流体力学 第1讲 绪论

1、1流体力学流体力学第第1 1章章 绪论绪论3l高尔夫球高尔夫球飞得远应表面光滑还是粗糙吗？飞得远应表面光滑还是粗糙吗？l汽车阻力汽车阻力来至前部还是尾部吗？来至前部还是尾部吗？l机翼升力机翼升力来至下部还是上部吗？来至下部还是上部吗？l同一容器同高同径孔口和管嘴泄流谁的同一容器同高同径孔口和管嘴泄流谁的流速流速大、谁的大、谁的流流量量大吗？大吗？l4l流体力学是工科专业的一门重要的流体力学是工科专业的一门重要的专业基础专业基础课课，它为学好专业课和今后从事专业技术工作以，它为学好专业课和今后从事专业技术工作以及科学研究工作打下必要的流体力学基础。及科学研究工作打下必要的流体力学基础。5l高尔夫

2、球表面为什么有很多小凹坑？高尔夫球表面为什么有很多小凹坑？n最早的高尔夫球最早的高尔夫球n现在的高尔夫球现在的高尔夫球6l高尔夫球表面为什么有很多小凹坑？高尔夫球表面为什么有很多小凹坑？n高尔夫球表面之所以设计有许多小凹坑，其目的是让高尔夫球表面之所以设计有许多小凹坑，其目的是让高尔夫球飞得更远。高尔夫球飞得更远。n高尔夫球表面的小凹坑可以减少空气的阻力，增加球高尔夫球表面的小凹坑可以减少空气的阻力，增加球的升力。的升力。n通常说来，尾流范围越小，球体后方的压力就越大，通常说来，尾流范围越小，球体后方的压力就越大，空气对球的阻力就越小。（赛车）空气对球的阻力就越小。（赛车）n高尔夫球的自旋大约

3、提供了一半的升力，另外一半则高尔夫球的自旋大约提供了一半的升力，另外一半则是来自小凹坑是来自小凹坑 。7l汽车阻力来自前部还是后部？汽车阻力来自前部还是后部？n汽车发明于汽车发明于1919世纪末，当时人们认为汽车的阻力主要来自前部对世纪末，当时人们认为汽车的阻力主要来自前部对空气的撞击，因此早期的汽车后部是陡峭的，称为箱型车，阻力空气的撞击，因此早期的汽车后部是陡峭的，称为箱型车，阻力系数系数C CD D很大，约为很大，约为0.80.8。8l汽车阻力来自前部还是后部？汽车阻力来自前部还是后部？n实际上汽车阻力主要来自后部形成的尾流，称为形状阻力。实际上汽车阻力主要来自后部形成的尾流，称为形状阻

4、力。9l汽车阻力来自前部还是后部？汽车阻力来自前部还是后部？n2020世纪世纪3030年代起，人们开始运用流体力学原理改进汽车尾部形状，年代起，人们开始运用流体力学原理改进汽车尾部形状，出现甲壳虫型，阻力系数降至出现甲壳虫型，阻力系数降至0.60.6。10l汽车阻力来自前部还是后部？汽车阻力来自前部还是后部？n2020世纪世纪50506060年代改进为船型，阻力系数为年代改进为船型，阻力系数为0.450.45。11l汽车阻力来自前部还是后部？汽车阻力来自前部还是后部？n8080年代经过风洞实验系统研究后，又改进为鱼型，阻力系数为年代经过风洞实验系统研究后，又改进为鱼型，阻力系数为0.30.3。

5、12l汽车阻力来自前部还是后部？汽车阻力来自前部还是后部？n以后进一步改进为楔型，阻力系数为以后进一步改进为楔型，阻力系数为0.20.2。13l汽车阻力来自前部还是后部？汽车阻力来自前部还是后部？n9090年代后，科研人员研制开发的未来型汽车，阻力系数仅为年代后，科研人员研制开发的未来型汽车，阻力系数仅为0.1370.137。14l汽车阻力来自前部还是后部？汽车阻力来自前部还是后部？n经过近经过近8080年的研究改进，汽车阻力系数从年的研究改进，汽车阻力系数从0.80.8降至降至0.1370.137，阻力减小为原来的，阻力减小为原来的1/5 1/5 。n目前，在汽车外形设计中流体力学性能研究已

