流體力學 第1講 緒論

1、1流體力學流體力學第第1 1章章 緒論緒論3l高爾夫球高爾夫球飛得遠應表面光滑還是粗糙嗎？飛得遠應表面光滑還是粗糙嗎？l汽車阻力汽車阻力來至前部還是尾部嗎？來至前部還是尾部嗎？l機翼升力機翼升力來至下部還是上部嗎？來至下部還是上部嗎？l同一容器同高同徑孔口和管嘴泄流誰的同一容器同高同徑孔口和管嘴泄流誰的流速流速大、誰的大、誰的流流量量大嗎？大嗎？l4l流體力學是工科專業(yè)的一門重要的流體力學是工科專業(yè)的一門重要的專業(yè)基礎專業(yè)基礎課課，它為學好專業(yè)課和今后從事專業(yè)技術(shù)工作以，它為學好專業(yè)課和今后從事專業(yè)技術(shù)工作以及科學研究工作打下必要的流體力學基礎。及科學研究工作打下必要的流體力學基礎。5l高爾夫

2、球表面為什么有很多小凹坑？高爾夫球表面為什么有很多小凹坑？n最早的高爾夫球最早的高爾夫球n現(xiàn)在的高爾夫球現(xiàn)在的高爾夫球6l高爾夫球表面為什么有很多小凹坑？高爾夫球表面為什么有很多小凹坑？n高爾夫球表面之所以設計有許多小凹坑，其目的是讓高爾夫球表面之所以設計有許多小凹坑，其目的是讓高爾夫球飛得更遠。高爾夫球飛得更遠。n高爾夫球表面的小凹坑可以減少空氣的阻力，增加球高爾夫球表面的小凹坑可以減少空氣的阻力，增加球的升力。的升力。n通常說來，尾流范圍越小，球體后方的壓力就越大，通常說來，尾流范圍越小，球體后方的壓力就越大，空氣對球的阻力就越小。（賽車）空氣對球的阻力就越小。（賽車）n高爾夫球的自旋大約

3、提供了一半的升力，另外一半則高爾夫球的自旋大約提供了一半的升力，另外一半則是來自小凹坑是來自小凹坑 。7l汽車阻力來自前部還是后部？汽車阻力來自前部還是后部？n汽車發(fā)明于汽車發(fā)明于1919世紀末，當時人們認為汽車的阻力主要來自前部對世紀末，當時人們認為汽車的阻力主要來自前部對空氣的撞擊，因此早期的汽車后部是陡峭的，稱為箱型車，阻力空氣的撞擊，因此早期的汽車后部是陡峭的，稱為箱型車，阻力系數(shù)系數(shù)C CD D很大，約為很大，約為0.80.8。8l汽車阻力來自前部還是后部？汽車阻力來自前部還是后部？n實際上汽車阻力主要來自后部形成的尾流，稱為形狀阻力。實際上汽車阻力主要來自后部形成的尾流，稱為形狀阻

4、力。9l汽車阻力來自前部還是后部？汽車阻力來自前部還是后部？n2020世紀世紀3030年代起，人們開始運用流體力學原理改進汽車尾部形狀，年代起，人們開始運用流體力學原理改進汽車尾部形狀，出現(xiàn)甲殼蟲型，阻力系數(shù)降至出現(xiàn)甲殼蟲型，阻力系數(shù)降至0.60.6。10l汽車阻力來自前部還是后部？汽車阻力來自前部還是后部？n2020世紀世紀50506060年代改進為船型，阻力系數(shù)為年代改進為船型，阻力系數(shù)為0.450.45。11l汽車阻力來自前部還是后部？汽車阻力來自前部還是后部？n8080年代經(jīng)過風洞實驗系統(tǒng)研究后，又改進為魚型，阻力系數(shù)為年代經(jīng)過風洞實驗系統(tǒng)研究后，又改進為魚型，阻力系數(shù)為0.30.3。

5、12l汽車阻力來自前部還是后部？汽車阻力來自前部還是后部？n以后進一步改進為楔型，阻力系數(shù)為以后進一步改進為楔型，阻力系數(shù)為0.20.2。13l汽車阻力來自前部還是后部？汽車阻力來自前部還是后部？n9090年代后，科研人員研制開發(fā)的未來型汽車，阻力系數(shù)僅為年代后，科研人員研制開發(fā)的未來型汽車，阻力系數(shù)僅為0.1370.137。14l汽車阻力來自前部還是后部？汽車阻力來自前部還是后部？n經(jīng)過近經(jīng)過近8080年的研究改進，汽車阻力系數(shù)從年的研究改進，汽車阻力系數(shù)從0.80.8降至降至0.1370.137，阻力減小為原來的，阻力減小為原來的1/5 1/5 。n目前，在汽車外形設計中流體力學性能研究已

