课程名称：《工程流体力学(水力学)》第周，第1讲次摘要第一章绪论S1-1工程流体力学的任务及其发展简史授课题目81-2连续介质假设，流体的主要力学性质81-3作用在流体上的力S1-4工程流体力学的研究方法【目的要求】了解工程流体力学的任务及其发展简史；学习连续介质假设和流体的主要力学性质；了解掌握作用在流体上的力；了解工程流体力学的研究方法。【重 点】连续介质假设和流体的主要力学性质，作用在流体上的力。【难点】连续介质假设概念和流体的主要力学性质
1 课程名称：《工程流体力学(水力学)》 第 周，第 1 讲次 摘 要 授课题目 第一章 绪论 §1-1 工程流体力学的任务及其发展简史 §1-2 连续介质假设，流体的主要力学性质 §1-3 作用在流体上的力 §1-4 工程流体力学的研究方法 【目的要求】了解工程流体力学的任务及其发展简史；学习连续介质假设和流体 的主要力学性质；了解掌握作用在流体上的力；了解工程流体力学的研究方法。 【重 点】连续介质假设和流体的主要力学性质，作用在流体上的力。 【难 点】连续介质假设概念和流体的主要力学性质
内 容【本讲课程的引入】工程流体力学是将流体力学理论用于工程实践的一个方向。对于给水排水工程专业，主要涉及的流体是以水为代表的液体，所以又称为水力学。从本次课开始，将讨论、学习有关工程流体力学的一些知识及其应用。第一章绪论81-1工程流体力学的任务及其发展简史$1-2连续介质假设·流体的主要物理性质2
2 内 容 【本讲课程的引入】 工程流体力学是将流体力学理论用于工程实践的一个方向。对于给水排水工程专 业，主要涉及的流体是以水为代表的液体，所以又称为水力学。从本次课开始， 将讨论、学习有关工程流体力学的一些知识及其应用。 第一章 绪论 §1-1 工程流体力学的任务及其发展简史 §1-2 连续介质假设·流体的主要物理性质
1-2-1连续介质假设根据物质结构理论，自然界所有物体（包括流体）都是由许多不连续、相隔一定距离的分子所构成，分子则是由更小的原子所组成：所有物体的分子和原子都处在永不停止的不规则运动之中，相互间经常碰撞、掺混，进行动量、热量（能量）、质量的交换。所以，从微观的角度来看，所有的物体的微观结构和运动，在空间和时间上都是不连续的，呈现离散性、不均匀性和随机性。这样在处理此类问题时应用数学分析的前提条件就不具备了。为了解决这一问题，引入连续介质假设。即认为宏观工程上的尺度比分子之间的间距要大得多，可以忽略分子间距造成的离散和不连续。将流体空间看成由比分子大很多的微观上充分大，而宏观上充分小（不因其体积而影响运动状态）的分子团，可以近似地看成几何上没有大小和形状的一个点的质点所组成，质点间设有空隙，连续地充满整个流体空间的连续介质。1-2-2流体的主要物理性质1、易流动性流体在静止时不能承受剪力、抵抗剪切变形的性质称为易流动性。流体也被认为不能抵抗拉力（纯水的抵抗拉力的现象），而只能抵抗对它的压力。2、质量·密度·重量表示物体惯性大小的物理量度是质量。单位体积所具有的质量称密度(p)。均质流体mP=V非均质流体，根据连续介质假设Amp=limv-→0 △V密度的单位是kg/m3。影响流体密度的主要因素是压强p和温度T。在重力场中，任何有质量的物体都受到地球引力的作用，这个引力就是重力，其大小用重量G表示G=mg3、输运性质·粘性·热传导·扩散一个任意的流体系统，无论初始的宏观性质如何，只要外界对它没有作用和影响，经过一段时间之后，系统必将达到一个稳定的、宏观性质不随时间变化的2