6、占主导目前，在汽车外形设计中流体力学性能研究已占主导地位，合理的外形使汽车具有更好的动力学性能和更地位，合理的外形使汽车具有更好的动力学性能和更低的耗油率。低的耗油率。15l机翼升力来至下部还是上部？机翼升力来至下部还是上部？l旋转的球带动空气形成环流，一侧气体加速，另旋转的球带动空气形成环流，一侧气体加速，另一侧减速，形成压差力，使足球拐弯，称为马格一侧减速，形成压差力，使足球拐弯，称为马格努斯效应努斯效应。机翼的特殊形状使它不用旋转就能产机翼的特殊形状使它不用旋转就能产生环量，上部流速加快形成吸力，下部流速减慢生环量，上部流速加快形成吸力，下部流速减慢形成压力，两者合成形成升力形成压力，两

7、者合成形成升力。测量和计算表明，测量和计算表明，上部吸力的贡献远比下部要大。上部吸力的贡献远比下部要大。1617 流体力学发展简史流体力学发展简史18l 流体力学在中国流体力学在中国n大禹治水大禹治水u40004000多年前的大禹治水，说明我国多年前的大禹治水，说明我国古代古代已有大规模的治河工程。已有大规模的治河工程。n ( (公元前公元前256-210256-210年年) )u秦代，在公元前秦代，在公元前256-256-前前210210年间便修建了都江堰、郑国渠、灵渠三大年间便修建了都江堰、郑国渠、灵渠三大水利工程，说明当时对水利工程，说明当时对明槽水流和堰流流动明槽水流和堰流流动规律的认

8、识已经达到相当规律的认识已经达到相当水平。水平。n龙首渠（公元前龙首渠（公元前156-156-前前8787）u西汉武帝时期，为引洛水灌溉农田，在黄土高原上修建了龙首渠，创西汉武帝时期，为引洛水灌溉农田，在黄土高原上修建了龙首渠，创造性地采用了造性地采用了井渠法井渠法，即用竖井沟通长十余里的穿山隧洞，有效地防，即用竖井沟通长十余里的穿山隧洞，有效地防止了黄土的塌方。止了黄土的塌方。19l 流体力学在中国流体力学在中国n水利风力机械水利风力机械在古代，在古代，以水为动力的简单机械以水为动力的简单机械也有也有了长足的发展，例如用水轮提水，或了长足的发展，例如用水轮提水，或通过简单的机械传动去碾米、磨

9、面等。通过简单的机械传动去碾米、磨面等。东汉杜诗任南阳太守时（公元东汉杜诗任南阳太守时（公元3737年）年）曾创造水排（水力鼓风机），利用水曾创造水排（水力鼓风机），利用水力，通过传动机械，使皮制鼓风囊连力，通过传动机械，使皮制鼓风囊连续开合，将空气送入冶金炉，较西欧续开合，将空气送入冶金炉，较西欧约早了一千一百年。约早了一千一百年。20l 流体力学在中国流体力学在中国n真州复闸真州复闸u北宋（北宋（960 - 1126960 - 1126）时期，在运河上修建的真州）时期，在运河上修建的真州复闸复闸与十四世纪末荷与十四世纪末荷兰的同类船闸相比，约早三百多年。兰的同类船闸相比，约早三百多年。 复

10、闸的设计是在河道上大落差的地段修建两道闸门，用以复闸的设计是在河道上大落差的地段修建两道闸门，用以节制水流。当船上行时，关闭下游闸门，上游的河水进入闸节制水流。当船上行时，关闭下游闸门，上游的河水进入闸门区抬高水位，船也随之浮起，升到与上游水面齐平，可以门区抬高水位，船也随之浮起，升到与上游水面齐平，可以平稳进入上游。当船下行时，关闭上游闸门，开启下游闸门，平稳进入上游。当船下行时，关闭上游闸门，开启下游闸门，水位平缓下降，船也随之落下。由于复闸在改善航运条件方水位平缓下降，船也随之落下。由于复闸在改善航运条件方面发挥了巨大的作用，现代内河航运中仍在使用，如长江葛面发挥了巨大的作用，现代内河航