6、占主導目前，在汽車外形設計中流體力學性能研究已占主導地位，合理的外形使汽車具有更好的動力學性能和更地位，合理的外形使汽車具有更好的動力學性能和更低的耗油率。低的耗油率。15l機翼升力來至下部還是上部？機翼升力來至下部還是上部？l旋轉(zhuǎn)的球帶動空氣形成環(huán)流，一側(cè)氣體加速，另旋轉(zhuǎn)的球帶動空氣形成環(huán)流，一側(cè)氣體加速，另一側(cè)減速，形成壓差力，使足球拐彎，稱為馬格一側(cè)減速，形成壓差力，使足球拐彎，稱為馬格努斯效應努斯效應。機翼的特殊形狀使它不用旋轉(zhuǎn)就能產(chǎn)機翼的特殊形狀使它不用旋轉(zhuǎn)就能產(chǎn)生環(huán)量，上部流速加快形成吸力，下部流速減慢生環(huán)量，上部流速加快形成吸力，下部流速減慢形成壓力，兩者合成形成升力形成壓力，兩

7、者合成形成升力。測量和計算表明，測量和計算表明，上部吸力的貢獻遠比下部要大。上部吸力的貢獻遠比下部要大。1617 流體力學發(fā)展簡史流體力學發(fā)展簡史18l 流體力學在中國流體力學在中國n大禹治水大禹治水u40004000多年前的大禹治水，說明我國多年前的大禹治水，說明我國古代古代已有大規(guī)模的治河工程。已有大規(guī)模的治河工程。n ( (公元前公元前256-210256-210年年) )u秦代，在公元前秦代，在公元前256-256-前前210210年間便修建了都江堰、鄭國渠、靈渠三大年間便修建了都江堰、鄭國渠、靈渠三大水利工程，說明當時對水利工程，說明當時對明槽水流和堰流流動明槽水流和堰流流動規(guī)律的認

8、識已經(jīng)達到相當規(guī)律的認識已經(jīng)達到相當水平。水平。n龍首渠（公元前龍首渠（公元前156-156-前前8787）u西漢武帝時期，為引洛水灌溉農(nóng)田，在黃土高原上修建了龍首渠，創(chuàng)西漢武帝時期，為引洛水灌溉農(nóng)田，在黃土高原上修建了龍首渠，創(chuàng)造性地采用了造性地采用了井渠法井渠法，即用豎井溝通長十余里的穿山隧洞，有效地防，即用豎井溝通長十余里的穿山隧洞，有效地防止了黃土的塌方。止了黃土的塌方。19l 流體力學在中國流體力學在中國n水利風力機械水利風力機械在古代，在古代，以水為動力的簡單機械以水為動力的簡單機械也有也有了長足的發(fā)展，例如用水輪提水，或了長足的發(fā)展，例如用水輪提水，或通過簡單的機械傳動去碾米、磨

9、面等。通過簡單的機械傳動去碾米、磨面等。東漢杜詩任南陽太守時（公元東漢杜詩任南陽太守時（公元3737年）年）曾創(chuàng)造水排（水力鼓風機），利用水曾創(chuàng)造水排（水力鼓風機），利用水力，通過傳動機械，使皮制鼓風囊連力，通過傳動機械，使皮制鼓風囊連續(xù)開合，將空氣送入冶金爐，較西歐續(xù)開合，將空氣送入冶金爐，較西歐約早了一千一百年。約早了一千一百年。20l 流體力學在中國流體力學在中國n真州復閘真州復閘u北宋（北宋（960 - 1126960 - 1126）時期，在運河上修建的真州）時期，在運河上修建的真州復閘復閘與十四世紀末荷與十四世紀末荷蘭的同類船閘相比，約早三百多年。蘭的同類船閘相比，約早三百多年。 復

10、閘的設計是在河道上大落差的地段修建兩道閘門，用以復閘的設計是在河道上大落差的地段修建兩道閘門，用以節(jié)制水流。當船上行時，關(guān)閉下游閘門，上游的河水進入閘節(jié)制水流。當船上行時，關(guān)閉下游閘門，上游的河水進入閘門區(qū)抬高水位，船也隨之浮起，升到與上游水面齊平，可以門區(qū)抬高水位，船也隨之浮起，升到與上游水面齊平，可以平穩(wěn)進入上游。當船下行時，關(guān)閉上游閘門，開啟下游閘門，平穩(wěn)進入上游。當船下行時，關(guān)閉上游閘門，開啟下游閘門，水位平緩下降，船也隨之落下。由于復閘在改善航運條件方水位平緩下降，船也隨之落下。由于復閘在改善航運條件方面發(fā)揮了巨大的作用，現(xiàn)代內(nèi)河航運中仍在使用，如長江葛面發(fā)揮了巨大的作用，現(xiàn)代內(nèi)河航

