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1、從使用情況來(lái)看，閉胸式的使用比較廣泛。敞開(kāi)式盾構(gòu)之中有擠壓式盾構(gòu)、全部敞開(kāi)式盾構(gòu)，但在近些年的城市地下工程施工中已很少使用，在此不再說(shuō)明。第二章第二章 流體運(yùn)動(dòng)的基本方程組流體運(yùn)動(dòng)的基本方程組從使用情況來(lái)看，閉胸式的使用比較廣泛。敞開(kāi)式盾構(gòu)之中有擠壓式盾構(gòu)、全部敞開(kāi)式盾構(gòu)，但在近些年的城市地下工程施工中已很少使用，在此不再說(shuō)明。v建立完整的流體力學(xué)基本方程組建立完整的流體力學(xué)基本方程組，是從理，是從理論上論上(包括分析方法和數(shù)值方法包括分析方法和數(shù)值方法)，解決流，解決流體力學(xué)問(wèn)題的最重要的第一步，也是流體體力學(xué)問(wèn)題的最重要的第一步，也是流體力學(xué)理論的核心和關(guān)鍵。力學(xué)理論的核心和關(guān)鍵。v建立流

2、體力學(xué)基本方程組的依據(jù)：建立流體力學(xué)基本方程組的依據(jù)：流體運(yùn)流體運(yùn)動(dòng)所遵循的物理定律：動(dòng)所遵循的物理定律：質(zhì)量守恒質(zhì)量守恒動(dòng)量守恒動(dòng)量守恒動(dòng)量矩守恒動(dòng)量矩守恒能量守恒能量守恒(熱力學(xué)第一定律熱力學(xué)第一定律)熱力學(xué)第二定律熱力學(xué)第二定律狀態(tài)方程狀態(tài)方程本構(gòu)方程本構(gòu)方程物理定律以數(shù)學(xué)方程的形式物理定律以數(shù)學(xué)方程的形式表達(dá)即可得流體力學(xué)方程；表達(dá)即可得流體力學(xué)方程；數(shù)學(xué)表達(dá)式可是微分形式，數(shù)學(xué)表達(dá)式可是微分形式，也可是積分形式。也可是積分形式。由這些物理定律建立的方程組應(yīng)為由這些物理定律建立的方程組應(yīng)為封閉方程組，在給定的邊界條件及封閉方程組，在給定的邊界條件及初始條件下，存在適定解。初始條件下，存

3、在適定解。從使用情況來(lái)看，閉胸式的使用比較廣泛。敞開(kāi)式盾構(gòu)之中有擠壓式盾構(gòu)、全部敞開(kāi)式盾構(gòu)，但在近些年的城市地下工程施工中已很少使用，在此不再說(shuō)明。主要內(nèi)容主要內(nèi)容第一節(jié)第一節(jié) 系統(tǒng)與控制體系統(tǒng)與控制體第二節(jié)第二節(jié) 雷諾輸運(yùn)定理雷諾輸運(yùn)定理第三節(jié)第三節(jié) 基本方程組的一般論述基本方程組的一般論述第四節(jié)第四節(jié) 微分形式的連續(xù)性方程微分形式的連續(xù)性方程 第五節(jié)第五節(jié) 微分形式的運(yùn)動(dòng)方程微分形式的運(yùn)動(dòng)方程第六節(jié)第六節(jié) 微分形式的能量方程微分形式的能量方程第七節(jié)第七節(jié) 積分形式的流體力學(xué)方程組積分形式的流體力學(xué)方程組第八節(jié)第八節(jié) 狀態(tài)方程狀態(tài)方程第九節(jié)第九節(jié) 初始條件及邊界條件初始條件及邊界條件第十節(jié)第

