流体力学张兆顺课后答案

1、篇一：流体力学知识点大全】全美经典-流体动力学流体力学张兆顺、崔桂香流体力学吴望一一维不定常流流体力学课件清华大学王亮主讲目录：第一章绪论第二章流体静力学第三章流体运动的数学模型第四章量纲分析和相似性第五章粘性流体和边界层流动第六章不可压缩势流第七章一维可压缩流动第八章二维可压缩流动气体动力学第九章不可压缩湍流流动第十章高超声速边界层流动第十一章磁流体动力学第十二章非牛顿流体第十三章波动和稳定性第一章绪论1、牛顿流体：剪应力和速度梯度之间的关系式称为牛顿关系式，遵守牛顿关系式的流体是牛顿流体。2没有内摩擦，也就没有内耗散和损失。层流：纯粘性流体，流体分层，流速比较小；湍流：随着流速增加，流线摆

2、动，称过渡流，流速再增加，出现漩涡，混合。因定常流：在空间的任何点，流动中的速度分量和热力学参量都不随时间改变，3、欧拉描述：空间点的坐标；拉格朗日：质点的坐标；4、流体的粘性引起剪切力，进而导致耗散。5、无黏流体无摩擦流动不分离无尾迹。6、流体的特性：连续性、易流动性、压缩性不可压缩流体：d?0dt?const是针对流体中的同一质点在不同时刻保持不变，即不可压缩流体的密度在任何时刻都保持不变。是一个过程方程。7、流体的几种线流线：是速度场的向量线，是指在欧拉速度场的描述；同一时刻、不同质点连接起来的速度场向量线；?dr?u?x,t?dr?u?0迹线：流体质点的运动轨迹，是流体质点运动的几何描

3、述；同一质点在不同时刻的位移曲线；?涡线：涡量场的向量线，？u,dr?x,t?dr?0涡线的切线和当地的涡量或准刚体角速度重合，所以，涡线是流体微团准刚体转动方向的连线，形象的说：涡线像一根柔性轴把微团穿在一起。第二章流体静力学1、压强：p?lim?fdf?a?0?ada静止流场中一点的应力状态只有压力。2、流体的平衡状态：1）、流体的每个质点都处于静止状态，=整个系统无加速度；2）、质点相互之间都没有相对运动，=整个系统都可以有加速度；由于流体质点之间都没有相对运动，导致剪应力处处为零，故只有：体积力（重力、磁场力）和表面力（压强和剪切力）存在。3、表面张力：两种不可混合的流体之间的分界面是

4、曲面，则在曲面两边存在一个压强差。4、正压流场：流体中的密度只是压力（压强）的单值函数。?dp?p5、涡量不生不灭定理拉格朗日定理：理想正压流体在势力场中运动时，如某一时刻连续流场无旋，则?流场始终无旋。?nda?0,?u,?u?x?有斯托克斯公式得：?nda?0,l0a拉格朗日定理是判断理想正压流体在势力场中运动是否无旋的理论依据。涡量的产生原因：流体的粘性；非理想流体；非正压流体；大气和海洋中的密度分层(非正压)导致漩涡；非有势力场；气流科氏力(非有势力)作用导致漩涡；流场的间断，高速气流中的曲面激波后，产生有旋流流场；第三章流体运动的数学模型1、积分型的流体方程a)、质量守恒定律：物理意

5、义：流出控制体表面的净质量流量等于控制体内质量对时间的减少率。?v?da?d?tc.sc.v坊、动量守恒：牛顿第二定律?fs?表面力?+?b?d?体积力？?f?vd?vv?da?tc.vc.vcsc)、角动量?r?dfs+?r?b?d?r?vd?r?vv?da?tc.vc.sc.vc.s?每一项物理意义：c.s?r?dfs：控制面上的力对原点的力矩，c.v?r?b?d?：体积力对原点的力矩，?r?vd?：质量元的角动量，控制体内流体的总角动量，?tc.v?c.s?r?vv?da：通过控制面的角动量流出率，d）、能量守恒（热力学第一定律）q?w?e?dqdws?ed?e?p?v?dadtdt?t