11、運中仍在使用，如長江葛洲壩船閘就是一座現(xiàn)代化復閘。洲壩船閘就是一座現(xiàn)代化復閘。21l 流體力學在中國流體力學在中國n潘季順潘季順u明朝的水利家潘季順（明朝的水利家潘季順（1521 - 15951521 - 1595）提出了）提出了“筑堤防溢，建壩減水，筑堤防溢，建壩減水，以堤束水，以水攻沙以堤束水，以水攻沙”和和“借清刷黃借清刷黃”的治黃原則，并著有兩河管的治黃原則，并著有兩河管見、兩河經(jīng)略和河防一攬。見、兩河經(jīng)略和河防一攬。n流量流量u清朝雍正年間，何夢瑤在算迪一書中提出清朝雍正年間，何夢瑤在算迪一書中提出流量等于過水斷面面積流量等于過水斷面面積乘以斷面平均流速的計算方法乘以斷面平均流速的計

12、算方法。22錢學森錢學森浙江省杭州市人，浙江省杭州市人， 他在火箭、導彈、航天器的總體、他在火箭、導彈、航天器的總體、動力、制導、氣動力、結(jié)構(gòu)、材料、計算機、質(zhì)量控動力、制導、氣動力、結(jié)構(gòu)、材料、計算機、質(zhì)量控制和科技管理等領域的豐富知識，為中國制和科技管理等領域的豐富知識，為中國火箭導彈和火箭導彈和航天事業(yè)航天事業(yè)的創(chuàng)建與發(fā)展作出了杰出的貢獻。的創(chuàng)建與發(fā)展作出了杰出的貢獻。19571957年獲中國科學院自然科學一等獎年獲中國科學院自然科學一等獎19791979年獲美國加州理工學院杰出校友獎年獲美國加州理工學院杰出校友獎19851985年獲國家科技進步獎特等獎年獲國家科技進步獎特等獎19891

13、989年獲小羅克維爾獎章和世界級科學與工程名人稱號年獲小羅克維爾獎章和世界級科學與工程名人稱號19911991年被國務院、中央軍委授予年被國務院、中央軍委授予“國家杰出貢獻科學家國家杰出貢獻科學家”榮譽稱號和一級榮譽稱號和一級英模獎章英模獎章23周培源（周培源（1902190219931993） 1902年8月28日出生，江蘇宜興人。理論學家、流體力學家，主要從事物理學的基礎理論中難度最大的兩個方面（即愛因斯坦廣義相對論和流體力學中的湍流理論）的研究與教學，并取得出色成果。24流體力學在中國吳仲華在1952年發(fā)表的在軸流式、 徑流式和混流式亞聲速和超聲速葉輪機械中的三元流普遍理論和在1975年

14、發(fā)表的使用非正交曲線坐標的葉輪機械三元流動的基本方程及其解法兩篇論文中所建立的葉輪機械三元流理論，至今仍是國內(nèi)外許多優(yōu)良葉輪機械設計計算的主要依據(jù)。25l流體力學的西方史流體力學的西方史n阿基米德（阿基米德（ArchimedesArchimedes，公元前，公元前287-212287-212）u古希臘數(shù)學家、力學家，靜力學和流體古希臘數(shù)學家、力學家，靜力學和流體靜力學的奠基人靜力學的奠基人u論浮體論浮體u歷史上有記載的最早從事流體力學現(xiàn)象歷史上有記載的最早從事流體力學現(xiàn)象研究研究26l流體力學的西方史流體力學的西方史n列奧納德列奧納德. .達達. .芬奇芬奇 （Leonardo.da.Vinc

15、i,1452-1519Leonardo.da.Vinci,1452-1519）u著名物理學家和藝術(shù)家著名物理學家和藝術(shù)家 設計建造了一小設計建造了一小型水渠，系統(tǒng)地研究了物體的型水渠，系統(tǒng)地研究了物體的沉浮、孔口沉浮、孔口出流、物體的運動阻力以及管道、明渠中出流、物體的運動阻力以及管道、明渠中水流水流等問題。等問題。27l流體力學的西方史流體力學的西方史n伽利略（伽利略（Galileo,1564-1642Galileo,1564-1642）u在流體靜力學中應用了虛位移原理，在流體靜力學中應用了虛位移原理，并首先提出，運動物體的阻力隨著流并首先提出，運動物體的阻力隨著流體介質(zhì)密度的增大和速度的提

16、高而增體介質(zhì)密度的增大和速度的提高而增大。大。28l流體力學的西方史流體力學的西方史n帕斯卡（帕斯卡（B.Pascal,1623-1662B.Pascal,1623-1662）提出了密閉流體能傳遞壓強的原理提出了密閉流體能傳遞壓強的原理-帕帕斯卡原理斯卡原理。29l流體力學的西方史流體力學的西方史n牛頓（牛頓（1642-17271642-1727）u英國英國偉大的數(shù)學家、物理學家、天偉大的數(shù)學家、物理學家、天文學家和自然哲學家文學家和自然哲學家。u流體粘性流體粘性u牛頓內(nèi)摩擦定律牛頓內(nèi)摩擦定律30l流體力學的西方史流體力學的西方史n伯努利（伯努利（D.BernoulliD.Bernoulli，

