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流体力学第一章

第一部分流体力学

第一章绪论

【目的要求】通过本章课程的学习，掌握流体的主要物理性质，

流体的分类及力学模型。

【重点】流体的重度、体积模量、粘滞性及牛顿内摩擦定律，连

续介质模型。

【难点】牛顿内摩擦定律的理解和应用。

【本章课程的引入】流体力学是力学的一个独立分支，是一门研

究流体的平衡和流体机械运动规律及其实际应用的技术科学。

【本章课程的内容】

§1-1流体力学的任务

1.1流体力学

流体力学是力学的一个独立分支，是一门研究流体的平衡和流体

机械运动规律及其实际应用的技术科学。

流体力学所研究的基本规律，有两大组成部分。一是关于流体平

衡的规律，它研究流体处于静止（或相对平衡）状态时，作用于流体

上的各种力之间的关系，这一部分称为流体静力学；二是关于流体运

动的规律，它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，这一部分称为流体

动力学。

流体力学在研究流体平衡和机械运动规律时，要应用物理学及理

论力学中有关物理平衡及运动规律的原理，如力系平衡定理、动量定

理、动能定理，等等。因为流体在平衡或运动状态下，也同样遵循这

些普遍的原理。所以物理学和理论力学的知识是学习流体力学课程必

要的基础。

目前，根据流体力学在各个工程领域的应用，流体力学可分为以

下三类：

水利类流体力学：面向水工、水动、海洋等；

机械类流体力学：面向机械、冶金、化工、水机等；

土木类流体力学：面向市政、工民建、道桥、城市防洪等

1.2物质的三态流体与固体的区别

在地球上，物质存在的主要形式有：固体、液体和气体。

流体和固体的区别:

从力学分析的意义上看，在于它们对外力抵抗的能力不同。

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。

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。

§1-2流体的主要力学性质

1.2.1惯性

一切物质都具有质量，流体也不例外。质量是物质的基本属性之

一，是物体惯性大小的量度，

质量越大，惯性也越大。单位体积流体的质量称为密度

（density），以ρ表示，单位：kg/m3。

对于均质流体，设其体积为V，质量m，则密度为

对于非均质流体，其密度随点而异。若取包含某点在内的体积，

则该点密度需要用极限方式表示为

1.2.2压缩性

流体的可压缩性（compressibility）：在外力作用下流体密度

（体积）发生改变的的性质

1.流体的密度

常温下取ρ水=1000kg/m

3ρ空气=1.2kg/m3

2.体积压缩率κ

体积压缩率：（coefficientofvolumecompressibility）：流体

体积的相对缩小值与压强增值之比，即当压强增大一个单位值时，流

体体积的相对减小值：

(因为质量m不变，dm=d(ρV)=ρdV+Vdρ=0，

)

3.体积模量

流体的压缩性在工程上往往用体积模量来表示。

体积模量（bulkmodulusofelasticity）是体积压缩率的倒数。

κ与Κ随温度和压强而变化，但变化甚微。

说明：

a.Κ越大，越不易被压缩。

b.流体的种类不同，其κ和Κ值不同。

c.同一种流体的κ和Κ值随温度、压强的变化而变化。

d.在一定温度和