流體力學(xué)-lecture1-前言(1次課)

流體力學(xué)趙思誠博士辦公：土木工程樓503電話：51687257郵箱：sczhao@網(wǎng)頁：/teacher_info/preview.asp?id=8639

個(gè)人簡(jiǎn)介學(xué)習(xí)及工作經(jīng)歷2001-2005：中南大學(xué)，學(xué)士2005-2011：中國(guó)科學(xué)院力學(xué)研究所，博士12008-2011：UniversitéAix-MarseilleIII，博士22011-2013：北京大學(xué)工學(xué)院力學(xué)系，博士后2013-：北京交通大學(xué)土木建筑工程學(xué)院，講師研究領(lǐng)域流動(dòng)及流體界面的失穩(wěn)及演化過程

本講內(nèi)容：前言什么是流體力學(xué)？3§1-1前言流體力學(xué)是如何發(fā)展的？為什么學(xué)習(xí)流體力學(xué)？如何學(xué)習(xí)流體力學(xué)？目標(biāo)內(nèi)容及安排學(xué)習(xí)方式及輔助教材考核方式要求

流體易流動(dòng)的物質(zhì)不能承受拉力；剪切力會(huì)產(chǎn)生變形與流動(dòng)4§1-1前言氣體和液體狹義及廣義流體

流體力學(xué)研究流體宏觀機(jī)械運(yùn)動(dòng)的學(xué)科流體的時(shí)間、空間和力5工業(yè)流體環(huán)境流體交通流§1-1前言狹義及廣義流體力學(xué)

流體力學(xué)分類流動(dòng)之動(dòng)靜流體靜力學(xué)；流體運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)流動(dòng)之快慢空氣動(dòng)力學(xué)（高速流）；粘性流體力學(xué)（低速流）流體之研究方式實(shí)驗(yàn)流體力學(xué)；計(jì)算流體力學(xué)；理論流體力學(xué)流體之應(yīng)用工業(yè)流體力學(xué)；地球流體力學(xué)；環(huán)境流體力學(xué)；生物流體力學(xué)；物流及交通流等等…6§1-1前言

流體力學(xué)孕育及發(fā)展早期孕育古希臘阿基米德發(fā)現(xiàn)了浮力定律Archimedes287-212BC意大利達(dá)·芬奇提出了渦的概念DaVinci

1452-1519意大利伽利略撰寫了流體力學(xué)Galileo1564-1642§1-1前言7

流體力學(xué)孕育及發(fā)展自然之理性思考艾薩克·牛頓爵士是人類歷史上出現(xiàn)過的最偉大科學(xué)家，在1687年發(fā)表的《自然哲學(xué)的數(shù)學(xué)原理》里用數(shù)學(xué)方法闡明宇宙中最基本的法則—萬有引力定律和三大運(yùn)動(dòng)定律，由此奠定了之后三個(gè)世紀(jì)中物理界的科學(xué)觀點(diǎn)，并成為現(xiàn)代工程學(xué)的基礎(chǔ)。牛頓為人類撐起了一面“理性主義”的旗幟，開啟工業(yè)革命的大門

IsaacNewton1643-1727§1-1前言IknownotwhatIappeartotheworld,buttomyselfIseemtohavebeenonlylikeaboyplayingonthesea-shore,anddivertingmyselfinnowandthenfindingasmootherpebbleoraprettiershell,while

thegreatoceanoftruthlayallundiscoveredbeforemeIfIhavebeenabletosee

further,itwasonlybecauseIstoodontheshouldersofgiants.8

流體力學(xué)孕育及發(fā)展理論流體力學(xué)發(fā)展18世紀(jì)隨著牛頓運(yùn)動(dòng)定律和微積分方法的建立，流體力學(xué)邁入了理性化的發(fā)展階段。伯努利（D.

Bernoull,1700-1782）瑞士科學(xué)家，對(duì)流體力學(xué)理論有重大貢獻(xiàn)，奠基人之一

歐拉（L.Euler，1707-1783）瑞士數(shù)學(xué)家及物理學(xué)家，對(duì)流體力學(xué)理論有重大貢獻(xiàn)，奠基人之一內(nèi)維（L.