11、运中仍在使用，如长江葛洲坝船闸就是一座现代化复闸。洲坝船闸就是一座现代化复闸。21l 流体力学在中国流体力学在中国n潘季顺潘季顺u明朝的水利家潘季顺（明朝的水利家潘季顺（1521 - 15951521 - 1595）提出了）提出了“筑堤防溢，建坝减水，筑堤防溢，建坝减水，以堤束水，以水攻沙以堤束水，以水攻沙”和和“借清刷黄借清刷黄”的治黄原则，并著有两河管的治黄原则，并著有两河管见、两河经略和河防一揽。见、两河经略和河防一揽。n流量流量u清朝雍正年间，何梦瑶在算迪一书中提出清朝雍正年间，何梦瑶在算迪一书中提出流量等于过水断面面积流量等于过水断面面积乘以断面平均流速的计算方法乘以断面平均流速的计

12、算方法。22钱学森钱学森浙江省杭州市人，浙江省杭州市人， 他在火箭、导弹、航天器的总体、他在火箭、导弹、航天器的总体、动力、制导、气动力、结构、材料、计算机、质量控动力、制导、气动力、结构、材料、计算机、质量控制和科技管理等领域的丰富知识，为中国制和科技管理等领域的丰富知识，为中国火箭导弹和火箭导弹和航天事业航天事业的创建与发展作出了杰出的贡献。的创建与发展作出了杰出的贡献。19571957年获中国科学院自然科学一等奖年获中国科学院自然科学一等奖19791979年获美国加州理工学院杰出校友奖年获美国加州理工学院杰出校友奖19851985年获国家科技进步奖特等奖年获国家科技进步奖特等奖19891

13、989年获小罗克维尔奖章和世界级科学与工程名人称号年获小罗克维尔奖章和世界级科学与工程名人称号19911991年被国务院、中央军委授予年被国务院、中央军委授予“国家杰出贡献科学家国家杰出贡献科学家”荣誉称号和一级荣誉称号和一级英模奖章英模奖章23周培源（周培源（1902190219931993） 1902年8月28日出生，江苏宜兴人。理论学家、流体力学家，主要从事物理学的基础理论中难度最大的两个方面（即爱因斯坦广义相对论和流体力学中的湍流理论）的研究与教学，并取得出色成果。24流体力学在中国吴仲华在1952年发表的在轴流式、 径流式和混流式亚声速和超声速叶轮机械中的三元流普遍理论和在1975年

14、发表的使用非正交曲线坐标的叶轮机械三元流动的基本方程及其解法两篇论文中所建立的叶轮机械三元流理论，至今仍是国内外许多优良叶轮机械设计计算的主要依据。25l流体力学的西方史流体力学的西方史n阿基米德（阿基米德（ArchimedesArchimedes，公元前，公元前287-212287-212）u古希腊数学家、力学家，静力学和流体古希腊数学家、力学家，静力学和流体静力学的奠基人静力学的奠基人u论浮体论浮体u历史上有记载的最早从事流体力学现象历史上有记载的最早从事流体力学现象研究研究26l流体力学的西方史流体力学的西方史n列奥纳德列奥纳德. .达达. .芬奇芬奇 （Leonardo.da.Vinc

15、i,1452-1519Leonardo.da.Vinci,1452-1519）u著名物理学家和艺术家著名物理学家和艺术家 设计建造了一小设计建造了一小型水渠，系统地研究了物体的型水渠，系统地研究了物体的沉浮、孔口沉浮、孔口出流、物体的运动阻力以及管道、明渠中出流、物体的运动阻力以及管道、明渠中水流水流等问题。等问题。27l流体力学的西方史流体力学的西方史n伽利略（伽利略（Galileo,1564-1642Galileo,1564-1642）u在流体静力学中应用了虚位移原理，在流体静力学中应用了虚位移原理，并首先提出，运动物体的阻力随着流并首先提出，运动物体的阻力随着流体介质密度的增大和速度的提

