第一章 流体力学基础1-绪论

1,材料工程基础,西安建筑科技大学粉体工程研究所李辉,2,动量传递流体力学能量传递传热学质量传递传质学两个特殊的工艺过程：干燥、燃料的燃烧,EXIT,材料工程基础,“三传一反”,多相传递现象,3,第一章流体力学基础,4,1.1流体力学概述,EXIT,流体和流体力学的概念流体力学的研究内容流体力学的研究意义流体力学的研究方法,5,流体和流体力学的概念,Whatisafluid?,流体,无一定形状、易于变形、有流动性,固体,非流体,Afluidisasubstancethatdeformscontinuouslywhensubjectedtoashearstress,nomatterhowsmallthatshearstressmaybe.VictorL.StreeterFluidMechanics,流体在静止状态时不存在剪切应力！,流体是一种在受到不管多小的剪切应力都可产生连续变形的物质。,6,流体和流体力学的概念,FluidMechanicsisthestudyoffluideitherinmotion(FluidDynamics流体动力学)oratrest(FluidStatics流体静力学)andsubsequenteffectsofthefluidupontheboundaries,whichmaybeeithersolidsurfacesorinterfaceswithotherfluids.流体力学研究运动或静止状态的流体及流体对边界的后续作用。这个边界可以是固体表面，也可以是流体与其它流体间的界面。,7,流体力学的研究内容,流体静力学(fluidstatics)静止状态下流体的力学分析；流体运动学(kinematics)在不考虑受力和能量传递的前提下对流体运动的描述（加速度、速度场、流线）；流体动力学(fluiddynamics)研究运动流体的速度和加速度与其受力之间的关系。电磁流体力学、化学流体力学、爆炸力学、生物流体力学、地球流体力学,8,流体力学的研究意义,9,高尔夫球运动起源于15世纪的苏格兰。,EXIT,10,起初，人们认为表面光滑的球飞行阻力小，因此当时用皮革制球。,最早的高尔夫球（皮革已龟裂）,EXIT,11,后来发现表面有很多划痕的旧球反而飞得更远。,这个谜直到20世纪建立流体力学边界层理论后才解开。,光滑的球,表面有凹坑的球,EXIT,12,现在的高尔夫球表面有许多窝，在同样大小和重量下，飞行距离为光滑球的5倍。,EXIT,13,汽车阻力汽车发明于19世纪末。,EXIT,14,早期的汽车后部是陡峭的，称为箱型车，阻力系数CD很大，约0.8。,EXIT,15,90年代以后，科研人员研制开发了气动性能更优良的未来型汽车，阻力系数仅为0.137。,EXIT,16,经过近80年的研究和改进，汽车阻力系数从0.8降至0.137，减少到原来的1/5。,EXIT,17,地球表面水和空气的运动是气象、水文、水利、环保、农业、航空、航海、渔业、国防等部门研究的对象。,EXIT,18,掌握流体力学的知识已成为设计出阻力小、稳定性高的最佳物体外形的前提。,EXIT,19,航空、航天、造船、机械、动力、冶金、化工、石油、建材等工业设备中的工作介质都是流体，优化工艺流程，提高效率，需要流体力学知识。,EXIT,20,流体力学的研究方法,流体力学研究方法分三个方面，它们相互配合，互为补充。,21,理论分析过程一般是：建立力学模型，用物理学基本定律推导流体力学控制方程，用数学方法求解方程，检验和解释求解结果。,建立模型,推导方程,求解方程,解释结果,EXIT,22,实验方法在相似理论指导下，建立模拟实验装置，用流体测量技术测量流动参数，处理分析数据可获得反映流动规律的特定关系，发现新现象，检验理论结果。,相似理论,模型试验,测量,数据分析,EXIT,23,风洞实验：上海虹口足球场风载模拟实验,EXIT,（同济大学）,24,水池实验：船模拖曳实验,EXIT,25,水泥工业预热预分解系统阻力损失试验：高固气比悬浮预热预分解系统,EXIT,（粉体工程研究所）,26,数值分析方法随着技算机技术的突飞猛进，过去无法求解的流体力学偏微分方程可以用计算机数值方法求解。,计算流体力学,有限差分法,有限元法,边界元法,谱分析等,EXIT,27,如飞行器、汽车、河道、桥梁、涡轮机流场计算；湍流、流动稳定性、非线性流动中的数值模拟；大型工程计算软件是研究工程流动问题的有力武器。,EXIT,计算网格,28,预热器内动压分布图,预热器内切向速度分布图,水泥工业预热预分解系统预热器内气体流场数值计算结果,（粉体工程研究所）,29,三种研究方法互相补充，取长补短。,理论研究方法,指导试验和数值计算，推广应用试验结果,试验研究方法,验证理论研究和数值计算结果的正确性、可靠性，提供建立运