《流体力学及机械》课程教学资源（PPT课件）第一章（山东理工大学：孟庆梅）

绪论第一章1.1 流体力学的研究对象、发展概况和研究方法1.1.1 流体力学的研究对象一流体流体：静力平衡时，不能承受拉力或剪力的物体包括：液体和气体固体：既能承受压力，也能承受拉力与抵抗拉伸变形。流体：只能承受压力，一般不能承受拉力与抵抗拉伸变形。一一流体易变形， 没有固定形状

第一章 绪论 1.1 流体力学的研究对象、发展概况和研究方法 1.1.1 流体力学的研究对象——流体 流体：静力平衡时，不能承受拉力或剪力的物体 包括：液体和气体 固体：既能承受压力，也能承受拉力与抵抗拉伸变形。 流体：只能承受压力，一般不能承受拉力与抵抗拉伸 变形。——流体易变形，没有固定形状

液体和气体的区别：(1)气体易于压缩；而液体难于压缩；(2)液体有一定的体积，存在一个自由液面气体能充满任意形状的容器，无一定的体积，不存在自由液面。液体和气体的共同点：两者均具有易流动性，即在任何微小切应力作用下都会发生变形或流动，故二者统称为流体气体与蒸气的区别：蒸气易凝结成液体，气体较难

(1)气体易于压缩；而液体难于压缩； (2)液体有一定的体积，存在一个自由液面； 气体能充满任意形状的容器，无一定的体积， 不存在自由液面。 液体和气体的区别： 液体和气体的共同点： 两者均具有易流动性，即在任何微小切应力作用 下都会发生变形或流动，故二者统称为流体。 气体与蒸气的区别： 蒸气易凝结成液体，气体较难

研究内容：研究得最多的流体是水和空气■1、流体静力学：关于流体平衡的规律，研究流体处于静止（或相对平衡）状态时，作用于流体上的各种力之间的关系：■2、流体动力学：关于流体运动的规律，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，以及流体的运动特征与能量转换等。研究任务：研究流体所遵循的宏观运动规律以及流体和周围物体之间的相互作用

◼ 研究任务： ◼ 研究流体所遵循的宏观运动规律以及流体和周围物 体之间的相互作用。 ◼ 研究得最多的流体是水和空气。 ◼ 1、流体静力学：关于流体平衡的规律，研究流体 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； ◼ 2、流体动力学：关于流体运动的规律，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，以及流体的运动特征与能量转换等。 研究内容：

1.1.3流体力学的研究方法理论方法：根据实际问题建立理论模型涉及微分体积法速度势法保角变换法1实验方法：根据实际问题利用相似理论建立实验模型选择流动介质设备包括风洞、水槽、水洞、激波管、测试管系等■计算方法：根据理论分析的方法建立数学模型，选择合适的计算方法，包括有限差分法、有限元法、特征线法、边界元法等，利用商业软件和自编程序计算，得出结果，用实验方法加以验证

1.1.3 流体力学的研究方法 ◼ 理论方法: 根据实际问题建立理论模型 涉及微分体 积法 速度势法 保角变换法 ◼ 实验方法: 根据实际问题利用相似理论建立实验模型 选择流动介质 设备包括风洞、水槽、水洞、激波管、 测试管系等 ◼ 计算方法 ：根据理论分析的方法建立数学模型，选 择合适的计算方法，包括有限差分法、有限元法、 特征线法、边界元法等，利用商业软件和自编程序 计算，得出结果，用实验方法加以验证

课程的性质与目的性质：流体力学是研究流体机械运动规律及其应用的学科，是一门必修的专业基础课程。研究对象以水为主体，旁及气体与可压缩流体；研究内容：流体运动规律和工程应用。目的：通过各教学环节，使学生拿握流体运动的基本概念，基本理论，基本计算方法与实验技能，培养分析问题的能力和创新能力，为学习专业课程，并为将来从事专业技术工作打下基础。地位：为水污染控制工程、大气污染控制工程、环境工程设计等多门专业课程释所涉及的流体力学原理。其他：a.素质教育一一“力学文化”、“水文化”。b.研究生入学考试：工程流体力学（水力学）往往成为研究生入学考试中的专业基础课之一