16、高而增体介质密度的增大和速度的提高而增大。大。28l流体力学的西方史流体力学的西方史n帕斯卡（帕斯卡（B.Pascal,1623-1662B.Pascal,1623-1662）提出了密闭流体能传递压强的原理提出了密闭流体能传递压强的原理-帕帕斯卡原理斯卡原理。29l流体力学的西方史流体力学的西方史n牛顿（牛顿（1642-17271642-1727）u英国英国伟大的数学家、物理学家、天伟大的数学家、物理学家、天文学家和自然哲学家文学家和自然哲学家。u流体粘性流体粘性u牛顿内摩擦定律牛顿内摩擦定律30l流体力学的西方史流体力学的西方史n伯努利（伯努利（D.BernoulliD.Bernoulli，

17、1700170017821782）u瑞士科学家，曾在俄国彼得堡科学瑞士科学家，曾在俄国彼得堡科学院任教。院任教。u在流体力学、气体动力学、微分方在流体力学、气体动力学、微分方程和概率论等方面都有重大贡献，程和概率论等方面都有重大贡献，是理论流体力学的创始人。是理论流体力学的创始人。u伯努利方程伯努利方程31l流体力学的西方史流体力学的西方史n欧拉（欧拉（L.EulerL.Euler，1707170717831783）u瑞士数学家、力学家、天文学家、物理学瑞士数学家、力学家、天文学家、物理学家，变分法的奠基人，复变函数论的先驱家，变分法的奠基人，复变函数论的先驱者，理论流体力学的创始人。者，理论

18、流体力学的创始人。u连续介质模型连续介质模型u理想流体平衡微分方程理想流体平衡微分方程u理想流体运动微分方程理想流体运动微分方程32l流体力学的西方史流体力学的西方史n拉格朗日（拉格朗日（J.-L.Lagrange,1736J.-L.Lagrange,173618131813）u提出了新的流体动力学微分方程，使流体提出了新的流体动力学微分方程，使流体动力学的解析方法有了进一步发展。动力学的解析方法有了进一步发展。u严格地论证了严格地论证了速度势速度势的存在，并提出了的存在，并提出了流流函数函数的概念，为应用复变函数去解析流体的概念，为应用复变函数去解析流体定常的和非定常的平面无旋运动开辟了道定

19、常的和非定常的平面无旋运动开辟了道路。路。33l流体力学的西方史流体力学的西方史n纳维（纳维（C.L.M.H.NavierC.L.M.H.Navier，1785-18361785-1836） 斯托克斯（斯托克斯（G.G.Stokes,1819-1903G.G.Stokes,1819-1903）u纳维纳维首先提出了不可压缩粘性流体的运动首先提出了不可压缩粘性流体的运动微分方程组。微分方程组。斯托克斯斯托克斯严格地导出了这些严格地导出了这些方程，并把流体质点的运动分解为平动、方程，并把流体质点的运动分解为平动、转动、均匀膨胀或压缩及由剪切所引起的转动、均匀膨胀或压缩及由剪切所引起的变形运动。后来引

20、用时，便统称该方程为变形运动。后来引用时，便统称该方程为纳维纳维- -斯托克斯方程斯托克斯方程。34l流体力学的西方史流体力学的西方史n雷诺（雷诺（O.ReynoldsO.Reynolds，1842-19121842-1912）u英国力学家、物理学家和工程师，杰英国力学家、物理学家和工程师，杰出的实验科学家。出的实验科学家。u层流与紊流层流与紊流雷诺数雷诺数u雷诺应力雷诺应力35l流体力学的西方史流体力学的西方史n卡门卡门(T.von K(T.von K rmrm n n，1881-1963)1881-1963)u美国著名空气动力学家美国著名空气动力学家u卡门涡街卡门涡街u解释机翼张线的解释机

21、翼张线的 线鸣线鸣 、水下螺旋桨、水下螺旋桨的的 嗡鸣嗡鸣 36l流体力学的西方史流体力学的西方史n普朗特（普朗特（L.PrandtlL.Prandtl，1875187519531953）u德国力学家，现代流体力学的创始人德国力学家，现代流体力学的创始人之一。之一。u边界层理论、风洞实验技术、机翼理边界层理论、风洞实验技术、机翼理论、紊流理论等方面都作出了重要的论、紊流理论等方面都作出了重要的贡献，被称作空气动力学之父。贡献，被称作空气动力学之父。37l流体力学的西方史流体力学的西方史n谢才（谢才（A.de ChA.de Ch zyzy法国）法国）u在在17551755年便总结出明渠均匀流公式

