了浮體原理，是第一篇闡述流體運(yùn)動(dòng)的文獻(xiàn)。 167。 1— 1 工程流體力學(xué)的任務(wù)及其發(fā)展簡(jiǎn)史 古典流體力學(xué) 瑞士歐拉 (Leonhard Euler， 1707— 1783)提出了連續(xù)介質(zhì)假設(shè)；流體運(yùn)動(dòng)的描述方法 —— 歐拉法和理想 (無(wú)粘性 )流體運(yùn)動(dòng)方程，應(yīng)用微積分的數(shù)學(xué)分析方法來(lái)研究流體力學(xué)的問(wèn)題，奠定了古典流體力學(xué)的基礎(chǔ)，并研究理想流體無(wú)旋流動(dòng)，提出了速度勢(shì)概念。 法國(guó)拉格朗日 (Joseph Louis Lagrange， 1736— 1813) 表述了另一描述流體運(yùn)動(dòng)的方 法 —— 拉格朗日法； 引進(jìn)流函數(shù)的概念，獲得理想流體無(wú)旋流動(dòng)所應(yīng)滿足的動(dòng)力學(xué)條件，提出求解這類流體運(yùn)動(dòng)的方法，進(jìn)一步完善了理想流體無(wú)旋 流動(dòng)的基本理論。 法國(guó)工程師納維 (Louis Marie Henri Navier， 1785— 1836)和英國(guó)斯托克斯(Gee Gabriel Stokes,1819— 1903) 建立了不可壓縮實(shí)際 (粘性 )流體的運(yùn)動(dòng)方程 ——納維 斯托克斯方程，提供了研究實(shí)際流體運(yùn)動(dòng)的基礎(chǔ)。 傅里葉 (Fourier J B)和 裴克 (Fick A E)與牛頓切應(yīng)力公式相對(duì)應(yīng) ， 分別提出了傅里葉熱傳導(dǎo)公式和裴克 (第一 )擴(kuò)散定律 ， 為研究流 體的傳熱 、 傳質(zhì)問(wèn)題提供了基礎(chǔ) 。 意大利 達(dá) 芬奇 (Leonardeda Vinci,14521519) 《 論水的流動(dòng)和水的測(cè)量 》 。 法國(guó)帕斯卡 (Blaise Pascal， 16231662)通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量，提出了流體靜力學(xué)的基本關(guān)系式，建立了流體中 壓強(qiáng)傳遞的帕斯卡定律。 英國(guó) 牛頓 (Isaac Newton， 16421727)提出了著名的牛頓 三大運(yùn)動(dòng)定律 ，提出粘性流體 切應(yīng)力 (剪應(yīng)力 )公式。 瑞士伯努利 (Daniel bernoulli， 1700— 1782) 將牛頓力學(xué)和流體物性 、 壓強(qiáng)概念相結(jié)合 ， 提出了有名的恒 定不可壓縮理想流體運(yùn)動(dòng)的能量方程 —— 伯努利方程 。 167。 1— 1 工程流體力學(xué)的任務(wù)及其發(fā)展簡(jiǎn)史 現(xiàn)代流體力學(xué) 德國(guó)尼古拉茲 (Johann Nikuradse)對(duì)采用人工粗糙的管道進(jìn)行了系統(tǒng)的測(cè)定工作，為補(bǔ)充邊界層理論、推導(dǎo)湍流的 半經(jīng)驗(yàn)公式提供了可靠的依據(jù)。 1946年電子計(jì)算機(jī)出現(xiàn) ， 以計(jì)算機(jī)為工具的數(shù)值計(jì)算方法得到迅速發(fā)展 ， 它繼理論分析和實(shí)驗(yàn)方法之后 ， 成為工程流體力學(xué)的第三種研究方法 。 英國(guó)雷諾 (Osborne Reynolds,1842— 1912)首先闡明了相似原理，促進(jìn)了理論和實(shí)驗(yàn)的結(jié)合。 1883年，他在圓管中進(jìn)行了一系列的流體流動(dòng)實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)流體流動(dòng)有兩種形態(tài)，即層流和湍流 (紊流 )，及其判別準(zhǔn) 則 —— 特征數(shù)。 英國(guó)瑞利 (Lord John William Rayleigh， 1842— 1919) 首先提出了用量綱分析法求流動(dòng)相似準(zhǔn)則 ， 這是用理論分析和實(shí)驗(yàn)研究相結(jié)合 ， 來(lái)解決工程流體力學(xué)問(wèn)題的重要方法 ， 在實(shí)驗(yàn)研究中有著重要的意義 和作用 。 匈牙利卡門(mén) (Theodore Von K225。rm225。n， 1881— 1963)用動(dòng)量方程導(dǎo)出邊界層的動(dòng)量積分方程 ， 解決壁面邊界層的計(jì)算問(wèn)題 。 167。 1— 1 工程流體力學(xué)的任務(wù)及其發(fā)展簡(jiǎn)史 167。 