1 流体力学绪论

1、,广东工业大学 能源工程系刘良德,流体力学,0：引言,教学目标： 1、了解流体力学在工程的应用 2、了解流体力学的发展史3、掌握流体力学的研究方法 4、流体基本性质,流体力学是力学的一个独立分支，是一门研究流体的平衡和流体机械运动规律及其实际应用的技术科学。,流体力学学科介绍,流体力学分类, 理论流体力学（流体力学）, 应用流体力学（工程流体力学）,工程流体力学,研究流体静止和运动的力学规律及 其在工程技术上的应用的一门学科。,力学,流体力学（水力学）的学科性质,研究对象 力学问题载体,宏观力学分支 遵循三大守恒原理,流体力学,水力学,流体,水,力学,强调水是

2、主要研究对象 比较偏重于工程应用 土建类专业常用,流体力学（水力学）的主要研究内容,固定边界：水工建筑物、河床、海洋平台等,运动边界：飞机、船只等,研究内容,流体在外力作用下，静止与运动的规律；,流体与 边界 的相互作用。,空气和水是地球上广泛存在的物质，所以与流体运动关联的力学问题是很普遍的。流体力学在许多学科和工程领域有着广泛的应用，对工科专业来讲，其重要性不言而喻。,与流体力学相关的工程领域和学科,流体力学在工程中的应用,船舶运动,浮标,海洋平台,潜器,地效翼艇 （WIG）,航空航天航海,飞机发动机,蒸汽机车,能源动力,流体力学在工程中的应用,杨浦大桥,能源动力,气象云图,龙卷风,气象科

3、学,环境控制,污水净化设备模型,电厂冷却塔,流体力学与其他学科交叉，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。,毛细血管流动,生物仿生学,信天翁滑翔,应用广泛已派生出很多新的分支: 电磁流体力学、生物流体力学 化学流体力学、地球流体力学 高温气体动力学、非牛顿流体力学 爆炸力学、流变学、计算流体力学等,排球,足球,网球,游泳,赛艇,铁饼,高尔夫球,赛跑,赛车,标枪,乒乓球,羽毛球,大部分竞技体育项 目与流体力学有关,课程地位,工程流体力学是一门重要的专业基础课程，它是连接前期基础课程和后续专业课程的桥梁。课程的学习将有利于数理、力学基

4、础知识的巩固与提高，培养分析、解决实际问题的能力，为专业课程的学习打下坚实基础。,数理、力学 基础课程,流体力学 专业基础课程,学科有关 专业课程,水、气流动的基本规律 环境空调工程中的通风、通水 热量的供应、空气的调节、燃气的输配 排风除湿、除尘降温的计算等 通风系统工程设计、通风管网设计 供、排水系统的设计、排水泵的选择等 燃烧中的空气动力学 污染物在大气中的扩散,热能动力工程专业中的流体力学问题：,流体力学的萌芽，是自距今约2200年以前，西西里岛的希腊学者阿基米德写的“论浮体”一文开始的。 他对静止时的液体力学性质作了第一次科学总结。 流体力学的主要发展是从牛顿时代开始的，1687年牛

5、顿在名著自然哲学的数学原理中讨论了流体的阻力、波浪运动等内容，使流体力学开始成为力学中的一个独立分支。此后，流体力学的发展主要经历了三个阶段：,0.2 流体力学发展历史,1.萌芽期：,2.发展期：,奠基人是瑞士数学家伯努利(Bernoulli，D)和他的亲密朋友欧拉(Euler，L.)。1738年，伯努利推导出了著名的伯努利方程，欧拉于1755年建立了理想流体运动微分方程，以后纳维(Navier,C .H.)和斯托克斯(Stokes，GG)建立了粘性流体运动微分方程。拉格朗日（Lagrange）、拉普拉斯(Laplace)和高斯(Gosse)等人，将欧拉和伯努利所开创的新兴的流体动力学推向完美

6、的分析高度。,古典流体力学阶段：,依靠实验和实测资料形成 雷诺(Reynolds，O.) 1904年普朗特(Prandtl，L.)提出了划时代的边界层理论，开创理论与实践并重的现代流体力学阶段,实验流体力学阶段：,现代流体力学阶段：,我国水利学的发展,4000多年前的 “大禹治水”的故事 顺水之性，治水须引导和疏通。 秦朝在公元前256公元前210年修建了我国历史上的三大 水利工程（都江堰、郑国渠、灵渠） 明渠水流、堰流。 古代的计时工具“铜壶滴漏”孔口出流。 清朝雍正年间，何梦瑶在算迪一书中提出流量等于过 水断面面积乘以断面平均流速的计算方法。 隋朝（公元587610年）完成的南北大运河。

7、隋朝工匠李春在冀中洨河修建（公元605617年）的赵州 石拱桥拱背的4个小拱，既减压主拱的负载，又可宣泄 洪水。流体具有明显的流动性；气体的流动性大于液体。,0.3工程流体力学的学习 流体力学包括很多内容，在分析和讨论时必 须对内容作一定限定（也叫假设），如流体静力学讨论流体静止或相对静止时的力学规律；理想流体忽略了粘性作用；而粘性流动远比非粘性流动复杂，粘性影响大，粘性流动对装置和系统中效率损失的影响非常重要；可压缩流动中将出现许多奇怪的非正常现象等等。 所以学习流体力学首先要注意这些限定，而分清研究对象和适用条件也是非常重要的。,学习流体力学还需要注意力学原理的应用，把握 质量守恒 能量守

8、恒（热力学第一定律） 动量守恒（牛顿第二定律）和热力学第二定律在流体中应用的形式。,具体学习方法,一. 学习中既要掌握数学方法，又要理解数学符号所代表的物理意义。 流体力学是一门理论性较强的应用基础课程，涉及到较多的数学工具和知识。为了学习流体力学的基本规律和有关定理，必须熟悉相关的数学知识，搞懂定理的推导思路和过程。没有相关的数学知识就不可能真正透彻地理解这些规律和定理。但也有这样的情况，即对数学过程似乎已经理解，但谈起相关的课程内容来仍然如坠云里雾中。这就需要进一步反复钻研教材，搞清楚这些数学符号和过程所代表的物理意义。只有把数学方法和物理意义这两方面都搞清楚了，才算学懂了有关的定理和规律

9、。,完成适量的习题就是运用所学知识去分析和解决问题。没有这一过程就不可能学好流体力学。 作业一定要独立完成。在解体过程中多和同学们讨论和交流，参阅有关的资料都是必要的，但最重要的是一定要通过自己的独立思考提出解决问题的方法和答案。,二认真独立完成课外作业,多练习，自己找答案 问：老师，您看我只样做（解决）合理吗？ 而不能：拿一张白纸到老师面前，“老师，这题怎么作？”,请注意遵循以下的解题步骤：,画出与题目有关的示意图； 写出与解题有关的假设和参考数据； 在代入数字前尽可能用公式形式表示题目的解； 代入适当量纲的数字并清楚地写出答案的单位； 答案应注意只保留必要的有效数字。 所有课程都统一的方法,三学会运用参考资料,对于一个当代大学生，善于从图书馆和网络中搜集有用的资料，培养自学能力是学好课程，丰富个人知识的重要途径。 对于每个知识点，均可找背景资料来复习；加深对知识点的理解；,四重视实验课学习,实验课是流体力学课程的重要组成部分，她对培养动手和实践能力，加深对流体力学基