4、十節(jié) 流體力學(xué)的理論模型流體力學(xué)的理論模型 從使用情況來(lái)看，閉胸式的使用比較廣泛。敞開(kāi)式盾構(gòu)之中有擠壓式盾構(gòu)、全部敞開(kāi)式盾構(gòu)，但在近些年的城市地下工程施工中已很少使用，在此不再說(shuō)明。第一節(jié)第一節(jié) 系統(tǒng)與控制體系統(tǒng)與控制體 一、系一、系 統(tǒng)統(tǒng)一、系統(tǒng)一、系統(tǒng)對(duì)應(yīng)于拉格朗日描述對(duì)應(yīng)于拉格朗日描述第一節(jié)第一節(jié) 系統(tǒng)與控制體系統(tǒng)與控制體系統(tǒng)：系統(tǒng)：系統(tǒng)指某一系統(tǒng)指某一確定的流體質(zhì)點(diǎn)的集合確定的流體質(zhì)點(diǎn)的集合。拉格。拉格朗日描述中，以系統(tǒng)作為研究對(duì)象。朗日描述中，以系統(tǒng)作為研究對(duì)象。系統(tǒng)以外的環(huán)境稱(chēng)為系統(tǒng)以外的環(huán)境稱(chēng)為外界外界；系統(tǒng)與外界的界面稱(chēng)為系統(tǒng)與外界的界面稱(chēng)為系統(tǒng)的邊界系統(tǒng)的邊界。從使用情況來(lái)看

5、，閉胸式的使用比較廣泛。敞開(kāi)式盾構(gòu)之中有擠壓式盾構(gòu)、全部敞開(kāi)式盾構(gòu)，但在近些年的城市地下工程施工中已很少使用，在此不再說(shuō)明。第一節(jié)第一節(jié) 系統(tǒng)與控制體系統(tǒng)與控制體 一、系一、系 統(tǒng)統(tǒng)系統(tǒng)的特點(diǎn)：系統(tǒng)的特點(diǎn)：系統(tǒng)將隨系統(tǒng)內(nèi)的質(zhì)點(diǎn)一起運(yùn)動(dòng)，系統(tǒng)將隨系統(tǒng)內(nèi)的質(zhì)點(diǎn)一起運(yùn)動(dòng)，系統(tǒng)系統(tǒng)內(nèi)的質(zhì)點(diǎn)始終包含在系統(tǒng)內(nèi)內(nèi)的質(zhì)點(diǎn)始終包含在系統(tǒng)內(nèi)；系統(tǒng)系統(tǒng)邊界的形狀和所包圍空間的大小邊界的形狀和所包圍空間的大小，可以隨運(yùn)動(dòng)而發(fā)生變化可以隨運(yùn)動(dòng)而發(fā)生變化；系統(tǒng)與外界之間可以系統(tǒng)與外界之間可以有力的作用及能量有力的作用及能量的交換，但無(wú)質(zhì)量的交換的交換，但無(wú)質(zhì)量的交換。從使用情況來(lái)看，閉胸式的使用比較廣泛。敞開(kāi)式盾構(gòu)之中有

6、擠壓式盾構(gòu)、全部敞開(kāi)式盾構(gòu)，但在近些年的城市地下工程施工中已很少使用，在此不再說(shuō)明。第一節(jié)第一節(jié) 系統(tǒng)與控制體系統(tǒng)與控制體 一、系一、系 統(tǒng)統(tǒng)說(shuō)明：說(shuō)明：由于力學(xué)中的一些基本定律是建立在質(zhì)點(diǎn)由于力學(xué)中的一些基本定律是建立在質(zhì)點(diǎn)和質(zhì)點(diǎn)系上的，因此，和質(zhì)點(diǎn)系上的，因此，當(dāng)以系統(tǒng)作為研究當(dāng)以系統(tǒng)作為研究對(duì)象時(shí)，流體力學(xué)的力學(xué)定律就可以直接對(duì)象時(shí)，流體力學(xué)的力學(xué)定律就可以直接用原始的數(shù)學(xué)形式進(jìn)行表達(dá)用原始的數(shù)學(xué)形式進(jìn)行表達(dá)。在流體力學(xué)的許多問(wèn)題中，在流體力學(xué)的許多問(wèn)題中，把系統(tǒng)作為研把系統(tǒng)作為研究對(duì)象有時(shí)不很方便究對(duì)象有時(shí)不很方便。流體力學(xué)中更感興趣的是物理量場(chǎng)的分布流體力學(xué)中更感興趣的是物理量場(chǎng)的分