3 1-2-1 连续介质假设 根据物质结构理论，自然界所有物体（包括流体）都是由许多不连续、相隔 一定距离的分子所构成，分子则是由更小的原子所组成；所有物体的分子和原子 都处在永不停止的不规则运动之中，相互间经常碰撞、掺混，进行动量、热量（能 量）、质量的交换。所以，从微观的角度来看，所有的物体的微观结构和运动， 在空间和时间上都是不连续的，呈现离散性、不均匀性和随机性。这样在处理此 类问题时应用数学分析的前提条件就不具备了。 为了解决这一问题，引入连续介质假设。即认为宏观工程上的尺度比分子之 间的间距要大得多，可以忽略分子间距造成的离散和不连续。将流体空间看成由 比分子大很多的微观上充分大，而宏观上充分小（不因其体积而影响运动状态） 的分子团，可以近似地看成几何上没有大小和形状的一个点的质点所组成，质点 间设有空隙，连续地充满整个流体空间的连续介质。 1-2-2 流体的主要物理性质 1、易流动性 流体在静止时不能承受剪力、抵抗剪切变形的性质称为易流动性。流体也被 认为不能抵抗拉力（纯水的抵抗拉力的现象），而只能抵抗对它的压力。 2、质量·密度·重量 表示物体惯性大小的物理量度是质量。 单位体积所具有的质量称密度(ρ)。 均质流体 m ρ v = 非均质流体，根据连续介质假设 Δv 0 Δm ρ lim → ΔV = 密度的单位是 kg/m3。 影响流体密度的主要因素是压强 p 和温度 T。 在重力场中，任何有质量的物体都受到地球引力的作用，这个引力就是重力， 其大小用重量 G 表示 G = mg 3、输运性质·粘性·热传导·扩散 一个任意的流体系统，无论初始的宏观性质如何，只要外界对它没有作用和 影响，经过一段时间之后，系统必将达到一个稳定的、宏观性质不随时间变化的
状态，这种状态称平衡态。如果由于某种原因，这一平衡状态被打破，就会处于非平衡状态，此时流体会通过某种机理，产生一种自发的过程，使之趋向一个新的平衡态。在这个过程中流体内部物理量有一个通过传递达到宏观均匀的过程，流体这种由非平衡态转向平衡态时物理量的传递性质，称为流体的输运性质。输运性质实际上是里查得理定律在流体中的体现(1)粘性流体静止时，不能承受切应力以抵抗剪切变形。流体运动时，具有抵抗剪切变形的性质，称粘性。（内摩擦力或粘滞力的解释）牛顿（I.Newton）平板实验实验内容：（绘图讲解）实验分析：（A、U、h的影响）实验现象和结论：AuF=F,α4h引入一个与流体性质有关比例系数μ，则=MAF,=μh-Pdy切力Fs的大小与流体性质有关，并与速度梯度du/dy和接触面积A成正比，而与接触面上的压力无关。以表示单位面积上的切力，即切应力，有牛顿内摩擦定律duT=udy关于粘度（动力粘度）u：它是流体粘性的度量，它的值愈大，粘性的作用愈大。它的单位是Pa'S。它的影响因素主要是温度。（液体的粘度随温度升高面下降，气体则相反）度量流体粘性还可以用运动粘度VV=Hp
4 状态，这种状态称平衡态。如果由于某种原因，这一平衡状态被打破，就会处于 非平衡状态，此时流体会通过某种机理，产生一种自发的过程，使之趋向一个新 的平衡态。在这个过程中流体内部物理量有一个通过传递达到宏观均匀的过程， 流体这种由非平衡态转向平衡态时物理量的传递性质，称为流体的输运性质。输 运性质实际上是里查得理定律在流体中的体现 (1)粘性 流体静止时，不能承受切应力以抵抗剪切变形。流体运动时，具有抵抗剪切 变形的性质，称粘性。