17、1700170017821782）u瑞士科學家，曾在俄國彼得堡科學瑞士科學家，曾在俄國彼得堡科學院任教。院任教。u在流體力學、氣體動力學、微分方在流體力學、氣體動力學、微分方程和概率論等方面都有重大貢獻，程和概率論等方面都有重大貢獻，是理論流體力學的創(chuàng)始人。是理論流體力學的創(chuàng)始人。u伯努利方程伯努利方程31l流體力學的西方史流體力學的西方史n歐拉（歐拉（L.EulerL.Euler，1707170717831783）u瑞士數(shù)學家、力學家、天文學家、物理學瑞士數(shù)學家、力學家、天文學家、物理學家，變分法的奠基人，復變函數(shù)論的先驅(qū)家，變分法的奠基人，復變函數(shù)論的先驅(qū)者，理論流體力學的創(chuàng)始人。者，理論

18、流體力學的創(chuàng)始人。u連續(xù)介質(zhì)模型連續(xù)介質(zhì)模型u理想流體平衡微分方程理想流體平衡微分方程u理想流體運動微分方程理想流體運動微分方程32l流體力學的西方史流體力學的西方史n拉格朗日（拉格朗日（J.-L.Lagrange,1736J.-L.Lagrange,173618131813）u提出了新的流體動力學微分方程，使流體提出了新的流體動力學微分方程，使流體動力學的解析方法有了進一步發(fā)展。動力學的解析方法有了進一步發(fā)展。u嚴格地論證了嚴格地論證了速度勢速度勢的存在，并提出了的存在，并提出了流流函數(shù)函數(shù)的概念，為應用復變函數(shù)去解析流體的概念，為應用復變函數(shù)去解析流體定常的和非定常的平面無旋運動開辟了道定

19、常的和非定常的平面無旋運動開辟了道路。路。33l流體力學的西方史流體力學的西方史n納維（納維（C.L.M.H.NavierC.L.M.H.Navier，1785-18361785-1836） 斯托克斯（斯托克斯（G.G.Stokes,1819-1903G.G.Stokes,1819-1903）u納維納維首先提出了不可壓縮粘性流體的運動首先提出了不可壓縮粘性流體的運動微分方程組。微分方程組。斯托克斯斯托克斯嚴格地導出了這些嚴格地導出了這些方程，并把流體質(zhì)點的運動分解為平動、方程，并把流體質(zhì)點的運動分解為平動、轉(zhuǎn)動、均勻膨脹或壓縮及由剪切所引起的轉(zhuǎn)動、均勻膨脹或壓縮及由剪切所引起的變形運動。后來引

20、用時，便統(tǒng)稱該方程為變形運動。后來引用時，便統(tǒng)稱該方程為納維納維- -斯托克斯方程斯托克斯方程。34l流體力學的西方史流體力學的西方史n雷諾（雷諾（O.ReynoldsO.Reynolds，1842-19121842-1912）u英國力學家、物理學家和工程師，杰英國力學家、物理學家和工程師，杰出的實驗科學家。出的實驗科學家。u層流與紊流層流與紊流雷諾數(shù)雷諾數(shù)u雷諾應力雷諾應力35l流體力學的西方史流體力學的西方史n卡門卡門(T.von K(T.von K rmrm n n，1881-1963)1881-1963)u美國著名空氣動力學家美國著名空氣動力學家u卡門渦街卡門渦街u解釋機翼張線的解釋機

21、翼張線的 線鳴線鳴 、水下螺旋槳、水下螺旋槳的的 嗡鳴嗡鳴 36l流體力學的西方史流體力學的西方史n普朗特（普朗特（L.PrandtlL.Prandtl，1875187519531953）u德國力學家，現(xiàn)代流體力學的創(chuàng)始人德國力學家，現(xiàn)代流體力學的創(chuàng)始人之一。之一。u邊界層理論、風洞實驗技術(shù)、機翼理邊界層理論、風洞實驗技術(shù)、機翼理論、紊流理論等方面都作出了重要的論、紊流理論等方面都作出了重要的貢獻，被稱作空氣動力學之父。貢獻，被稱作空氣動力學之父。37l流體力學的西方史流體力學的西方史n謝才（謝才（A.de ChA.de Ch zyzy法國）法國）u在在17551755年便總結(jié)出明渠均勻流公式