7、布，因此需要采用因此需要采用控制體控制體的概念。的概念。從使用情況來(lái)看，閉胸式的使用比較廣泛。敞開(kāi)式盾構(gòu)之中有擠壓式盾構(gòu)、全部敞開(kāi)式盾構(gòu)，但在近些年的城市地下工程施工中已很少使用，在此不再說(shuō)明。第一節(jié)第一節(jié) 系統(tǒng)與控制體系統(tǒng)與控制體 二、控制體二、控制體二、控制體二、控制體對(duì)應(yīng)于歐拉描述對(duì)應(yīng)于歐拉描述控制體：控制體：控制體是指，在流體所在的空間中，控制體是指，在流體所在的空間中，以以假想或真實(shí)流體邊界包圍、固定不動(dòng)、假想或真實(shí)流體邊界包圍、固定不動(dòng)、形狀任意的空間體積形狀任意的空間體積?？刂企w以外的環(huán)境稱(chēng)為控制體以外的環(huán)境稱(chēng)為外界外界；控制體的邊界面稱(chēng)為控制體的邊界面稱(chēng)為控制面控制面。從使用情

8、況來(lái)看，閉胸式的使用比較廣泛。敞開(kāi)式盾構(gòu)之中有擠壓式盾構(gòu)、全部敞開(kāi)式盾構(gòu)，但在近些年的城市地下工程施工中已很少使用，在此不再說(shuō)明。第一節(jié)第一節(jié) 系統(tǒng)與控制體系統(tǒng)與控制體 二、控制體二、控制體控制體的特點(diǎn)：控制體的特點(diǎn)：控制體的形狀大小不變，并且相對(duì)于坐控制體的形狀大小不變，并且相對(duì)于坐標(biāo)系固定不動(dòng)標(biāo)系固定不動(dòng)(坐標(biāo)系可以運(yùn)動(dòng)坐標(biāo)系可以運(yùn)動(dòng))；控制體可通過(guò)控制面控制體可通過(guò)控制面與外界環(huán)境有質(zhì)量與外界環(huán)境有質(zhì)量交換交換(控制體內(nèi)的流體質(zhì)點(diǎn)的組成是可變控制體內(nèi)的流體質(zhì)點(diǎn)的組成是可變的的)、能量交換以及力的相互作用能量交換以及力的相互作用。從使用情況來(lái)看，閉胸式的使用比較廣泛。敞開(kāi)式盾構(gòu)之中有擠壓式

9、盾構(gòu)、全部敞開(kāi)式盾構(gòu)，但在近些年的城市地下工程施工中已很少使用，在此不再說(shuō)明。第二節(jié)第二節(jié) 雷諾輸運(yùn)定理雷諾輸運(yùn)定理 一、物理量的定義一、物理量的定義一、物理量的定義一、物理量的定義第二節(jié)第二節(jié) 雷諾輸運(yùn)定理雷諾輸運(yùn)定理 t 時(shí)刻時(shí)刻的流場(chǎng)中，的流場(chǎng)中，單位體積的流體所單位體積的流體所具有的物理量具有的物理量。t 時(shí)刻時(shí)刻，流體域，流體域上流體的總物理量上流體的總物理量。從使用情況來(lái)看，閉胸式的使用比較廣泛。敞開(kāi)式盾構(gòu)之中有擠壓式盾構(gòu)、全部敞開(kāi)式盾構(gòu)，但在近些年的城市地下工程施工中已很少使用，在此不再說(shuō)明。第二節(jié)第二節(jié) 雷諾輸運(yùn)定理雷諾輸運(yùn)定理 一、物理量的定義一、物理量的定義 t 時(shí)刻，流體

10、中取定的一體積時(shí)刻，流體中取定的一體積 t 時(shí)刻，體積時(shí)刻，體積(t)的周界面的周界面周界面周界面S(t)的外法線(xiàn)單位矢量的外法線(xiàn)單位矢量周界面周界面S(t)上的流體速度上的流體速度從使用情況來(lái)看，閉胸式的使用比較廣泛。敞開(kāi)式盾構(gòu)之中有擠壓式盾構(gòu)、全部敞開(kāi)式盾構(gòu)，但在近些年的城市地下工程施工中已很少使用，在此不再說(shuō)明。通過(guò)推導(dǎo)可得通過(guò)推導(dǎo)可得：第二節(jié)第二節(jié) 雷諾輸運(yùn)定理雷諾輸運(yùn)定理 二、雷諾輸運(yùn)定理二、雷諾輸運(yùn)定理二、雷諾輸運(yùn)定理二、雷諾輸運(yùn)定理某一時(shí)刻流體中某一時(shí)刻流體中取取定體積上系統(tǒng)總物定體積上系統(tǒng)總物理量的時(shí)間變化率理量的時(shí)間變化率某一時(shí)刻單位體某一時(shí)刻單位體積的流體所具有積的流體所具