6、c?.vc.s?d?edv?f?udv?t?uda?qdv?n?tdan?dtd*?t?d*?t?*?t?d*?t?*?t?质量体内的总能量增长率：d体积力所作的功率：质量体内的生成热：dtd*?t?edv,1e?e?u22?d*?t?*?f?udv；表面力所作的功率：?tn?uda?*?t?d?t?边界面上因热传导输入的热量：?qdv?n?tda?*?t?e)、热力学第二定律ds?dq?0,ts是系统的熵2、有积分形式到微分形势的方程，有三种方法：、应用矢量的微积分；、积分应用于体积元，有体积元趋于零，取极限推得；、将系统的方程直接应用体积元，再将积分表达式取极限；欧拉坐标，即：笛卡尔坐标，

7、v?v?r,t?v?x,y,z,t?；?拉格朗日，刚体描述，速度、加速度分别为：r,r3、微分型的流体方程1)、连续性方程：单位时间流入控制体的质量等于控制体内质量的增加。?t?v?0?定常流？?t?O?v?0?不可压缩：d?dt?0?v?0?11?2a2v2一维定常流：?1av2)、动量方程：单位时间流入控制体的动量以及作用于控制体上的外力之和，等于控制体动量的增加。应力张量：代表剪应力和正应力；应力张量一定是对称的；否则，当体积元收缩成无限小时，必将以无限大的角速度旋转。因此，应力张量只能有六个分量。局部加速度：非定常流动，对流加速度：面积的变化；欧拉坐标系和拉格朗日中的速度和加速度其大小

8、和方向都不会改变?dvdt?r?欧拉?拉格朗日?涡量：速度矢量的旋度，?v?1?1?无旋流动角速度：?2?2?v?0?v?t?vv?b?f?体积力，?面积力；f?b:、能量方程：单位时间流入流体的能量、外界传入的热量、外力做功的总和，等于控制体内能量的增加。?e?ev?b?v?p?v?q?qr?t增加量流入量体积力做功表面力做功热传导非传导热?12?e?e?v,?2?q=?t,fourier热传导定律？?q=?t,?:热传导系数，?qr：非热传导热,即：热辐射、化学生成热，?几种特殊情况:?=0；?t?(2)、绝热过程：？?q=qr=O,没有外界热传入；(1)、定常流体:?(3)、质量力有势：

9、b?g；?(4)、理想流体：p=pn?np。本构方程：求解方程组，流体微团的应力状态和微团变形运动状态间的物性关系式；本构方程是张量方程；使得控制方程得以封闭，可以求解方程；控制方程+热力学状态方程+本构方程边界条件：1.固体壁面的不可穿透条件；垂直于壁面的；?u?n?ub?n,?ub为固壁的速度，u为同一点的流体质点的速度；无穷远条件无穷远处，流体保持静止状态；x?,u?0,p?p?,?,绕流条件【篇二：流体力学学习】先说说在学习流体力学之前要具备哪些基础知识，用学校里的行话叫先学哪些先修课。首先当然是要学习一些数学知识。这里只谈在初学习流体力学这门课的先修课，成为业内翘楚是另一个话题，需要

10、学的东西更多一些。流体力学这门课主要是在连续介质假设下展开的，也就是要把流体看作连续介质，把流体运动看作连续运动。在宏观运动范围内，除了在激波处速度、密度、压强等参数有突变，其它情况下，流体运动确实是连续的，流体质点分布也是连续无间断的。这个连续是数学意义上的连续，做这个假设的好处其实就是便于使用微积分工具研究流体的动力学问题。于是择你看得懂的书就可以，就不特别推荐哪本书了。不过最近刚看到王元先生写的高等微积分，内容跟上面说的那些高等微积分不同，主要讲微分流形及在一般力学中的应用。这本书专门设置了一个第零章，用于讨论数学语言问题。我觉得还是值得一看的。根据过去学习数学的教训，数学上看不懂和理解

11、错误的地方往往是对其语言不了解的地方。王元先生专门谈这个问题，看来也是知道很多学生虽然学了很多年数学其实还没有掌握数学的基本语法。对圆柱绕流那么感兴趣，直到现在还有很多涉及圆柱绕流的文章在发表。我想其原因一方面是圆柱绕流是简单几何形体，容易把某种影响流动的因素孤立出来，另一方面就是圆柱绕流的实验、数值经验比较丰富，容易让人做个对比（特别是在验证一些新算法的时候），最后一个原因就是有一个位势流理论，可以把圆柱绕流的结果推而广之到一些复杂形体中去。虽然现在已经可以用数值方法求解全ns方程，但是位势流理论并没有推出舞台，在很多工程应用（比如翼型设计等）中还在发挥作用，还是构成流体力学基础理论的一个特