22、年便总结出明渠均匀流公式-谢才公式，一直沿用至今。谢才公式，一直沿用至今。38l流体力学的西方史流体力学的西方史n瑞利（瑞利（L.J.W.ReyleighL.J.W.Reyleigh，1842 - 19191842 - 1919）u在相似原理的基础上，提出了实验研在相似原理的基础上，提出了实验研究的量纲分析法中的一种方法究的量纲分析法中的一种方法-瑞利瑞利法法。39l流体力学的西方史流体力学的西方史n儒科夫斯基（儒科夫斯基（.,1847-1921.,1847-1921）u二维升力理论、螺旋桨的涡流理论以二维升力理论、螺旋桨的涡流理论以及低速翼型和螺旋桨桨叶剖面等。及低速翼型和螺旋桨桨叶剖面等。

23、u对空气动力学的理论和实验研究都有对空气动力学的理论和实验研究都有重要贡献，为近代高效能飞机设计奠重要贡献，为近代高效能飞机设计奠定了基础。定了基础。40l流体力学的西方史流体力学的西方史n弗劳德（弗劳德（W.FroudeW.Froude，1810-18791810-1879）u对船舶阻力和摇摆的研究颇有对船舶阻力和摇摆的研究颇有贡献，他提出了船模试验的相贡献，他提出了船模试验的相似准则数似准则数弗劳德数弗劳德数，建立，建立了现代船模试验技术的基础。了现代船模试验技术的基础。41l流体力学的西方史流体力学的西方史n亥姆霍兹（亥姆霍兹（H.von Helmholtz,1821-1894H.von

24、 Helmholtz,1821-1894） 基尔霍夫（基尔霍夫（G.R.Kirchhoff,1824-1887G.R.Kirchhoff,1824-1887）u对对旋涡运动和分离流动旋涡运动和分离流动进行了进行了大量的理论分析和实验研究，大量的理论分析和实验研究，提出了表征旋涡基本性质的旋提出了表征旋涡基本性质的旋涡定理、带射流的物体绕流阻涡定理、带射流的物体绕流阻力等学术成就。力等学术成就。42l流体力学的西方史流体力学的西方史n斯蒂文（斯蒂文（S.Stevin,1548 - 1620S.Stevin,1548 - 1620）u将用于研究固体平衡的将用于研究固体平衡的凝结原理转用到流体凝结原

25、理转用到流体上。上。n达朗伯（达朗伯（J.le R.dJ.le R.dAlembert,1717Alembert,171717831783）n17441744年提出了年提出了达朗伯疑题达朗伯疑题（又称达朗伯佯谬），即在理想流体中运动的（又称达朗伯佯谬），即在理想流体中运动的物体既没有升力也没有阻力。从反面说明了理想流体假定的局限性。物体既没有升力也没有阻力。从反面说明了理想流体假定的局限性。n库塔（库塔（M.W.KuttaM.W.Kutta，1867 - 19441867 - 1944）u19021902年就曾提出过绕流物体上的年就曾提出过绕流物体上的升力理论升力理论，但没有在通行的刊物上发表

26、。，但没有在通行的刊物上发表。43l流体力学的西方史流体力学的西方史n布拉休斯（布拉休斯（H.BlasiusH.Blasius）u在在19131913年发表的论文中，提出了计算年发表的论文中，提出了计算紊流光滑管阻力系数紊流光滑管阻力系数的经验公的经验公式。式。n伯金汉（伯金汉（E.BuckinghamE.Buckingham）u在在19141914年发表的在物理的相似系统中量纲方程应用的说明论文年发表的在物理的相似系统中量纲方程应用的说明论文中，提出了著名的中，提出了著名的定理，进一步完善了量纲分析法。定理，进一步完善了量纲分析法。44l流体力学的西方史流体力学的西方史n尼古拉兹（尼古拉兹（

