流体力学绪论

1.1 流体的定义

流体是一种收到任何微小的剪应力(或称切应力)作用时,都能连续变形的物质。流体的组成应该是液相和气相(或蒸气)

1.2 流体力学的范围

所有传递过程的设计都离不开流体力学的基本原理。几乎各个工程领域都要利用流体力学。所有流体机械的设计;供热和通风系统,管路设计。

1.3 流体力学的基本定律

1.质量守恒定律:任何封闭系统中的质量总是守恒的,这是自然界普遍存在的基本定律。

2.牛顿第二定律:物体的加速度与所受的合外力成正比,与物体的质量成反比。加速度的方向与合力的方向相同。


3.动量矩定理:系统总动量矩的时间变化率等于所受作用力的力矩之和。

4.热力学第一定律:封闭系统发生状态变化时,其热力学能的改变量等于变化过程中环境传递给系统的热和功的总和。也就是说,不需要环境供给能量而连续对环境做功的第一类永动机是不可能制成的。


5.热力学第二定律:克劳修斯说法:不可能把热由低温物体转移到高温物体,而不留下其他变化。开尔文说法:不可能从单一热源吸热使之完全变为功而不留下其他变化。自然界中一切实际进行的过程都是不可逆过程。

1.4 分析方法

1.4.1 系统和控制体

1.4.2 微分法和积分法

1.4.3 描述法

拉格朗日描述法(L法):也称为随体描述,它着眼于流体质点,并将流体质点的物理量认为是随流体质点及时间变化的,即把流体质点的物理量表示为拉格朗日坐标及时间的函数。以牛顿第二定律应用于质量为m的质点为例:



欧拉描述法(E法):在流体力学中,人们常用控制体分析描述法,也叫作欧拉描述法,它常用于描述流场。这种描述方法着眼于空间给定点的流体特性随时间的变化规律,因此,使用欧拉描述法时,流场的性质作为空间坐标和时间的函数。由数学分析知道,当某时刻一个物理量在空间的分布一旦确定,该物理量在此空间形成了一个场。因此,欧拉描述实际上描述了一个物理量的场。


拉格朗日描述着眼于流体质点,将物理量视为流体坐标与时间的函数;欧拉描述着眼于空间点,将物理量视为空间坐标与时间的函数。它们可以描述同一物理量,必定互相相关。

设表达式f=f(a,b,c,t)表示流体质点(a,b,c)在t时刻的物理量;表达式f=F(x,y,z,t)表示空间点(x,y,z)在时刻t的同一物理量。如果流体质点(a,b,c)在t时刻恰好运动到空间点(x,y,z)上,则有


将上面的式子代入下式可以得到:

或者反解均可。由此可知,可以通过拉格朗日描述推出欧拉描述,也可以通过欧拉描述推出拉格朗日描述。








































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