12、别部分。这部分内容除了可以让你掌握一种求解方法，还为你提供了机理分析的工具，其价值还是非常有些学校在高等数学课上学习，有些学校在连续介质力学课上学习，还有些学校是单独作为一门课在学习，无论怎样，只要掌握会用就可以。这方面的内容只要看吴望一老师的流体力学上册第一章就足够。这一章中还包括了曲线坐标系的内容，对于学习球坐标、柱坐标等坐标系下方程形式的变化是很有帮助的。显然是要掌握的。热力学方面除了经典热力学知识（热力学第一、第二定律、热力学状态函数等）外，在学习高超声速空气动力学时还需要用到开放体系的热力学知识，涉及平衡、非平衡体系的热力学问题，因此按照循序渐进的方式，在学习流体力学基础课之前应掌握

13、经典热力学的基本知识，在进一步学习时则要用到开放体系（耗散体系）的热力学知识。当然除了高超声速外，在研究流体的微观、宏观问题时也要涉及分子动力学（现在叫动理学，即英文中的kinetics一词）知识。包括统计力学在内，这些内容一般都被划归热力学范畴。两相流中的结晶、凝固、熔化等问题也都与热力学直接相关，因此热力学是流体力学的重要支柱之一。二、流体力学基础篇流体力学的核心部分是建立在连续介质假设基础之上的，其最经典三J最核心的部分是单相流体的宏观运动规律和动力学机理。遵循一般的认识规律，这方面的知识对于“人类”来说当然也是经历了“认识提高再认识”的过程。在流体力学作为一个学科出现之前，人类就从河流

14、的流动上获得了对流体的基本认识，据说对空气的认识要晚一些，因为空气是透明的，因而显得要抽象一些。不过虽然没有形成文字知识，很早以前人类就已经学会利用流体，比如李冰父子在阿基米德发现浮力定律之前就建设好了都江堰这样庞大的水利工程。阿拉伯、印度、古罗马等地出土的遗址也表明这些地方在数千年前就知道如何建立复杂的水利系统。在中国这样的农业国家很早以前（少说也有几千年）就知道用土墙、树木建立防风带，防止庄稼被风吹倒。山西出土的最早的箭头据考证是2万年前制造的，竟然也有流线型外形。很难相信那时候的人（新石器时代）就知道空气动力学原理，我猜他们大概是根据刀的形状设计了那个箭头。流体力学课的基础内容一般都是从

15、连续介质假设说其，然后是力的分类（引入应力张量），因素的时候，这个简化是有效的。在普朗特提出边界层理论之前，流体力学中存在着两个分支，一个是水动力学，一个是水力学。前者以理论分析为主，后者以工程经验和应用为主。以理论为主的水动力学其实就是以理想流体为主要研究内容的一个分支。理想流体中旋涡的动力学理论是研究旋涡问题的基础，或者说是一个参照。理想流体动量方程积分后得到的伯努力方程可以用来解释联系速度和压强之间的关系，解释低速翼型的升力原理，管道流动中压强的变化等等，因此有广泛的工程应用。理想流中的位势流理论是理想流在数学处理上的一个独具特色的部分，与边界层修正相结合，至今在翼型设计、飞机气动性能估

16、算等方面仍然是应用最广泛的方法之一。另外，水波动力学也是理想流体的主要内容。在不考虑激波边界层干扰的问题中，气体动力学也经常用欧拉方程（理想流控制方程）来进行研究。当然，真实流体都是有粘性的，普朗特之所以被称为“现代流体力学之父”，关键就在stokes在以前也曾经提出的以太将随着地球表面一起运动。哇，这不是我们今天耳熟能详的无滑移条件吗？然而真正系统提出边界层概念，并应用这种概念解决实际问题的还是普朗特。就好比当年浮力定律的提出一样：阿基米德发现了浮力定律，不仅是定性地发现，而且可以定学的诞生，浮力定律的发现权无疑也归功于阿基米德。量地计算，并且最终写成浮力的原理书，由此标志着流体力般的教科书

17、中对于粘性的介绍大致分三个步骤，第一步是在绪论中介绍牛顿内摩擦定律，引入粘度概念动力粘度和运动粘度，并且介绍粘度随温度的变化规律。由于气体和液体粘度随温度变化规律不同，这个地方常常是考试的一个传统内容。作为粘度概念的一个自然延伸，通常还会介绍非牛顿流体的粘度。第二步是介绍边界层理论，除了边界层的表观参数（位移厚度等）外，还介绍边界层由层流向湍流的转捩以及分离现象，转捩与分离之间的关系等等，最后从ns方程出发，通过量级分析得到边界层方程。在介绍完边界层理论后，很自然地就会提到转捩的原因，进而进入对流动稳定性的讨论。层流转捩成为湍流，自然又要提到湍流的基本概念和处理方法。由于湍流的复杂性，作为基础