22、年便總結(jié)出明渠均勻流公式-謝才公式，一直沿用至今。謝才公式，一直沿用至今。38l流體力學的西方史流體力學的西方史n瑞利（瑞利（L.J.W.ReyleighL.J.W.Reyleigh，1842 - 19191842 - 1919）u在相似原理的基礎上，提出了實驗研在相似原理的基礎上，提出了實驗研究的量綱分析法中的一種方法究的量綱分析法中的一種方法-瑞利瑞利法法。39l流體力學的西方史流體力學的西方史n儒科夫斯基（儒科夫斯基（.,1847-1921.,1847-1921）u二維升力理論、螺旋槳的渦流理論以二維升力理論、螺旋槳的渦流理論以及低速翼型和螺旋槳槳葉剖面等。及低速翼型和螺旋槳槳葉剖面等。

23、u對空氣動力學的理論和實驗研究都有對空氣動力學的理論和實驗研究都有重要貢獻，為近代高效能飛機設計奠重要貢獻，為近代高效能飛機設計奠定了基礎。定了基礎。40l流體力學的西方史流體力學的西方史n弗勞德（弗勞德（W.FroudeW.Froude，1810-18791810-1879）u對船舶阻力和搖擺的研究頗有對船舶阻力和搖擺的研究頗有貢獻，他提出了船模試驗的相貢獻，他提出了船模試驗的相似準則數(shù)似準則數(shù)弗勞德數(shù)弗勞德數(shù)，建立，建立了現(xiàn)代船模試驗技術(shù)的基礎。了現(xiàn)代船模試驗技術(shù)的基礎。41l流體力學的西方史流體力學的西方史n亥姆霍茲（亥姆霍茲（H.von Helmholtz,1821-1894H.von

24、 Helmholtz,1821-1894） 基爾霍夫（基爾霍夫（G.R.Kirchhoff,1824-1887G.R.Kirchhoff,1824-1887）u對對旋渦運動和分離流動旋渦運動和分離流動進行了進行了大量的理論分析和實驗研究，大量的理論分析和實驗研究，提出了表征旋渦基本性質(zhì)的旋提出了表征旋渦基本性質(zhì)的旋渦定理、帶射流的物體繞流阻渦定理、帶射流的物體繞流阻力等學術(shù)成就。力等學術(shù)成就。42l流體力學的西方史流體力學的西方史n斯蒂文（斯蒂文（S.Stevin,1548 - 1620S.Stevin,1548 - 1620）u將用于研究固體平衡的將用于研究固體平衡的凝結(jié)原理轉(zhuǎn)用到流體凝結(jié)原

25、理轉(zhuǎn)用到流體上。上。n達朗伯（達朗伯（J.le R.dJ.le R.dAlembert,1717Alembert,171717831783）n17441744年提出了年提出了達朗伯疑題達朗伯疑題（又稱達朗伯佯謬），即在理想流體中運動的（又稱達朗伯佯謬），即在理想流體中運動的物體既沒有升力也沒有阻力。從反面說明了理想流體假定的局限性。物體既沒有升力也沒有阻力。從反面說明了理想流體假定的局限性。n庫塔（庫塔（M.W.KuttaM.W.Kutta，1867 - 19441867 - 1944）u19021902年就曾提出過繞流物體上的年就曾提出過繞流物體上的升力理論升力理論，但沒有在通行的刊物上發(fā)表

26、。，但沒有在通行的刊物上發(fā)表。43l流體力學的西方史流體力學的西方史n布拉休斯（布拉休斯（H.BlasiusH.Blasius）u在在19131913年發(fā)表的論文中，提出了計算年發(fā)表的論文中，提出了計算紊流光滑管阻力系數(shù)紊流光滑管阻力系數(shù)的經(jīng)驗公的經(jīng)驗公式。式。n伯金漢（伯金漢（E.BuckinghamE.Buckingham）u在在19141914年發(fā)表的在物理的相似系統(tǒng)中量綱方程應用的說明論文年發(fā)表的在物理的相似系統(tǒng)中量綱方程應用的說明論文中，提出了著名的中，提出了著名的定理，進一步完善了量綱分析法。定理，進一步完善了量綱分析法。44l流體力學的西方史流體力學的西方史n尼古拉茲（尼古拉茲（

27、J.NikuradzeJ.Nikuradze）u在在19331933年發(fā)表的論文中，公布了他對砂粒粗糙管內(nèi)水流阻力系數(shù)的年發(fā)表的論文中，公布了他對砂粒粗糙管內(nèi)水流阻力系數(shù)的實測結(jié)果實測結(jié)果-尼古拉茲曲線尼古拉茲曲線，據(jù)此他還給紊流光滑管和紊流粗糙管的，據(jù)此他還給紊流光滑管和紊流粗糙管的理論公式選定了應有的系數(shù)。理論公式選定了應有的系數(shù)。45l流體力學的西方史流體力學的西方史n科勒布茹克（科勒布茹克（C.F.ColebrookC.F.Colebrook）u在在19391939年發(fā)表的論文中，提出了把紊流光滑管區(qū)和紊流粗糙管區(qū)聯(lián)年發(fā)表的論文中，提出了把紊流光滑管區(qū)和紊流粗糙管區(qū)聯(lián)系在一起的系在一起