27、J.NikuradzeJ.Nikuradze）u在在19331933年发表的论文中，公布了他对砂粒粗糙管内水流阻力系数的年发表的论文中，公布了他对砂粒粗糙管内水流阻力系数的实测结果实测结果-尼古拉兹曲线尼古拉兹曲线，据此他还给紊流光滑管和紊流粗糙管的，据此他还给紊流光滑管和紊流粗糙管的理论公式选定了应有的系数。理论公式选定了应有的系数。45l流体力学的西方史流体力学的西方史n科勒布茹克（科勒布茹克（C.F.ColebrookC.F.Colebrook）u在在19391939年发表的论文中，提出了把紊流光滑管区和紊流粗糙管区联年发表的论文中，提出了把紊流光滑管区和紊流粗糙管区联系在一起的系在一起

28、的过渡区阻力系数计算公式过渡区阻力系数计算公式。n莫迪（莫迪（L.F.MoodyL.F.Moody）u在在19441944年发表的论文中，给出了他绘制的实用管道的当量糙粒阻力年发表的论文中，给出了他绘制的实用管道的当量糙粒阻力系数图系数图-莫迪图。至此，有压管流的水力计算已渐趋成熟。莫迪图。至此，有压管流的水力计算已渐趋成熟。46l 流体力学已派生出很多新的分支流体力学已派生出很多新的分支n电磁流体力学电磁流体力学n生物流体力学生物流体力学n化学流体力学化学流体力学n地球流体力学地球流体力学n高温气体动力学高温气体动力学n非牛顿流体力学非牛顿流体力学n爆炸力学爆炸力学n流变学流变学n计算流体力

29、学计算流体力学471.2 1.2 流体力学的研究内容、流体力学的研究内容、研究方法和应用研究方法和应用48l流体力学是研究流体力学是研究流体平衡和宏观运动规律流体平衡和宏观运动规律的科学的科学n研究流体平衡的条件及其压强分布规律研究流体平衡的条件及其压强分布规律n研究流体运动的基本规律研究流体运动的基本规律n研究流体绕流某物体或流过某流道时速度分布、压强研究流体绕流某物体或流过某流道时速度分布、压强分布、能量损失分布、能量损失n研究流体与固体间的相互作用研究流体与固体间的相互作用49l流体力学的研究方法流体力学的研究方法n现场观测现场观测n理论分析方法理论分析方法n实验研究方法实验研究方法n数

30、值计算方法数值计算方法50l流体力学的研究方法流体力学的研究方法理论分析方法理论分析方法n建立理论模型建立理论模型流体力学模型；流体力学模型；n对模型建立描写流体运动规律的封闭方程组以及与之相应的边界对模型建立描写流体运动规律的封闭方程组以及与之相应的边界条件和初始条件；条件和初始条件；n求解方程组；求解方程组；n将结果与实际流动相比较，以确定解的精确度。将结果与实际流动相比较，以确定解的精确度。51l流体力学的研究方法流体力学的研究方法理论分析方法理论分析方法n推导严紧，答案精确；推导严紧，答案精确；n只局限于比较简单的理论模型；（层流、紊流）只局限于比较简单的理论模型；（层流、紊流）n忽略

31、流动的次要影响因素，需要用实验的方法对结果进行修正；忽略流动的次要影响因素，需要用实验的方法对结果进行修正；n不能解决复杂的流体力学问题不能解决复杂的流体力学问题。52l流体力学的研究方法流体力学的研究方法实验研究方法实验研究方法n根据相似原理建立实验模型；根据相似原理建立实验模型；n通过实验测定有关相似准则中的物理量；通过实验测定有关相似准则中的物理量；n将实验数据整理成相似准则数，并通过对实验数据的拟合找出准将实验数据整理成相似准则数，并通过对实验数据的拟合找出准则方程式。则方程式。53l流体力学的研究方法流体力学的研究方法实验研究方法实验研究方法n该方法更加接近实际，只要实验模型设计合理

32、，测量无误，准则该方法更加接近实际，只要实验模型设计合理，测量无误，准则方程的拟合精度高，实验结果是可靠的；方程的拟合精度高，实验结果是可靠的；n设计模型时只能使主要相似准则数相等，实验结果只是近似的；设计模型时只能使主要相似准则数相等，实验结果只是近似的；n有些流体力学问题，无法在实验室内进行研究。有些流体力学问题，无法在实验室内进行研究。54l流体力学的研究方法流体力学的研究方法数值计算方法数值计算方法n建立数学模型；建立数学模型；n合理选用计算方法；合理选用计算方法；n编制计算程序；编制计算程序；n上机计算，分析结果，以确定是否满足要求。上机计算，分析结果，以确定是否满足要求。55l流体