Navier，1785-1836）法國(guó)力學(xué)家及數(shù)學(xué)家，對(duì)流體力學(xué)理論有重大貢獻(xiàn)斯托克斯（G.Stokes,1819-1903）英國(guó)力學(xué)家及數(shù)學(xué)家對(duì)流體力學(xué)理論有重大貢獻(xiàn)§1-1前言9

流體力學(xué)孕育及發(fā)展經(jīng)驗(yàn)流體力學(xué)發(fā)展17至19世紀(jì)水力工程師獲得了許多經(jīng)驗(yàn)流體力學(xué)關(guān)系式謝才（A.

Chezy，1718－1798）法國(guó)水力工程師，提出了明渠均勻流謝才公式

皮托（H.Pitot，1695-1771）法國(guó)數(shù)學(xué)家和水力工程師，發(fā)明測(cè)量流速的皮托管§1-1前言達(dá)西（H.Darcy，

1803～1858）法國(guó)水文地質(zhì)學(xué)家和力工程師，提出了滲流的達(dá)西定律10

流體力學(xué)孕育及發(fā)展現(xiàn)代流體力學(xué)普朗特（L.

Prandtl，1875-1953），德國(guó)力學(xué)家，現(xiàn)代流體力學(xué)之父，邊界層理論瑞利（J.

Rayleigh，1842－1919），英國(guó)力學(xué)家，量綱分析法§1-1前言11

流體力學(xué)孕育及發(fā)展現(xiàn)代流體力學(xué)卡門（V.Karman，1881-1963），美國(guó)力學(xué)家泰勒（G.

Taylor，1886-1975），英國(guó)力學(xué)家§1-1前言12

流體力學(xué)孕育及發(fā)展影響當(dāng)代流體力學(xué)的大師G.K.Batchelor（1920-2000）力學(xué)家

，在湍流及對(duì)流等領(lǐng)域都有重大貢獻(xiàn)，是JFM和DAMTP創(chuàng)始人§1-1前言13

流體力學(xué)孕育及發(fā)展影響當(dāng)代中國(guó)流體力學(xué)的大師周培源（1902-1993）中國(guó)力學(xué)家錢學(xué)森（1911-2009）中國(guó)力學(xué)家§1-1前言14流體力學(xué)的未來紅果園人，流體力學(xué)大師

，未來流體力學(xué)

流體力學(xué)孕育及發(fā)展§1-1前言15

流體力學(xué)孕育及發(fā)展§1-1前言現(xiàn)代理論近代理論經(jīng)典理論經(jīng)驗(yàn)知識(shí)阿基米德定律帕斯卡定律

理論流體力學(xué)：歐拉方程、伯努利方程、N-S方程水力學(xué)：雷諾實(shí)驗(yàn)；達(dá)西定律；水洞風(fēng)洞邊界層理論機(jī)翼升力理論可壓縮流體理論高速空氣動(dòng)力學(xué)稀薄氣體動(dòng)力學(xué)電磁流體力學(xué)多相流體力學(xué)生物流體力學(xué)非牛頓流體非線性系統(tǒng)問題計(jì)算流體力學(xué)……16

為什么學(xué)習(xí)流體力學(xué)？流體力學(xué)在工程及自然環(huán)境中的應(yīng)用土木工程:橋梁的風(fēng)致安全風(fēng)振形式：顫振和渦振（自激振動(dòng)）+抖振（強(qiáng)迫振動(dòng)）?迎風(fēng)面正壓

背風(fēng)面負(fù)壓?側(cè)彎與扭轉(zhuǎn)

強(qiáng)烈耦合?不規(guī)則斷面鈍頭?卡門渦街導(dǎo)致渦振?渦振頻率與固有頻率耦合塔科馬峽谷大橋：主跨853米，

遇難時(shí)8級(jí)風(fēng)20m/s，橋面傾斜45度，后折斷§1-1前言17

為什么學(xué)習(xí)流體力學(xué)？流體力學(xué)在工程及自然環(huán)境中的應(yīng)用土木工程：橋梁沖刷的流體問題南京長(zhǎng)江大橋日本明石跨海大橋§1-1前言18