28、的過渡區(qū)阻力系數(shù)計算公式過渡區(qū)阻力系數(shù)計算公式。n莫迪（莫迪（L.F.MoodyL.F.Moody）u在在19441944年發(fā)表的論文中，給出了他繪制的實用管道的當量糙粒阻力年發(fā)表的論文中，給出了他繪制的實用管道的當量糙粒阻力系數(shù)圖系數(shù)圖-莫迪圖。至此，有壓管流的水力計算已漸趨成熟。莫迪圖。至此，有壓管流的水力計算已漸趨成熟。46l 流體力學已派生出很多新的分支流體力學已派生出很多新的分支n電磁流體力學電磁流體力學n生物流體力學生物流體力學n化學流體力學化學流體力學n地球流體力學地球流體力學n高溫氣體動力學高溫氣體動力學n非牛頓流體力學非牛頓流體力學n爆炸力學爆炸力學n流變學流變學n計算流體力

29、學計算流體力學471.2 1.2 流體力學的研究內(nèi)容、流體力學的研究內(nèi)容、研究方法和應用研究方法和應用48l流體力學是研究流體力學是研究流體平衡和宏觀運動規(guī)律流體平衡和宏觀運動規(guī)律的科學的科學n研究流體平衡的條件及其壓強分布規(guī)律研究流體平衡的條件及其壓強分布規(guī)律n研究流體運動的基本規(guī)律研究流體運動的基本規(guī)律n研究流體繞流某物體或流過某流道時速度分布、壓強研究流體繞流某物體或流過某流道時速度分布、壓強分布、能量損失分布、能量損失n研究流體與固體間的相互作用研究流體與固體間的相互作用49l流體力學的研究方法流體力學的研究方法n現(xiàn)場觀測現(xiàn)場觀測n理論分析方法理論分析方法n實驗研究方法實驗研究方法n數(shù)

30、值計算方法數(shù)值計算方法50l流體力學的研究方法流體力學的研究方法理論分析方法理論分析方法n建立理論模型建立理論模型流體力學模型；流體力學模型；n對模型建立描寫流體運動規(guī)律的封閉方程組以及與之相應的邊界對模型建立描寫流體運動規(guī)律的封閉方程組以及與之相應的邊界條件和初始條件；條件和初始條件；n求解方程組；求解方程組；n將結(jié)果與實際流動相比較，以確定解的精確度。將結(jié)果與實際流動相比較，以確定解的精確度。51l流體力學的研究方法流體力學的研究方法理論分析方法理論分析方法n推導嚴緊，答案精確；推導嚴緊，答案精確；n只局限于比較簡單的理論模型；（層流、紊流）只局限于比較簡單的理論模型；（層流、紊流）n忽略

31、流動的次要影響因素，需要用實驗的方法對結(jié)果進行修正；忽略流動的次要影響因素，需要用實驗的方法對結(jié)果進行修正；n不能解決復雜的流體力學問題不能解決復雜的流體力學問題。52l流體力學的研究方法流體力學的研究方法實驗研究方法實驗研究方法n根據(jù)相似原理建立實驗模型；根據(jù)相似原理建立實驗模型；n通過實驗測定有關(guān)相似準則中的物理量；通過實驗測定有關(guān)相似準則中的物理量；n將實驗數(shù)據(jù)整理成相似準則數(shù)，并通過對實驗數(shù)據(jù)的擬合找出準將實驗數(shù)據(jù)整理成相似準則數(shù)，并通過對實驗數(shù)據(jù)的擬合找出準則方程式。則方程式。53l流體力學的研究方法流體力學的研究方法實驗研究方法實驗研究方法n該方法更加接近實際，只要實驗模型設計合理

32、，測量無誤，準則該方法更加接近實際，只要實驗模型設計合理，測量無誤，準則方程的擬合精度高，實驗結(jié)果是可靠的；方程的擬合精度高，實驗結(jié)果是可靠的；n設計模型時只能使主要相似準則數(shù)相等，實驗結(jié)果只是近似的；設計模型時只能使主要相似準則數(shù)相等，實驗結(jié)果只是近似的；n有些流體力學問題，無法在實驗室內(nèi)進行研究。有些流體力學問題，無法在實驗室內(nèi)進行研究。54l流體力學的研究方法流體力學的研究方法數(shù)值計算方法數(shù)值計算方法n建立數(shù)學模型；建立數(shù)學模型；n合理選用計算方法；合理選用計算方法；n編制計算程序；編制計算程序；n上機計算，分析結(jié)果，以確定是否滿足要求。上機計算，分析結(jié)果，以確定是否滿足要求。55l流體