11、有的物理量的物理量控制體控制體(空間域空間域)中物理量的時(shí)間中物理量的時(shí)間變化率變化率單位時(shí)間通過(guò)控制單位時(shí)間通過(guò)控制體體(空間域空間域)邊界凈邊界凈輸運(yùn)的流體物理量輸運(yùn)的流體物理量之和之和某一時(shí)刻流某一時(shí)刻流體中取定體體中取定體積上系統(tǒng)總積上系統(tǒng)總物理量物理量從使用情況來(lái)看，閉胸式的使用比較廣泛。敞開(kāi)式盾構(gòu)之中有擠壓式盾構(gòu)、全部敞開(kāi)式盾構(gòu)，但在近些年的城市地下工程施工中已很少使用，在此不再說(shuō)明。第二節(jié)第二節(jié) 雷諾輸運(yùn)定理雷諾輸運(yùn)定理 二、雷諾輸運(yùn)定理二、雷諾輸運(yùn)定理雷諾輸運(yùn)定理：雷諾輸運(yùn)定理：某某一一時(shí)時(shí)刻刻系系統(tǒng)統(tǒng)總總物物理理量量的的時(shí)時(shí)間間變變化化率率，等等于于該該時(shí)時(shí)刻刻流流體體所所在

12、在控控制制體體(空空間間域域)中中物物理理量量的的時(shí)時(shí)間間變變化化率率與與單單位位時(shí)時(shí)間間通通過(guò)過(guò)該該控控制制體體邊邊界界凈凈輸運(yùn)的流體物理量之和。輸運(yùn)的流體物理量之和。從使用情況來(lái)看，閉胸式的使用比較廣泛。敞開(kāi)式盾構(gòu)之中有擠壓式盾構(gòu)、全部敞開(kāi)式盾構(gòu)，但在近些年的城市地下工程施工中已很少使用，在此不再說(shuō)明。說(shuō)明：說(shuō)明：控制體運(yùn)動(dòng)時(shí)，應(yīng)用雷諾輸運(yùn)定理時(shí)，系統(tǒng)控制體運(yùn)動(dòng)時(shí)，應(yīng)用雷諾輸運(yùn)定理時(shí)，系統(tǒng)總物理量的時(shí)間變化率總物理量的時(shí)間變化率(方程左邊項(xiàng)方程左邊項(xiàng))需相對(duì)需相對(duì)于隨控制體一起運(yùn)動(dòng)的坐標(biāo)系進(jìn)行計(jì)算于隨控制體一起運(yùn)動(dòng)的坐標(biāo)系進(jìn)行計(jì)算。方程右邊第二項(xiàng)代表單位時(shí)間通過(guò)控制體表方程右邊第二項(xiàng)代表單

13、位時(shí)間通過(guò)控制體表面的流體凈輸運(yùn)物理量，式中的面的流體凈輸運(yùn)物理量，式中的速度應(yīng)為流速度應(yīng)為流體質(zhì)點(diǎn)相對(duì)于控制體表面的速度體質(zhì)點(diǎn)相對(duì)于控制體表面的速度。第二節(jié)第二節(jié) 雷諾輸運(yùn)定理雷諾輸運(yùn)定理 二、雷諾輸運(yùn)定理二、雷諾輸運(yùn)定理從使用情況來(lái)看，閉胸式的使用比較廣泛。敞開(kāi)式盾構(gòu)之中有擠壓式盾構(gòu)、全部敞開(kāi)式盾構(gòu)，但在近些年的城市地下工程施工中已很少使用，在此不再說(shuō)明。第三節(jié)第三節(jié) 基本方程組的一般論述基本方程組的一般論述 一、描述流體運(yùn)動(dòng)的基本定律一、描述流體運(yùn)動(dòng)的基本定律一、描述流體運(yùn)動(dòng)的基本定律一、描述流體運(yùn)動(dòng)的基本定律第三節(jié)第三節(jié) 基本方程組的一般論述基本方程組的一般論述 在流體力學(xué)里，在流體力