為什么學(xué)習(xí)流體力學(xué)？流體力學(xué)在工程及自然環(huán)境中的應(yīng)用土木工程：水利工程中的流體問題三峽水利樞紐§1-1前言19

為什么學(xué)習(xí)流體力學(xué)？風(fēng)致效應(yīng)20§1-1前言流體力學(xué)在工程及自然環(huán)境中的應(yīng)用土木工程：高層建筑工程中的安全問題

為什么學(xué)習(xí)流體力學(xué)？流體力學(xué)在工程及自然環(huán)境中的應(yīng)用土木工程：建筑工程中的安全問題水立方§1-1前言21

為什么學(xué)習(xí)流體力學(xué)？流體力學(xué)在工程及自然環(huán)境中的應(yīng)用土木工程：結(jié)構(gòu)的環(huán)境影響（光，噪音，熱）城市的熱島效應(yīng)§1-1前言22

為什么學(xué)習(xí)流體力學(xué)？流體力學(xué)在工程及自然環(huán)境中的應(yīng)用環(huán)境工程：大氣污染問題§1-1前言貴州六盤水違規(guī)電廠23

為什么學(xué)習(xí)流體力學(xué)？流體力學(xué)在工程及自然環(huán)境中的應(yīng)用環(huán)境工程：水污染問題§1-1前言廢水排放下游水體的污染24

為什么學(xué)習(xí)流體力學(xué)？流體力學(xué)在工程及自然環(huán)境中的應(yīng)用機(jī)械工程：航空航天§1-1前言在美國(guó)空軍服役的B-2隱形轟炸機(jī)太空旅游飛船C-XXI號(hào)的模型可載兩名游客到101公里高空亞軌道飛行觀光25

為什么學(xué)習(xí)流體力學(xué)？流體力學(xué)在工程及自然環(huán)境中的應(yīng)用機(jī)械工程：航?！?-1前言大型水面艦船核潛艇26

為什么學(xué)習(xí)流體力學(xué)？流體力學(xué)在工程及自然環(huán)境中的應(yīng)用機(jī)械工程：高速列車§1-1前言高速列車27

為什么學(xué)習(xí)流體力學(xué)？流體力學(xué)在工程及自然環(huán)境中的應(yīng)用機(jī)械工程：汽車§1-1前言奔馳E級(jí)轎車外流模擬(壓力分布)28

為什么學(xué)習(xí)流體力學(xué)？流體力學(xué)在工程及自然環(huán)境中的應(yīng)用化學(xué)工程：化學(xué)制備中的流動(dòng)反應(yīng)§1-1前言化工廠側(cè)視圖29

為什么學(xué)習(xí)流體力學(xué)？流體力學(xué)在工程及自然環(huán)境中的應(yīng)用工程熱物理：天然氣液化§1-1前言天然氣液化船只30

為什么學(xué)習(xí)流體力學(xué)？流體力學(xué)在工程及自然環(huán)境中的應(yīng)用工程熱物理：熱電廠流動(dòng)問題§1-1前言熱電廠示意31

為什么學(xué)習(xí)流體力學(xué)？流體力學(xué)在工程及自然環(huán)境中的應(yīng)用自然界中的大氣：風(fēng)霜雨雪§1-1前言臺(tái)風(fēng)龍卷風(fēng)32

為什么學(xué)習(xí)流體力學(xué)？流體力學(xué)在工程及自然環(huán)境中的應(yīng)用自然界中的海洋：浪流潮§1-1前言風(fēng)暴潮洋流圖33

為什么學(xué)習(xí)流體力學(xué)？流體力學(xué)在工程及自然環(huán)境中的應(yīng)用自然界中的地球：地幔對(duì)流§1-1前言34

為什么學(xué)習(xí)流體力學(xué)？流體力學(xué)在工程及自然環(huán)境中的應(yīng)用自然界中流動(dòng)研究：數(shù)值模擬，野外觀測(cè)及實(shí)驗(yàn)測(cè)量§1-1前言風(fēng)浪流水槽35