33、力學的研究方法流體力學的研究方法數(shù)值計算方法數(shù)值計算方法n能解決許多用數(shù)學方法難以求解的問題，從一定意義上講，這種方能解決許多用數(shù)學方法難以求解的問題，從一定意義上講，這種方法是理論分析方法的延伸和拓寬；法是理論分析方法的延伸和拓寬；n在計算機上用數(shù)值計算的方法可以很好地模擬流體力學實驗，節(jié)省在計算機上用數(shù)值計算的方法可以很好地模擬流體力學實驗，節(jié)省研究時間和經(jīng)費；研究時間和經(jīng)費；n數(shù)學模型的建立必須以理論分析和實驗研究為基礎，而且往往難以數(shù)學模型的建立必須以理論分析和實驗研究為基礎，而且往往難以包括實際流動的所有物理特性。包括實際流動的所有物理特性。56l流體力學的研究方法流體力學的研究方法

34、n理論分析、實驗研究和數(shù)值計算這三種方法各有利弊，理論分析、實驗研究和數(shù)值計算這三種方法各有利弊，相輔相成相輔相成u理論指導實驗研究和數(shù)值計算；理論指導實驗研究和數(shù)值計算；u實驗用來檢驗理論分析和數(shù)值計算結(jié)果的正確性；實驗用來檢驗理論分析和數(shù)值計算結(jié)果的正確性；u數(shù)值計算可以彌補理論分析和實驗研究的不足，對復雜的流數(shù)值計算可以彌補理論分析和實驗研究的不足，對復雜的流體力學問題進行既快又省的計算分析。體力學問題進行既快又省的計算分析。57l流體力學在許多工業(yè)技術(shù)中有著廣泛的應用流體力學在許多工業(yè)技術(shù)中有著廣泛的應用n采礦工業(yè)采礦工業(yè)n化學工業(yè)化學工業(yè)n石油工業(yè)石油工業(yè)n土木建筑工程土木建筑工程n

35、人體循環(huán)人體循環(huán)n水利工程水利工程n造船工業(yè)造船工業(yè)n電力工業(yè)電力工業(yè)n機械工業(yè)機械工業(yè)n冶金工業(yè)冶金工業(yè)58l流體力學在工程中的應用流體力學在工程中的應用n由于空氣動力學的發(fā)展，人類研制出由于空氣動力學的發(fā)展，人類研制出3 3倍聲速的戰(zhàn)斗機。倍聲速的戰(zhàn)斗機?；糜盎糜?0002000F-15F-1559l流體力學在工程中的應用流體力學在工程中的應用n使重量超過使重量超過3 3百噸，面積達半個足球場的大型民航客機，靠空氣的百噸，面積達半個足球場的大型民航客機，靠空氣的支托象鳥一樣飛行成為可能，創(chuàng)造了人類技術(shù)史上的奇跡。支托象鳥一樣飛行成為可能，創(chuàng)造了人類技術(shù)史上的奇跡。60流體力學在工程中的應用

36、流體力學在工程中的應用利用超高速氣體動力學，物理化學流體力學和稀薄氣體力學的研究成果，人類制造出航天飛機，建立太空站，實現(xiàn)了人類登月的夢想。61l流體力學在工程中的應用流體力學在工程中的應用n單價超過單價超過1010億美元，能抵御大風浪的海上采油平臺億美元，能抵御大風浪的海上采油平臺62l流體力學在工程中的應用流體力學在工程中的應用n排水量達排水量達5050萬噸以上的超大型運輸船萬噸以上的超大型運輸船63l流體力學在工程中的應用流體力學在工程中的應用n航速達航速達3030節(jié)，深潛達數(shù)百米的核動力潛艇節(jié)，深潛達數(shù)百米的核動力潛艇64l流體力學在工程中的應用流體力學在工程中的應用n時速達時速達20

37、0200公里的新型地效艇等，它們的設計都建立在水動力學，公里的新型地效艇等，它們的設計都建立在水動力學，船舶流體力學的基礎之上。船舶流體力學的基礎之上。65l流體力學在工程中的應用流體力學在工程中的應用n大型水利樞紐工程，超高層建筑，大跨度橋梁等的設計和建造離大型水利樞紐工程，超高層建筑，大跨度橋梁等的設計和建造離不開水力學和風工程。（不同城市高層建筑的不同）不開水力學和風工程。（不同城市高層建筑的不同）66l流體力學在工程中的應用流體力學在工程中的應用n大型水利樞紐工程，超高層建筑，大跨度橋梁等的設計和建造離大型水利樞紐工程，超高層建筑，大跨度橋梁等的設計和建造離不開水力學和風工程。不開水力