33、力学的研究方法流体力学的研究方法数值计算方法数值计算方法n能解决许多用数学方法难以求解的问题，从一定意义上讲，这种方能解决许多用数学方法难以求解的问题，从一定意义上讲，这种方法是理论分析方法的延伸和拓宽；法是理论分析方法的延伸和拓宽；n在计算机上用数值计算的方法可以很好地模拟流体力学实验，节省在计算机上用数值计算的方法可以很好地模拟流体力学实验，节省研究时间和经费；研究时间和经费；n数学模型的建立必须以理论分析和实验研究为基础，而且往往难以数学模型的建立必须以理论分析和实验研究为基础，而且往往难以包括实际流动的所有物理特性。包括实际流动的所有物理特性。56l流体力学的研究方法流体力学的研究方法

34、n理论分析、实验研究和数值计算这三种方法各有利弊，理论分析、实验研究和数值计算这三种方法各有利弊，相辅相成相辅相成u理论指导实验研究和数值计算；理论指导实验研究和数值计算；u实验用来检验理论分析和数值计算结果的正确性；实验用来检验理论分析和数值计算结果的正确性；u数值计算可以弥补理论分析和实验研究的不足，对复杂的流数值计算可以弥补理论分析和实验研究的不足，对复杂的流体力学问题进行既快又省的计算分析。体力学问题进行既快又省的计算分析。57l流体力学在许多工业技术中有着广泛的应用流体力学在许多工业技术中有着广泛的应用n采矿工业采矿工业n化学工业化学工业n石油工业石油工业n土木建筑工程土木建筑工程n

35、人体循环人体循环n水利工程水利工程n造船工业造船工业n电力工业电力工业n机械工业机械工业n冶金工业冶金工业58l流体力学在工程中的应用流体力学在工程中的应用n由于空气动力学的发展，人类研制出由于空气动力学的发展，人类研制出3 3倍声速的战斗机。倍声速的战斗机。幻影幻影20002000F-15F-1559l流体力学在工程中的应用流体力学在工程中的应用n使重量超过使重量超过3 3百吨，面积达半个足球场的大型民航客机，靠空气的百吨，面积达半个足球场的大型民航客机，靠空气的支托象鸟一样飞行成为可能，创造了人类技术史上的奇迹。支托象鸟一样飞行成为可能，创造了人类技术史上的奇迹。60流体力学在工程中的应用

36、流体力学在工程中的应用利用超高速气体动力学，物理化学流体力学和稀薄气体力学的研究成果，人类制造出航天飞机，建立太空站，实现了人类登月的梦想。61l流体力学在工程中的应用流体力学在工程中的应用n单价超过单价超过1010亿美元，能抵御大风浪的海上采油平台亿美元，能抵御大风浪的海上采油平台62l流体力学在工程中的应用流体力学在工程中的应用n排水量达排水量达5050万吨以上的超大型运输船万吨以上的超大型运输船63l流体力学在工程中的应用流体力学在工程中的应用n航速达航速达3030节，深潜达数百米的核动力潜艇节，深潜达数百米的核动力潜艇64l流体力学在工程中的应用流体力学在工程中的应用n时速达时速达20

37、0200公里的新型地效艇等，它们的设计都建立在水动力学，公里的新型地效艇等，它们的设计都建立在水动力学，船舶流体力学的基础之上。船舶流体力学的基础之上。65l流体力学在工程中的应用流体力学在工程中的应用n大型水利枢纽工程，超高层建筑，大跨度桥梁等的设计和建造离大型水利枢纽工程，超高层建筑，大跨度桥梁等的设计和建造离不开水力学和风工程。（不同城市高层建筑的不同）不开水力学和风工程。（不同城市高层建筑的不同）66l流体力学在工程中的应用流体力学在工程中的应用n大型水利枢纽工程，超高层建筑，大跨度桥梁等的设计和建造离大型水利枢纽工程，超高层建筑，大跨度桥梁等的设计和建造离不开水力学和风工程。不开水力