為什么學(xué)習(xí)流體力學(xué)？個(gè)人收獲概念、規(guī)律及方法§1-1前言觀察力、分析力、總結(jié)力及表達(dá)力思維方式、行為心理及價(jià)值觀念36

怎樣學(xué)習(xí)流體力學(xué)？課程目標(biāo)掌握基本概念雷諾數(shù)，弗洛德數(shù)…理解基本規(guī)律貝努力方程學(xué)習(xí)基本方法量綱分析§1-1前言37

怎樣學(xué)習(xí)流體力學(xué)？教學(xué)安排（一）前言及流體物理性質(zhì)（4學(xué)時(shí)）（二）流體靜力學(xué)（4學(xué)時(shí)）（三）流體運(yùn)動(dòng)學(xué)（2學(xué)時(shí)）（四）流體動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)（4學(xué)時(shí)）（五）層流、紊流及其能量損失（6學(xué)時(shí)）（六）孔口、管嘴出流與有壓管路（2學(xué)時(shí)）（七）明渠均勻流（2學(xué)時(shí)）（八）量綱分析及相似原理（2學(xué)時(shí)）（九）實(shí)驗(yàn)（4學(xué)時(shí)）（十）復(fù)習(xí)（2學(xué)時(shí)）§1-1前言38

怎樣學(xué)習(xí)流體力學(xué)？需要的基礎(chǔ)知識(shí)高等數(shù)學(xué)大學(xué)物理工程力學(xué)矢量初步§1-1前言39

怎樣學(xué)習(xí)流體力學(xué)？后續(xù)課程的基礎(chǔ)橋梁與隧道工程建筑給水與排水工程建筑采暖與通風(fēng)環(huán)境工程中的其它課程§1-1前言40

怎樣學(xué)習(xí)流體力學(xué)？學(xué)習(xí)方式講座聽課及回答問題實(shí)驗(yàn)實(shí)際操作及實(shí)驗(yàn)報(bào)告自學(xué)閱讀及作業(yè)§1-1前言41

怎樣學(xué)習(xí)流體力學(xué)？教材及參考書目《流體力學(xué)》李玉柱，苑明順（2版）（教材科）參考書目《流體力學(xué)》周光炯，嚴(yán)宗毅等《流體力學(xué)》張也影《流體力學(xué)與流體機(jī)械》屠大燕§1-1前言42

怎樣學(xué)習(xí)流體力學(xué)？考核方式平時(shí)成績(jī)（

30％~）作業(yè)：10%實(shí)驗(yàn)：10%其它：10%期末考試（70％）：概念及規(guī)律掌握情況填空判斷證明計(jì)算§1-1前言43

怎樣學(xué)習(xí)流體力學(xué)？考式作業(yè)要求按有效數(shù)字規(guī)則計(jì)算物理量單位準(zhǔn)確無誤繪圖規(guī)范，意義明確必須有解題過程，邏輯過程嚴(yán)密作業(yè)和答卷整潔清晰鼓勵(lì)計(jì)算機(jī)答題，例如用Excel、Fortran等軟件解題提倡提問和討論§1-1前言44

怎樣學(xué)習(xí)流體力學(xué)？考式作業(yè)要求作業(yè)按時(shí)按量完成和上交，用統(tǒng)一的作業(yè)本，成績(jī)按5分制，每次記錄

實(shí)驗(yàn)報(bào)告在考試之前完成和上交閉卷考試難度與作業(yè)題和講課例題相當(dāng)§1-1前言45

本講總結(jié)什么是流體力學(xué)？§1-1前言流體力學(xué)是如何發(fā)展的？為什么學(xué)習(xí)流體力學(xué)？如何學(xué)習(xí)流體力學(xué)？目標(biāo)內(nèi)容及安排學(xué)習(xí)方式及輔助教材考核方式要求46

思考題§1-1前言1、在游自由泳時(shí)，下肢怎樣獲得動(dòng)力？魚呢？2、帆船怎樣逆風(fēng)行使？3、為什么風(fēng)箏要“提線”？