流体力学流体力学与物体运动

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1、《流体力学与流体机械》课件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

2、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

3、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机翼的特殊形状使它不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。第一章绪论第一节流体力学的概念与发展简史第二节流体的概念及连续介质假设第三节流体的主要物理性质第四节流体的分类第一节流体力学的概念与发展简史一、流体力学的概念流

4、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。流体力学在研究流体平衡和机械运动规律时，要应用物理学及理论力学中有关物理平衡及运动规律的原理，如力系平衡定理、动量定理、动能定理等等。因为流体在平衡或运动状态下，也同样遵循这些普遍的原理。所以物理学和理论力学的知识是学习流体力学课程必要的

5、基础。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四类：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、冶金、化工、水机等；土木类流体力学：面向市政、工民建、道桥、城市防洪等。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。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，使流体力学开始成为力学中的一个独立分支。

6、此后，流体力学的发展主要经历了三个阶段：１.伯努利所提出的液体运动的能量估计及欧拉所提出的液体运动的解析方法，为研究液体运动的规律奠定了理论基础，从而在此基础上形成了一门属于数学的古典“水动力学”（或古典“流体力学”）。2.在古典“水动力学”的基础上纳维和斯托克斯提出了著名的实际粘性流体的基本运动方程——纳维-斯托克思方程(N-S方程)。从而为流体力学的长远发展奠定了理论基础。但由于其所用数学的复杂性和理想流体模型的局限性，不能满意地解决工程问题，故形成了以实验方法来制定经验公式的“实验流体力学”。但由于有些经验公式缺乏理论基础，使其应用范围狭窄，且无法继续发展。3.从19世纪末起，人

7、们将理论分析方法和实验分析方法相结合，以解决实际问题，同时古典流体力学和实验流体力学的内容也不断更新变化，如提出了相似理论和量纲分析，边界层理论和紊流理论等，在此基础上，最终形成了理论与实践并重的研究实际流体模型的现代流体力学。在20世纪60年代以后，由于计算机的发展与普及，流体力学的应用更是日益广泛。其他重要的科学家：李冰达芬奇第二节流体的概念及连续介质假设在地球上，物质存在的主要形态有：固体、流体。其中流体包括液体和气体，相对于固体，它在力