流体力学课件-绪论

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1、教材与主要参考书1.周光炯等，流体力学（第二版），高等教育出版社，2000年6月2.吴望一等，流体力学，北京大学出版社，1982年第一版(公式推导)?第二版3.叶敬棠等，流体力学，复旦大学出版社，1989年5月(习题)4.[苏]朗道等著，孔祥言等译，流体动力学，高等教育出版社，1983年4月第一章、流体的物理性质与流体运动学第三章、流体运动基本方程组第四章、流体的积分方程及应用(Bernoulliequation)第五章、流体的涡旋运动第六章、无粘不可压缩流体的无旋运动第七章、液体表面波（部分内容）第八章、N-S方程与量纲分析（部分内容）内容绪论1.流体力学的研究对

2、象2.流体力学的研究方法3.流体知识回顾1.研究对象（Object,What)1.1流体力学1.2学科性质•基础性---认识自然•应用性---改造自然1.研究对象（Object,What)1.3流体力学与现代化建设的关系•研究大气和海洋运动→天气和海情预报→农业、渔业、航空航天、航海、国防和日常生活地球的周围被一层薄薄的大气层包围，地球的表面71％是海洋。大气与海洋相互作用、相互影响，构成一个庞大而复杂的流体系统促使大气运动的根本原因是太阳辐射、地球自转、压强梯度、日月引力和地表与大气之间的耗散过程等大气和海洋运动(A)信风与西风带p247例5.4信风的形成由于赤道

3、与极地，地面与高空之间的温度差异，东北吹向西南(B)季风由于太阳辐射热的季节性变化而产生的一种风向随季节而异的风系，大多出现在热带岛屿或半岛地区(C)台风、飓风台风的形成机理至今尚未取得完全共识(D)龙卷风在热力急剧不稳定的大气中生成，详细机制未知大气和海洋运动(E)表层环流(或洋流)主要由行星风所引起，它由几个几乎平行于赤道的环流组成(F)深层环流土要由海水的热盐密度差引起(G)表面波（第七章）广泛存在于海洋、江河和湖泊中，它是在流体表层受外力作用后，产生的一种运动现象科学家发现两种新型水波.mht1.研究对象•研究各种空间飞行物和各种水上或水下运动物体→高效率(

4、低阻力、高升力或高推进)、高稳定性、高可控性→改造飞机、人造卫星、导弹、炮弹和船舰、潜艇、鱼雷等1.研究对象（Object,What)研究河流、渠道和各种管路系统→低能耗、高安全性的工程设计研究油气田、地下水、泥石流、机械润滑等研究含有化学反应的流体运动(如燃烧)研究热交换系统→传热传质→水暖系统、核反应堆1.研究对象（Object,What)研究生物工程和生命科学中的流体动力学，如人体内的血液流动、肺部循环、人工肾等2.研究方法（How)2.1实验方法•古老、有效的研究方法航空、航天和水利枢纽等复杂系统最初都是依赖实验才顺利实现•研究步骤?提出问题，选择适当的无量

5、纲参数，并确定大小范围；?制定实验方案?准备实验条件：模型的设计制造、设备仪器的选择和制备?进行实验并取得实验数据，检验重复性?整理和分析实验数据，并与其他方法进行对比，得出结论•优点?能直接解决生产中的复杂问题，能发现流动中的新现象和新原理，它的结果可以作为检验其他方法是否正确的依据•缺点?对不同情况，需作不同实验，即所得结果的普适性较差?有些实验的费用较高实验发现（Kármán涡街)2.研究方法（How)本课主要内容2.2分析方法•分析(analyse)，与数学有关?应用数学与力学•研究步骤?提出问题，建立简化的数学模型，即根据所给问题的特点，做出一定的假设，简

6、化流体动力学方程组，简化初始条件和边界条件；?用分析方法求此简化后的初值问题或边值问题的分析解；?选取适当的算例，利用分析解进行具体的计算，得到分析结果；?检查分析结果，并与实验或别的方法得到的结果进行对比，检验简化模型的合理性•优点?分析解明确地给出了各种物理与流动参数之间的变化关系，有较好的普适性•缺点?数学上的困难较大，能获得的分析解数量有限2.研究方法（How)2.3数值方法•计算流体力学(计算传热学、计算地球动力学)?流动预测、天气预报等•研究步骤?对一般的流体动力学方程组、初始条件和边界条件进行简化；?选取适当的数值方法，对简化或改写的初值问题或边值问题

7、进行离散化；?编制程序，选取算例，进行具体计算，并将所得结果绘制成图表；?将计算结果与其他方法得到的结果进行对比，对流动进行分析•优点?许多用分析法无法求解的问题，或实验无法实现的问题，用此法可以求得数值解?在一定程度上，可以节约实验费用•缺点?对于复杂而又缺乏完善数学模型的问题，仍无能为力数值方法（一些图片)卡门涡街血管瘤内血流生物运动仿真飞机周围流场3.知识回顾3.1液体内部的压强•液体内部向各个方向都有压强，同一深处的压强相等3.2连通器原理(千斤顶)P89:例2.3图示的圆柱形堰，直径2R=3m，长L＝6m．试求两侧静止流体作用于堰上的合力大小，方向及作