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工程流体力学教程(1)

工程流体力学教程(1)

第一章:流体及其物理性质

​ 什么是流体力学?我想所有人都会有一个模糊的概念,因为我们完全生活在流体所包围的空间中。我们放的风筝,我们骑的自行车,买的汽车所考虑的风阻,轮船在海中航行,火箭的发射,甚至我们洗澡所用的水都需要应用流体力学的概念。所以我们好像就知道了流体有两种,液体和气体。

​ 那么我们再更仔细的思考一下液体和气体他们有什么共性呢?我们似乎会发现它们很容易变形,甚至气体连一个固定的体积都没有。那接下来我们给出一个定义,我们来分析这个定义里面包含了一些什么流体的必要特征:

定义:受任何微小剪切力作用都能连续变形的物质

​ 我们想想看我们学过的材料力学、理论力学里面的固体(刚体)有什么特征,我们发现对于这些物体,它能够承受剪切力的作用,也就是说在一定的限度内,固体能够承受剪切力作用。但是从我们的定义中我们发现,流体,哪怕受到再微小的剪切力都能够连续变形,哪怕这个剪切力小到只有0.000001N,它也会变形。所以这个时候我们就知道,哦原来流体是不能承受剪切的一种物质。

​ 那有的同学又开始思考起了另一个问题:水和空气都属于流体,但是他们好像非常不同,很不一样,就像我可以用一个量筒轻易地量出100ml的水,但是我却不能用量筒量取确定体积的空气。那这怎么办呢?我们知道,科学问题的求解及知识体系的建立就是希望在能够保留足够精度的情况下尽可能地抽象出问题本质。那既然水和空气都是流体,那我们能不能做一个简单的分类,用它们的本质去研究与它们相类似的问题呢?答案当然是可以的!

流体的分类

​ 根据流体中相邻分子之间的距离,我们可以将流体分为2大类:液体、气体

​ 对于液体来说,它们之间的分子距较小,所以分子之间的吸引力较大,所以限制它们具有一定的体积。

​ 对于气体来说,它们之间的分子距比较大,故而分子之间的吸引力就比较弱,通常就不具有一定的体积。
\[ 在重力作用下的\\ \begin{align} \frac{dN}{dt} &=\frac{\partial}{\partial t}\iiint\limits_{CV}(u+\frac{v^2}{2})\rho dV+\iint\limits_{CS}(u+\frac{v^2}{2})\rho v_n\nonumber \\ &=\iiint\limits_{CV}\rho\vec{f}\cdot\vec{v}dV+\iint\limits_{CS}\vec{p_n}\cdot\vec{v}dA+\dot Q\nonumber \end{align} \]

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