工程流体力学绪论

1工程流体力学EngineeringFluidMechanics2第一章绪论流体力学的研究内容流体力学在工程技术中的地位流体力学的研究方法流体力学的发展3流体力学的研究内容流体力学是以流体为研究对象，研究流体平衡、运动规律的科学。流体力学是众多应用科学和工程技术的基础。流体力学内容包括：流体静力学：研究在外力作用下，流体平衡条件及压强分布规律；流体运动学：研究在给定条件下流体运动的特征和规律；流体动力学：在外力作用下流体的运动规律，以及流体与固体间的相互作用力。4流体力学在工程技术中的地位空气动力学：航空航天。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、电力、水机等；土木类流体力学：面向市政、工民建、道桥、城市防洪等；生物。5航空航天6使重量超过3百吨，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。7船舶：排水量达50万吨以上的超大型运输船；8航速达30节，深潜达数百米的核动力潜艇；9汽车、赛车问题：尾翼什么用？风阻系数？10动力机械：用翼栅及高温，化学，多相流动理论设计制造成功大型气轮机，水轮机，涡喷发动机等动力机械，为人类提供单机达百万千瓦的强大动力。汽轮机叶片11杨浦大桥建筑：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。12卫星云图气象13“卡特里娜”飓风卫星云图气象14龙卷风气象15生命：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。16流体力学研究方法理论分析法实验方法(如风洞实验）数值方法:数值方法是在计算机应用的基础上，采用各种离散化方法（有限差分法、有限元法等），建立各种数值模型，通过计算机进行数值计算和数值实验，得到在时间和空间上许多数字组成的集合体，最终获得定量描述流场的数值解。近二三十年来，这一方法得到很大发展，已形成专门学科——计算流体力学。

17NASA,LangleyLab.18建筑风洞19流体力学发展简史第一阶段（16世纪以前）：流体力学形成的萌芽阶段第二阶段（16世纪文艺复兴以后-18世纪中叶）流体力学成为一门独立学科的基础阶段第三阶段（18世纪中叶-19世纪末）流体力学沿着两个方向发展——欧拉、伯努利第四阶段（19世纪末以来）流体力学飞跃发展20第一阶段（16世纪以前）：流体力学形成的萌芽阶段公元前2286年－公元前2278年大禹治水——疏壅导滞（洪水归于河）公元前300多年

李冰都江堰——深淘滩，低作堰公元584年－公元610年隋朝南北大运河、船闸应用埃及、巴比伦、罗马、希腊、印度等地水利、造船、航海产业发展系统研究古希腊哲学家阿基米德《论浮体》（公元前250年）奠定了流体静力学的基础21返回22第二阶段（16世纪文艺复兴以后-18世纪中叶）流体力学成为一门独立学科的基础阶段1586年斯蒂芬——水静力学原理1650年帕斯卡——“帕斯卡原理”1612年伽利略——物体沉浮的基本原理1686年牛顿——牛顿内摩擦定律1738年伯努利——理想流体的运动方程即伯努利方程1775年欧拉——理想流体的运动方程即欧拉运动微分方程23第三阶段（18世纪中叶-19世纪末）流体力学沿着两个方向发展——欧拉（理论）、伯努利（实验）工程技术快速发展，提出很多经验公式

1769年谢才——谢才公式（计算流速、流量）

1895年曼宁——曼宁公式（计算谢才系数）

1732年毕托——毕托管（测流速）

1797年文丘里——文丘里管（测流量）理论

1823年纳维，1845年斯托克斯分别提出粘性流体运动方程组（N-S方程）24第四阶段（19世纪末以来）流体力学飞跃发展理论分析与试验研究相结合量纲分析和相似性原理起重要作用

1883年雷诺——雷诺实验（判断流态）

1903年普朗特——边界层概念（绕流运动）

1933-1934年尼古拉兹——尼古拉兹实验（确定阻力系数）

……流体力学与相关的邻近学科相互渗透，形成很多新分支和交叉学科25流体力学在测控技术及仪器中的应用26第二章流体及其物理性质流体的定义和特征流体作为连续介质的假设27流体的定义和特征

能流动的物体从力学特征讲，流体是一种受任何微小剪切力作用都能连续变形的物质。微观上，流体分子间吸引力比固体小；按照集态分为液体和气体；气体分子距离大，液体分子距离小；气体易变形，液体的流动性不如气体。28流体作为连续介质的假设

为了符合数学分析的需要，引入流体质点模型:流体中宏观尺寸非常小，微观尺寸又足够大的任意物理实体。29(1)流体质点无线尺度，无热运动，只在外力作用下作宏观平移运动;(2)具有宏观物理特性---温度、压强、密度。。。1mm3体积水:3.31019

个分子空气:2.71016个分子

10-10mm3

体积

(相当于一粒灰尘体积)空气:2.7106个分子流体质点特点：30连续介质模型（continuum/continuousmediummodel

）：

假设流体是由连续分布的流体质点组成的介质。