38、學和風工程。67l流體力學在工程中的應用流體力學在工程中的應用n大型水利樞紐工程，超高層建筑，大跨度橋梁等的設計和建造離大型水利樞紐工程，超高層建筑，大跨度橋梁等的設計和建造離不開水力學和風工程。不開水力學和風工程。68l流體力學在工程中的應用流體力學在工程中的應用n2121世紀人類面臨許多重大問題的解決，需要流體力學的進一步發(fā)世紀人類面臨許多重大問題的解決，需要流體力學的進一步發(fā)展，它們涉及人類的生存和生活質(zhì)量的提高。展，它們涉及人類的生存和生活質(zhì)量的提高。全球氣象預報全球氣象預報（衛(wèi)星云圖）（衛(wèi)星云圖）69l流體力學在工程中的應用流體力學在工程中的應用n環(huán)境與生態(tài)控制環(huán)境與生態(tài)控制70l流

39、體力學在工程中的應用流體力學在工程中的應用n災害預報與控制災害預報與控制龍卷風龍卷風太平洋暴云太平洋暴云71l流體力學在工程中的應用流體力學在工程中的應用n火山與地震預報火山與地震預報72l流體力學在工程中的應用流體力學在工程中的應用n發(fā)展更快更安全更舒適的交通工具發(fā)展更快更安全更舒適的交通工具73l流體力學在工程中的應用流體力學在工程中的應用n各種工業(yè)裝置的優(yōu)化設計，降低能耗，減少污染等等。各種工業(yè)裝置的優(yōu)化設計，降低能耗，減少污染等等。74l流體力學在工程中的應用流體力學在工程中的應用流體力學需要與其他學科交叉，如工程學，地學，天文學，物理學，材料科學，生命科學等，在學科交叉中開拓新領域，

40、建立新理論，創(chuàng)造新方法。星云星云75l流體力學在工程中的應用流體力學在工程中的應用n流體力學需要與其他學科交叉，如工程學，地學，天文學，物理學，材料科學，流體力學需要與其他學科交叉，如工程學，地學，天文學，物理學，材料科學，生命科學等，在學科交叉中開拓新領域，建立新理論，創(chuàng)造新方法。生命科學等，在學科交叉中開拓新領域，建立新理論，創(chuàng)造新方法。毛細血管流動毛細血管流動76l流體力學在工程中的應用流體力學在工程中的應用n生物仿生學生物仿生學 77l流體力學在工程中的應用流體力學在工程中的應用n流體力學需要與其他學科交叉，如工程學，地學，天文學，物理學，材料科學，流體力學需要與其他學科交叉，如工程學

41、，地學，天文學，物理學，材料科學，生命科學等，在學科交叉中開拓新領域，建立新理論，創(chuàng)造新方法。生命科學等，在學科交叉中開拓新領域，建立新理論，創(chuàng)造新方法。工程學工程學材料學材料學氣象學氣象學交通土建工程交通土建工程市政、建筑工程市政、建筑工程環(huán)境、消防工程環(huán)境、消防工程機械工程機械工程發(fā)動機四沖程發(fā)動機四沖程水利水電工程水利水電工程管道輸運工程管道輸運工程l學科研究對象學科研究對象固體（如土建結(jié)構(gòu)固體（如土建結(jié)構(gòu)固體力學）固體力學） 具有固定的形狀具有固定的形狀，可承受拉、壓、，可承受拉、壓、彎、剪、扭彎、剪、扭自然界的物質(zhì)自然界的物質(zhì)流體（如液體、氣流體（如液體、氣體體流體力學）流體力學）易

42、流動，隨容器而易流動，隨容器而方圓，主要承受壓方圓，主要承受壓力力氣氣 體體 容易壓縮容易壓縮 不能形成自不能形成自由表面由表面液液 體體 難以壓縮難以壓縮 可以形成自可以形成自由表面由表面流流 體體流流 體體861.3 流體的定義和連續(xù)介質(zhì)的概念l流體質(zhì)點（假設概念）：使流體具有宏觀物理特性所允許的最小體積，視為宏觀流體的最小單元.l特點：微觀上充分大，宏觀上充分??；具有一定的宏觀物理量（密度、速度、溫度）；形狀可以任意劃定; 流體質(zhì)點無線尺度；連續(xù)介質(zhì)連續(xù)介質(zhì)模型模型假設假設：流體是由連續(xù)分布的流體質(zhì)點：流體是由連續(xù)分布的流體質(zhì)點組成的介質(zhì)。組成的介質(zhì)。l .l .可運用連續(xù)函數(shù)論數(shù)學工具描述和分析流體運可運用連續(xù)函數(shù)論數(shù)學工具描述和分析流體運動。動。2 .2 .連續(xù)介質(zhì)和流體質(zhì)點假設是對實際流體的數(shù)學連續(xù)介質(zhì)和流體質(zhì)點假設是對實際流體的數(shù)