18、的教科书的介绍通常以时均法得到雷诺平均的ns方程（rans）即告结束。再下去将计算管道内湍流的速度分布，并与层流管流的解相对比，显示二者在宏观特性上的区别。1=)batchelor家可以根据需要找来看看。之所以经典，不仅因为体系完备，而且数学推导干净利落，思路清晰，多看几遍才能发现其好处。不过对于初学者，这本书难度略高，我感觉还是更适合于专业人士阅读，也就是适合于对流体力学已经比较熟悉的人阅读。作为初学者，我认为最好能首先建立正确的流体概念，就像普朗特提倡的那样，先反复观察流体的行为，对流体运动有直观的观察和感受之后，再去寻找它背后的机理和数学处理方法才是最有效的方法。在这但是物理概念清晰明了

19、，很有普朗特的思想特色，开卷有益，看看定有收获。这本书很早以前就由郭永怀、陆士嘉翻译成中文，各个图书馆中都能看到。版的流体力学书中我曾经在论坛中推荐过吴望一老师的流体力学（上下册），这里推荐大是很好的参考书。忘了一本书，vandyke曾经整理过一本流体运动图集albumoffluidmotion，里面汇集了很多流体流动的图片，对于培养流体的观察能力，流体教学等都很有帮助。这本书（确切说叫图集）书店里看不到，但是网上能找到。我们网站很早以前曾经发布过的圆球绕流的图片（层流、加拌线强制转捩为湍流）就是那本图集中收录的图片。另外，网上有很多圆柱绕流随雷诺数变化的图片也是从这本图集中摘录的。刚发现武际

20、可、黄克服两位老先生的一篇文章力学教材的简单历史，后面附录中有对流体力学教材的推荐书目。学习的一本书来看。特别是那些即将成为流体工程师的网友应该看看这本书，里面讲了流体力学在各个工程领域内的应用，可以让你把学校学习到的流体力学基础知识与工程问题很好地衔接起来。继续深造准备做研究生的也应该看这本书，因为里面也提供了与流动稳定性、奇点划分相关的内容。还有一本书是mit现在使过这本书后就能跟搞湍流的同行们正常交流了。因此作为一个合理延续，也推荐大家看这本书。既然已经说到湍流，自然要提到旋涡和流动稳定性问题。流体力学中波和涡是两大流动现象，牛人有云“旋涡是流体运动的肌腱”，可见学会旋涡是多码的重要。旋

21、涡方面公认写这本书后来又出过一个英文版，应该是中文版的升级版，研究旋涡的网友肯定要看这本书。流动稳定性方面我看到的书中以drazin的=Jhydrodynamicstability最受人推崇，应该也是最经典的。流体力学的发展基本上是与科学的整体发展相适应的。其爆发期就在20世纪初和20世纪中叶这两个时期20世纪初期的时候，人类发明了飞机、电话、电灯，稍晚建立了相对论、量子力学等重大理论。在此期间，风洞开始成为主流试验设备，普朗特提出边界层理论，建立现代流体力学体系；20世纪中叶，人类发明了计算机、汽车普及、人类登月、发现牛胰岛素双螺旋结构。与此同时，湍流模式理论建立、计算流体力学出现、可压缩流

22、理论大发展（面积律、超临界翼型、跨音速理论、高超声速理论貌似都是这个时期出现的）。另外湍流拟序结构是70年代发现的，距离60年代似乎也更近一些。普里高津的耗散结构理论，分形、混沌理论等我记得也是60、70年代提出的，只不过现在熟悉的人更多了而已。因此经典著作大部分都是那个时候出现的也就不奇怪了。篇三：工程流体力学】t课程名称：工程流体力学适用专业：石油工程技术计划学时：64一、课程性质工程流体力学课程是石油工程技术专业的一门有特色的必修专业基础课程，也是一门知识性、技能性和实践性要求很强的课程。流体力学课程是学生理解掌握现代化石油勘探、设计、运行与管理的知识基础，也是学生继续深造及将来从事研究