1— 2 連續(xù)介質(zhì)假設(shè) 流體的主要物理性質(zhì) 167。 1— 2 連續(xù)介質(zhì)假設(shè) 流體的主要物理性質(zhì) 121 連續(xù)介質(zhì)假設(shè) 一、流體微觀特點(diǎn) 流體 (fluid)由許多不連續(xù) (continue)的 、 相隔一定距離的分子 (molecule)所組成 ，而分子則由更小的原子所組成； 所有物體的分子和原子都處在永不停息的不規(guī)則運(yùn)動(dòng)之中 ， 相互間經(jīng)常碰撞 、 摻和 ，進(jìn)行動(dòng)量 (momentum)、 熱量 /能量 (heat/energy)、 質(zhì)量的交換 。 流體的微觀結(jié)構(gòu)和運(yùn)動(dòng)，在空間和時(shí)間上都是不連續(xù)的，呈現(xiàn)著離散性、不均勻性和隨機(jī)性 。 工程流體力學(xué)主要是研究流體的宏觀(機(jī)械 )運(yùn)動(dòng)。有兩種研究方法。 一種是從分子和原子微觀運(yùn)動(dòng)出發(fā)的統(tǒng)計(jì)平均方法。 二是把流體看成質(zhì)點(diǎn)連續(xù)地充滿流體所占有的空間的的連續(xù)介質(zhì)方法。 二、連續(xù)介質(zhì)（ Continuum/Continuous Medium） 由比分子大很多的，微觀上充分大，而宏觀上充分小的分子團(tuán)，可以近似地看成幾何上沒(méi)有大小和形狀的一個(gè)點(diǎn)的質(zhì)點(diǎn) 所組成，質(zhì)點(diǎn)之間沒(méi)有空隙，連續(xù)地充滿所占有的空間 的流體 。 在很多情況下，連續(xù)介質(zhì)假設(shè)所得的理論結(jié)果，與相當(dāng)多的實(shí)驗(yàn)結(jié)果很符合。 流體質(zhì)點(diǎn) (fluid particle)： 具有一定體積的“流體微團(tuán)”含有足夠的分子，在一定時(shí)間內(nèi)具有確定的統(tǒng)計(jì)量，將流體微團(tuán)的體積抽象為幾何點(diǎn) — 流體質(zhì)點(diǎn)。 167。 1— 2 連續(xù)介質(zhì)假設(shè) 流體的主要物理性質(zhì) 在某些情況，例如海拔高度為 50km以上的高空的稀薄氣體不作為連續(xù)介質(zhì)。 特征體積 (characteristic volume) ?V? ：指使平均密度具有確定的數(shù)值，并表征其中足夠多分子的統(tǒng)計(jì)平均值即液體的宏觀密度時(shí)的體積。 液體質(zhì)點(diǎn) （微團(tuán)）：即特征體積 ?V?中所有液體分子的集合。 o非均質(zhì)均質(zhì)分子作用區(qū) 連續(xù)區(qū)/3?cm )(g.二、連續(xù)介質(zhì)（ Continuum/Continuous Medium） 167。 1— 2 連續(xù)介質(zhì)假設(shè) 流體的主要物理性質(zhì) 三、連續(xù)介質(zhì)模型（ Continuum Medium Model） 把一個(gè)本來(lái)是大量離散的分子或原子運(yùn)動(dòng)問(wèn)題，近似為充滿整個(gè)空間流體質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)問(wèn)題，而且每個(gè)空間點(diǎn)和每個(gè)時(shí)刻都有確定的物理量，它們都是空間坐標(biāo)和時(shí)間的連續(xù)函數(shù)，從而可以運(yùn)用數(shù)學(xué)分析工具來(lái)建立和求解宏觀物理量之間的方程。 這種不考液體的微觀結(jié)構(gòu) ， 而采用連續(xù)介質(zhì)簡(jiǎn)化的模型來(lái)代替其微觀結(jié)構(gòu) ，稱為連續(xù)介質(zhì)模型 。 ),( tzyx?? ?),( tzyxuu ?),( tzyxpp ? 在連續(xù)介質(zhì)假設(shè)的基礎(chǔ)上，一般還認(rèn)為：流體具有均勻等向性，即流體是均質(zhì)的。 均質(zhì) (homogeneous)： 各部分的物理性質(zhì)是一樣的。反之，為非均質(zhì) (nonhomogeneous)。 各向同性 (isotrop)： 各方向的物理性質(zhì)是一樣的。反之，為各向異性(anisotrop fluid)。 167。 1— 2 連續(xù)介質(zhì)假設(shè) 流體的主要物理性質(zhì) 122 流體的主要物理性質(zhì) 167。 1— 2 連續(xù)介質(zhì)假設(shè) 流體的主要物理性質(zhì) 一、易流動(dòng)性 易流動(dòng)性 是流體在靜止時(shí)不能承 受剪力、抵抗剪切變形的性質(zhì) 。