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文檔簡介
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)法國力學(xué)家及數(shù)學(xué)家,對流體力學(xué)理論有重大貢獻(xiàn)斯托克斯(G.Stokes,1819-1903)英國力學(xué)家及數(shù)學(xué)家對流體力學(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)法國數(shù)學(xué)家和水力工程師,發(fā)明測量流速的皮托管§1-1前言達(dá)西(H.Darcy,
1803~1858)法國水文地質(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),美國力學(xué)家泰勒(G.
Taylor,1886-1975),英國力學(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)代中國流體力學(xué)的大師周培源(1902-1993)中國力學(xué)家錢學(xué)森(1911-2009)中國力學(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,野外觀測及實(shí)驗(yàn)測量§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(
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”?
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