14、學(xué)里，流體運(yùn)動(dòng)必須遵循的定律：流體運(yùn)動(dòng)必須遵循的定律：質(zhì)量守恒定律質(zhì)量守恒定律動(dòng)量守恒定律動(dòng)量守恒定律動(dòng)量矩守恒定律動(dòng)量矩守恒定律能量守恒定律能量守恒定律(熱力學(xué)第一定律熱力學(xué)第一定律)熵不等式熵不等式(熱力學(xué)第二定律熱力學(xué)第二定律)力學(xué)定律力學(xué)定律熱力學(xué)定律熱力學(xué)定律制約流體制約流體運(yùn)動(dòng)的最運(yùn)動(dòng)的最基本的物基本的物理定律理定律從使用情況來(lái)看，閉胸式的使用比較廣泛。敞開(kāi)式盾構(gòu)之中有擠壓式盾構(gòu)、全部敞開(kāi)式盾構(gòu)，但在近些年的城市地下工程施工中已很少使用，在此不再說(shuō)明。第三節(jié)第三節(jié) 基本方程組的一般論述基本方程組的一般論述 一、描述流體運(yùn)動(dòng)的基本定律一、描述流體運(yùn)動(dòng)的基本定律補(bǔ)充方程：補(bǔ)充方程：狀態(tài)

15、方程狀態(tài)方程本構(gòu)方程本構(gòu)方程有關(guān)物性方面的方程有關(guān)物性方面的方程從使用情況來(lái)看，閉胸式的使用比較廣泛。敞開(kāi)式盾構(gòu)之中有擠壓式盾構(gòu)、全部敞開(kāi)式盾構(gòu)，但在近些年的城市地下工程施工中已很少使用，在此不再說(shuō)明。第三節(jié)第三節(jié) 基本方程組的一般論述基本方程組的一般論述 二、數(shù)學(xué)表達(dá)形式二、數(shù)學(xué)表達(dá)形式二、數(shù)學(xué)表達(dá)形式二、數(shù)學(xué)表達(dá)形式1.拉格朗日型基本方程與歐拉型基本方程拉格朗日型基本方程與歐拉型基本方程以拉格朗日變量為自變量以拉格朗日變量為自變量的流體力學(xué)的流體力學(xué)方程。方程。側(cè)重于研究流體質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)。側(cè)重于研究流體質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)。拉格朗日型基本方程：拉格朗日型基本方程：從使用情況來(lái)看，閉胸式的使用比較廣泛。敞開(kāi)

16、式盾構(gòu)之中有擠壓式盾構(gòu)、全部敞開(kāi)式盾構(gòu)，但在近些年的城市地下工程施工中已很少使用，在此不再說(shuō)明。第三節(jié)第三節(jié) 基本方程組的一般論述基本方程組的一般論述 二、數(shù)學(xué)表達(dá)形式二、數(shù)學(xué)表達(dá)形式以歐拉變量為自變量以歐拉變量為自變量的流體力學(xué)方程。的流體力學(xué)方程。側(cè)重于研究流體物理量的分布側(cè)重于研究流體物理量的分布(場(chǎng)分布場(chǎng)分布)。歐拉型基本方程：歐拉型基本方程：由于流體力學(xué)中大多數(shù)問(wèn)題是想獲得流由于流體力學(xué)中大多數(shù)問(wèn)題是想獲得流體物理量的場(chǎng)分布，因此常常采用歐拉體物理量的場(chǎng)分布，因此常常采用歐拉型基本方程。型基本方程。說(shuō)明：說(shuō)明：從使用情況來(lái)看，閉胸式的使用比較廣泛。敞開(kāi)式盾構(gòu)之中有擠壓式盾構(gòu)、全部敞開(kāi)式盾構(gòu)，但在近些年的城市地下工程施工中已很少使用，在此不再說(shuō)明。第三節(jié)第三節(jié) 基本方程組的一般論述基本方程組的一般論述 二、數(shù)學(xué)表達(dá)形式二、數(shù)學(xué)表達(dá)形式2.積分形式方程與微分形式方程積分形式方程與微分形式方程基本運(yùn)動(dòng)定律的數(shù)學(xué)表達(dá)式以積分的形式出基本運(yùn)動(dòng)定律的數(shù)學(xué)表達(dá)式以積分的形式出現(xiàn)現(xiàn)。在推導(dǎo)積分形式基本方程時(shí)，需在流體中取在推導(dǎo)積分形式基本方程時(shí)，需在流體中取一個(gè)一個(gè)有限體積有限體積，通過(guò)運(yùn)用