性质：流体力学是研究流体机械运动规律及其应用的学科， 是一门必修的专业基础课程。研究对象以水为主体，旁及气体 与可压缩流体；研究内容：流体运动规律和工程应用。 目的：通过各教学环节，使学生掌握流体运动的基本概念， 基本理论，基本计算方法与实验技能，培养分析问题的能力和 创新能力，为学习专业课程，并为将来从事专业技术工作打下 基础。 地位：为水污染控制工程、大气污染控制工程、环境工程设 计等多门专业课程阐释所涉及的流体力学原理。 其他：a.素质教育——“力学文化” 、 “水文化” 。 b.研究生入学考试:工程流体力学（水力学）往往成 为研究生入学考试中的专业基础课之一。 课程的性质与目的

本课程基本要求（1）具有较为完整的理论基础，包括：①掌握流体力学的基本概念②熟练掌握分析流体力学的总流分析方法；③握流体运动能量转化和水头损失的规律。(2）具有对一般流动问题的分析和讨论能力，包括:①水力荷载的计算；②管道、渠道和堰过流能力的计算；③水头损失的分析和计算。(3）掌握测量水位、压强、流速、流量的常规方法。（4）重点掌握：基础流体力学的基本概念、基本方程、基本应用

（1）具有较为完整的理论基础，包括： ①掌握流体力学的基本概念； ②熟练掌握分析流体力学的总流分析方法； ③掌握流体运动能量转化和水头损失的规律。 （2）具有对一般流动问题的分析和讨论能力，包括： ①水力荷载的计算； ②管道、渠道和堰过流能力的计算； ③水头损失的分析和计算。 （3）掌握测量水位、压强、流速、流量的常规方法。 （4）重点掌握：基础流体力学的基本概念、基本方程、基 本应用。 本课程基本要求

学习的难点与对策(1）新概念多、抽象、不易理解;对策主要概念汇总表，多媒体资料辅助教学。(2)推演繁难;对策-分析各种推导要领，掌握通用的推导方法，理解思路，不要求对各个过程死记硬背。（3）偏微分方程（组）名目繁多。对策仅要求部分掌握。重在理解物理意义，适用范围、条件，主要求解方法

（1）新概念多、抽象、不易理解； 对策 - 主要概念汇总表，多媒体资料辅助教学。 （2）推演繁难； 对策 -分析各种推导要领，掌握通用的推导方法， 理解思路，不要求对各个过程死记硬背。 （3）偏微分方程（组）名目繁多。 对策 - 仅要求部分掌握。重在理解物理意义，适 用范围、条件，主要求解方法。 学习的难点与对策

1.2流体质点与连续介质的概念1.2.1流体质点的概念流体质点：流体中宏观尺寸非常微小而微观尺寸又足够大的任意一个物理实体流体质点具有宏观物理量：质量、密度、流速、温度、压强等

1.2 流体质点与连续介质的概念 1.2.1 流体质点的概念 流体质点：流体中宏观尺寸非常微小而微 观尺寸又足够大的任意一个物理实体。 流体质点具有宏观物理量：质量、密度、 流速、温度、压强等

1.2.2连续介质的概念质点连续地充满所占空间的流体连续介质模型将流体作为由无穷多稠密、没有问隙的流体质点构成的连续介质，这就是1753年欧拉提出的“连续介质模型”。流体质点所有的物理量都是空间坐标和时间的连续函数的一种假设模型：u =u(t,xy,z)

1.2.2 连续介质的概念 质点连续地充满所占空间的流体。 连续介质模型将流体作为由无穷多稠密、没 有间隙的流体质点构成的连续介质，这就是 1753年欧拉提出的“连续介质模型” 。 流体质点所有的物理量都是空间坐标和时间 的连续函数的一种假设模型： u =u(t,x,y,z)

连续介质模型的优点：排除了分子运动的复杂性。物理量作为时空连续函数，可以利用连续函数这一数学工具来研究问题。问题：按连续介质的概念，流体质点是指：■A、流体的分子；B、流体内的固体题粒；C、几何的点■D、几何尺寸同流动空问相比是极小量,又含有大量分子的微元体

◼ 连续介质模型的优点： ◼ 排除了分子运动的复杂性。 ◼ 物理量作为时空连续函数，可以利用连续 函数这一数学工具来研究问题。 ◼ 问题：按连续介质的概念，流体质点是指: ◼ A、流体的分子； ◼ B、流体内的固体颗粒； ◼ C、几何的点； ◼ D、几何尺寸同流动空间相比是极小量,又 含有大量分子的微元体