（内摩擦力或粘滞力的解释） 牛顿（I.Newton）平板实验 实验内容：（绘图讲解） 实验分析：（A、u、h 的影响） 实验现象和结论： h Au F = Fs 引入一个与流体性质有关比例系数 μ，则 dy du A h Au Fs = = 切力 Fs 的大小与流体性质有关，并与速度梯度 du/dy 和接触面积 A 成正比， 而与接触面上的压力无关。 以 τ 表示单位面积上的切力，即切应力，有牛顿内摩擦定律： dy du = 关于粘度（动力粘度）μ：它是流体粘性的度量，它的值愈大，粘性的作用 愈大。它的单位是 Pa·s。它的影响因素主要是温度。（液体的粘度随 温度升高 面下降，气体则相反） 度量流体粘性还可以用运动粘度 ν =
关于流速梯度du/dy：它表示速度沿垂直于速度方向y轴的变化率。实际上是流体微元的剪切变形速度de/dt。(2)热传导(略)(3)扩散(略)4、压缩性和膨胀性(1）液体的压缩性和膨胀性在一定的温度下，压强增加一个单位时，液体体积的相对缩小。体积压缩系数dp:)αp=dpdp衡量使液体体积或密度的相对变化所需的压强增量可以用弹性模量E1-dp-.dpE=dVLdpdp/V在一定压强下温度增加一K（或1℃），液体密度的相对减小率，膨胀系数αv:dpdhy=dTdT不可压缩流体的概念：p=const(2）气体的压缩性和膨胀性略5、表面张力特性在流体与气体交界的部位由于气、液界面处的分子引力的差异将在液体表面沿表面方向产生张力，此张力称为表面张力。表面张力将出现不同“相态”（固、液、气相)或一种液体一种互不相混液体的接触面上。表面张力的大小可以用表面张力（或表面自由能）来量度。是自由表面上单位长度上所受的张力，单位为N/m。影响的因素包括流体的各类、温度以及与它表面接触的物质的性质。由于表面张力的作用，将固体浸没在液体之后，流体会在固体间的狭窄缝隙中上升（水或油）或下降（如水银），这种现象称毛细管现象。对毛细管现象的解释可以从流体分子间的吸引力内聚力）和流体与固体分子间引力（附着力）之间的相5
5 关于流速梯度 du/dy：它表示速度沿垂直于速度方向 y 轴的变化率。实际上是 流体微元的剪切变形速度 dθ/dt。 (2)热传导 （略） (3)扩散 （略） 4、压缩性和膨胀性 (1) 液体的压缩性和膨胀性 在一定的温度下，压强增加一个单位时，液体体积的相对缩小。体积压缩系 数 αp： dρ dV V ρ p ( ) dp dp = − = 衡量使液体体积或密度的相对变化所需的压强增量可以用弹性模量 E， p 1 dp dρ E ρ α dV dp V = = − = 在一定压强下温度增加一 K(或 1℃)，液体密度的相对减小率， 膨胀系数 αV： ( ) dT dT d V dV V = = − 不可压缩流体的概念：ρ＝const. (2) 气体的压缩性和膨胀性 略 5、表面张力特性 在流体与气体交界的部位由于气、液界面处的分子引力的差异将在液体表面 沿表面方向产生张力，此张力称为表面张力。表面张力将出现不同“相态”(固、 液、气相)或一种液体一种互不相混液体的接触面上。表面张力的大小可以用表 面张力(或表面自由能)σ 来量度。σ 是自由表面上单位长度上所受的张力，单位 为 N/m。影响 σ 的因素包括流体的各类、温度以及与它表面接触的物质的性质。 由于表面张力的作用，将固体浸没在液体之后，流体会在固体间的狭窄缝隙 中上升(水或油)或下降(如水银)，这种现象称毛细管现象。对毛细管现象的解释 可以从流体分子间的吸引力(内聚力)和流体与固体分子间引力(附着力)之间的相