23、工作的重要工具，为今后的专业学习和工作实践奠定基础。本课程是石油工程技术专业一门必修的专业基础课程，具有较强的实际应用性，在学生职业能力培养和职业素质养成两个方面起支撑和促进作用。二、培养目标工程流体力学课程立足于高职院校的人才培养目标，培养拥护党的基本路线，适应社会主义市场经济需要，德、智、体、美全面发展，面向石油工业生产、管理和服务第一线，牢固掌握石化职业岗位（群）所需的基础理论知识和专业知识，重点掌握从事石化领域实际工作的基本能力利基本技能，具有良好的职业道德、创业精神和健全体魄的高等技术应用型专门人才。按照职业岗位标准和工作内容的要求，通过对本课程的学习，使学生掌握化学分析中、高级工的

24、应知理论、应会技能和必备的职业素养。成为满足石化企业分析检验岗位对所需人才知识、能力、素质要求的高技能人才。通过项目导向，教学探究型的教学，加强学生实践技能的培养，培养学生的综合职业能力和职业素养、独立学习及获取新知识、新技能、新方法的能力和与人交往、沟通及合作等方面的态度和能力。通过本课程的实践教学，使学生毕业后可胜任流体力学学科或相邻学科的教学、科研、技术开发与维护工作，能够解决能源化工等工程中遇到的流体力学问题，从而实现本专业的培养目标。2.1知识目标1）使学生掌握流体力学的基本知识、基本理论、基本实验技能。2）培养学生对流体力学基本概念、基本理论、基本运算原理的应用能力。3）使学生具有

25、实验实训室常用仪器、设备的规范使用能力。4）使学生掌握连续性方程、能量方程、动量方程的应用。2.2方法能力目标（1）使学生掌握流体力学的基本原理及分析方法，在进行教学的同时，注重基础理论的发展过程及联系，培养学生解决一般问题的能力。（2）将一些较典型的属于知识传授性质的内容以及较简单重复的内容通过课外教学的形式传授给学生，培养学生的自学能力。（3）使学生掌握一定的实验技能与方法，具有测量运动参数、分析实验参数和编写实验报告的能力。2.3社会能力目标（1）注重向学生介绍化学的思想及该学科在研究、发展过程中的特色。（2）树立“绿色”的现代实验理念。（3）培养学生养成独立思考的习惯。（4）注重学生严

26、谨、求实科学作风的培养。（5）养成热爱科学、实事求是的学风和创新意识、创新精神。（6）具有良好的人文素质和职业道德，能够与人和睦相处，团队意识强。三、课程理念应面向全体学生，为学生进入和适应社会打下基础，着眼于学生全面发展和终身发展的需要，有助于学生的终身学习；改变学生的学习方式，引导学生主动参与、乐于探究、勤于动手，突出创新精神和实践能力的培养；树立以学生为主体的教学观念，鼓励教师创造性地探索新的教学途径，改进教学方法和教学手段；促进学生全面发展、采用灵活多样的评价方法，注重学生学习过程和学习结果的全程评价；建立评价目标多元、评价方法多样的评价体系体验探究过程，养成科学的态度，具备适应未来生

27、存和发展所必备的科学素养。四、课程设计4.1课程设计理念以学生就业能力培养为导向，创新人才培养模式，坚持以高职教育培养目标为依据，遵循“结合理论联系实际，以应知、应会、必需、够用”的原则，以培养锻炼职业技能为重点，让每一位学生都能成为社会和企业必需的优秀的专门型技术人才。本课程以石化工作岗位的职业能力培养为重点，以岗位职业标准利工作任务为依据，通过分析石化生产过程、石化分析检测过程任务设计教学内容，让课程内容与生产工作任务一一对应；突出学生职业能力培养。校内实训与企业生产内容相同，按照仿真生产进行，把课程设在实训室及实训基地，融教学生产为一体，教学做为一体，营造良好的职业氛围和环境，注重培养学生的专业思维能力和专业实践能力。通过专业教学与实训实习相结合，体现高职课程的职业性、实践性、开放性，设计教学任务，在教师的指导下让学生自己设计实训项目，自己完成实训项目，培养学生分析问题、解决问题的能力。4.2课程设计思路工程流体力学课程在设计思想上充分体现一体化，即：理论与实践内容一体化、知识传授与动手实验一体化、理论与实践教师为一人的“一体化”，课程采用项目导向，任务驱动的教学模式。工程流体力学的课程内容要经历由企业调研到行业岗位分析到典型工作任务确定，从典型工作任务