38、学和风工程。67l流体力学在工程中的应用流体力学在工程中的应用n大型水利枢纽工程，超高层建筑，大跨度桥梁等的设计和建造离大型水利枢纽工程，超高层建筑，大跨度桥梁等的设计和建造离不开水力学和风工程。不开水力学和风工程。68l流体力学在工程中的应用流体力学在工程中的应用n2121世纪人类面临许多重大问题的解决，需要流体力学的进一步发世纪人类面临许多重大问题的解决，需要流体力学的进一步发展，它们涉及人类的生存和生活质量的提高。展，它们涉及人类的生存和生活质量的提高。全球气象预报全球气象预报（卫星云图）（卫星云图）69l流体力学在工程中的应用流体力学在工程中的应用n环境与生态控制环境与生态控制70l流

39、体力学在工程中的应用流体力学在工程中的应用n灾害预报与控制灾害预报与控制龙卷风龙卷风太平洋暴云太平洋暴云71l流体力学在工程中的应用流体力学在工程中的应用n火山与地震预报火山与地震预报72l流体力学在工程中的应用流体力学在工程中的应用n发展更快更安全更舒适的交通工具发展更快更安全更舒适的交通工具73l流体力学在工程中的应用流体力学在工程中的应用n各种工业装置的优化设计，降低能耗，减少污染等等。各种工业装置的优化设计，降低能耗，减少污染等等。74l流体力学在工程中的应用流体力学在工程中的应用流体力学需要与其他学科交叉，如工程学，地学，天文学，物理学，材料科学，生命科学等，在学科交叉中开拓新领域，

40、建立新理论，创造新方法。星云星云75l流体力学在工程中的应用流体力学在工程中的应用n流体力学需要与其他学科交叉，如工程学，地学，天文学，物理学，材料科学，流体力学需要与其他学科交叉，如工程学，地学，天文学，物理学，材料科学，生命科学等，在学科交叉中开拓新领域，建立新理论，创造新方法。生命科学等，在学科交叉中开拓新领域，建立新理论，创造新方法。毛细血管流动毛细血管流动76l流体力学在工程中的应用流体力学在工程中的应用n生物仿生学生物仿生学 77l流体力学在工程中的应用流体力学在工程中的应用n流体力学需要与其他学科交叉，如工程学，地学，天文学，物理学，材料科学，流体力学需要与其他学科交叉，如工程学

41、，地学，天文学，物理学，材料科学，生命科学等，在学科交叉中开拓新领域，建立新理论，创造新方法。生命科学等，在学科交叉中开拓新领域，建立新理论，创造新方法。工程学工程学材料学材料学气象学气象学交通土建工程交通土建工程市政、建筑工程市政、建筑工程环境、消防工程环境、消防工程机械工程机械工程发动机四冲程发动机四冲程水利水电工程水利水电工程管道输运工程管道输运工程l学科研究对象学科研究对象固体（如土建结构固体（如土建结构固体力学）固体力学） 具有固定的形状具有固定的形状，可承受拉、压、，可承受拉、压、弯、剪、扭弯、剪、扭自然界的物质自然界的物质流体（如液体、气流体（如液体、气体体流体力学）流体力学）易

42、流动，随容器而易流动，随容器而方圆，主要承受压方圆，主要承受压力力气气 体体 容易压缩容易压缩 不能形成自不能形成自由表面由表面液液 体体 难以压缩难以压缩 可以形成自可以形成自由表面由表面流流 体体流流 体体861.3 流体的定义和连续介质的概念l流体质点（假设概念）：使流体具有宏观物理特性所允许的最小体积，视为宏观流体的最小单元.l特点：微观上充分大，宏观上充分小；具有一定的宏观物理量（密度、速度、温度）；形状可以任意划定; 流体质点无线尺度；连续介质连续介质模型模型假设假设：流体是由连续分布的流体质点：流体是由连续分布的流体质点组成的介质。组成的介质。l .l .可运用连续函数论数学工具描述和分析流体运可运用连续函数论数学工具描述和分析流体运动。动。2 .2 .连续介质和流体质点假设是对实际流体的数学连续介质和流体质点假设是对实际流体的数