流体力学第一章 绪论(1)

《流体力学第一章 绪论(1)》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、建筑环境与能源应用工程张丹流体力学第一章绪论（1）一、流体力学研究的内容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。流体力学所研究的基本规律，有两大组成部分：２.流体动力学：它研究流体在运动状态时，作用于流体上的力与运动要素之间的关系，以及流体的运动特征与能量转换等，这一部分称为流体动力学。１.流体静力学：它研究流体处于静止（或相对平衡）状态时，作用于流体上的各种力之间的关系。目前，根据流体力学在各个工程领域的应用，流体力学可分为以下三类：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

2、、冶金、化工、水机等；土木类流体力学：面向市政、土木工程、建筑环境、煤层气工程等。大气类流体力学：飞机、飞行器外行的设计，天气预报，环境污染预报等。流体力学与物体的运动虽然生活在流体环境中，人们对一些流体运动却缺乏认识，比如：1.高尔夫球：表面光滑还是粗糙？2.汽车阻力：来自前部还是后部？3.机翼升力：来自下部还是上部？高尔夫球运动起源于15世纪的苏格兰。最早的高尔夫球（皮革已龟裂）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。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。光滑的球和非光滑球对

3、比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。汽车阻力汽车发明于19世纪末。当时人们认为汽车高速前进时的阻力主要来自车前部对空气的撞击。因此早期的汽车后部是陡峭的，称为箱型车，阻力系数CD很大，约0.8实际上，汽车阻力主要取决于后部形成的尾流。20世纪30年代起，人们开始运用流体力学原理，改进了汽车的尾部形状，出现了甲壳虫型，阻力系数下降至0.6。50～60年代又改进为船型，阻力系数为0.45。80年代经风洞实验系统研究后，进一步改进为鱼型，阻力系数为0.3。后来又出现楔型，阻力系数为0.2。90年代以后，科研人员研制开发

4、了气动性能更优良的未来型汽车，阻力系数仅为0.137。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。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低的耗油率。机翼升力人们的直观印象是空气从下面冲击着鸟的翅膀，把鸟托在空中。19世纪初流体力学环流理论彻底改变了人们的传统观念。脱体涡量与机翼环量大小相等方向相反足球运动的香蕉球现象可以帮助理解环流理论：旋转的足球带动空气形成环流，一侧气流加速，另一侧气流减速，形成压力差，促使足球拐弯，称为马格努斯效应。机翼的特殊形状使它不

5、用旋转就能产生环流，上部流速加快形成吸力，下部流速减慢形成压力。测量和计算表明上部吸力的贡献比下部要大。NACA2412翼型在7.4度攻角时的压强分布丰富多彩的流动图案背后隐藏着复杂的力学规律，有些动物具有巧妙运用这些规律的本领。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。航空、航天、造船、机械、动力、冶金、化工、石油、建筑等部门设备中的工作介质都是流体，改进流程，提高效率，需要流体力学知识。观看录像流体力学与工程技术流体力学也是众多应用科学和工程技术的基础。由于空气动力学的发展，人类研制出3倍声速的

6、战斗机。F-15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。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。排水量达50万吨以上的超大型运输船时速达200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。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。气轮机叶片大型水利枢纽工程，超高层建筑，大跨度桥梁等的设计和建造离不开水

7、力学和风工程。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。杨浦大桥总之，没有流体力学的发展，现代工业和高新技术的发展是不可能的。流体力学在推动社会发展方面做出过很大贡献，今后仍将在科学与技术各个领域发挥更大的作用。流体力学发展历程一、流体力学中外发展实例公元前3世纪，阿基米德浮力定律公元前3世纪，中国四川都江堰水利工程宝瓶口飞沙堰鱼嘴内江外江二、流体力学的发展历史流体力学的萌芽，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

8、从牛顿时代开始的，1687年牛顿在名著《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