文档介绍：空气动空气动力力学学基础基础
第二章第二章流流体体的属性的属性和和流流体体静力学静力学
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第第11章章流体的流体的属属性和性和流流体静力学体静力学
流体属性
1、连续介质的概念
2、流体的易流性
3、流体的压缩性与弹性
4、流体的粘性
作用在流体微团上力的分类
静止流体内任意一点的压强及其各向同性特征
流体静力平衡微分方程
重力场静止液体中的压强分布规律
液体的相对平衡问题
标准大气
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11、、连连续介续介质质的概念的概念
流体力学和空气动力学是从宏观上研究流
体(空气)的运动规律和作用力(流体内部和
流体对物体)规律的学科,流体力学和空气动
力学常用“介质”一词表示它所处理的对象,流
体包含液体和气体。在流体力学中,质点的定
义如下。
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11、、连连续介续介质质的概念的概念
从微观的角度而言,不论液体还是气体其
分子与分子之间都是存在间隙的,例如海平面
条件下,空气分子的平均自由程为 l =10-8
mm,但是这个距离与我们宏观上关心的物体
(如飞行器)的任何一个尺寸 L 相比较都是微
乎其微的, l / L < < 1。
当受到物体扰动时,流体或空气所表现出
的是大量分子运动体现出的宏观特性变化,如
压强、密度等,而不是个别分子的行为。
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11、、连连续介续介质质的概念的概念
流体质点是宏观上组成流体的最小单元。一
个包含一定质量的空间点。一个微观上充分大,
宏观上充分小的分子团。流体质点是流体力学中
的最小单元,是研究流体宏观行为的出发点。主
要标志:从微观分子的不均匀性、离散性、随机
性转变为宏观行为的均匀性、连续性、确定性。
流体的连续介质假设:
流体是由连续无间隙地充满所占据空间的流
体质点组成。流体质点所具有的宏观物理量满足
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11、、连连续介续介质质的概念的概念
一般用努生数,即分子平均自由程与物体
特征尺寸之比来判断流体是否满足连续介质假
设: l / L < < 1。
对于常规尺寸的物体只有到了外层大气中,
l / L 才可能等于甚至大于 1,这时气体分子
就会像雨点般稀疏的流向物体。
一旦定义连续介质,就可以把流体的一切物
理性质如密度、压强、温度及宏观运动速度等
表为空间和时间的连续可微函数,便于用数学
分析工具来解决问题。
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11、、连连续介续介质质的概念的概念
在连续介质的前提下,流体介质的密度可以
表达为
Dm
流体为均值时ρ=
Dτ
Dm
流体为非均值时 Dτ®0 ρ=lim ,
Dτ
其中 Dτ为流体空间的体积, Dm 为其中所包
含的流体质量
下图为 Dτ® 0 时平均密度的变化情况(设p点周围密度较p点为大):
ρ
y Dτ
ρ
•p p
(Dτ)0 D τ
(Dτ)
z x 0
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11、、连连续介续介质质的概念的概念
当微团体积趋于宏观上充分小的某体积
时,密度达到稳定值,但当体积继续缩小达到
分子平均自由程量级时,其密度就不可能保持
为常数。因此流体力学和空气动力学中所说的
微团,在数学上可以看成一个点,但在物理上
具有宏观上充分小,微观上足够大的特征
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22、、流流体的体的易易流性流性
流体与固体在力学上最本质的区别在于二者承受
剪应力和产生剪切变形能力上的不同,如下图所示,
固体能够靠产生一定的剪切角变形量θ来抵抗剪切应
力θ=τ/ G
其中剪切应力τ= F/A, A 为固体与平板相连
接的面积,G为剪切弹性模量(上式即固体的剪切虎
克定律)
θθ2
t1 t2
θ
F 1 F
固体流体
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22、、流流体的体的易易流性流性
然而如果对流体(例如甘油)也作类似实验
将发现,流体的角变形量不