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第1章緒論流體運(yùn)動與流體力學(xué)人類的祖先在海洋里生活了40億年,人類在空氣里也生活700萬年。雖然天天生活在流體的環(huán)境中,對流體的運(yùn)動問題的直覺常常與事實(shí)不符。
流體運(yùn)動與流體力學(xué)例一:高爾夫球:表面光滑還是粗糙?
流體運(yùn)動與流體力學(xué)高爾夫球運(yùn)動起源于15世紀(jì)的蘇格蘭,當(dāng)時人們認(rèn)為表面光滑的球飛行阻力小,因此用皮革制球。
流體運(yùn)動與流體力學(xué)后來發(fā)現(xiàn)表面有很多劃痕的舊球反而飛得更遠(yuǎn),現(xiàn)在的高爾夫球表面有很多窩坑,在同樣大小和重量下,飛行距離為光滑球的5倍。流體運(yùn)動與流體力學(xué)例二:汽車阻力:來自前部還是后部?
流體運(yùn)動與流體力學(xué)
汽車發(fā)明于19世紀(jì)末,當(dāng)時人們認(rèn)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,阻力系數(shù)(CD)很大,約為0.8。流體運(yùn)動與流體力學(xué)實(shí)際上汽車阻力主要來自后部形成的尾流,稱為形狀阻力。20世紀(jì)30年代起,人們開始運(yùn)用流體力學(xué)原理改進(jìn)汽車尾部形狀,出現(xiàn)甲殼蟲型,阻力系數(shù)降至0.6。流體運(yùn)動與流體力學(xué)
流體運(yùn)動與流體力學(xué)
20世紀(jì)50-60年代改進(jìn)為船型,阻力系數(shù)為0.45。流體運(yùn)動與流體力學(xué)80年代經(jīng)過風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)研究后,又改進(jìn)為魚型,阻力系數(shù)為0.3流體運(yùn)動與流體力學(xué)以后進(jìn)一步改進(jìn)為楔型,阻力系數(shù)為0.2。流體運(yùn)動與流體力學(xué)經(jīng)過近80年的研究改進(jìn),汽車阻力系數(shù)從0.8降至0.137,阻力減小為原來的1/5。流體力學(xué)的任務(wù)流體力學(xué)是研究流體宏觀運(yùn)動規(guī)律的學(xué)科。它的任務(wù)是研究流體的運(yùn)動規(guī)律、流體之間或流體與固體之間的相互作用力,研究流動過程中動量、能量和質(zhì)量的傳輸規(guī)律等,并將它們應(yīng)用于解決實(shí)際中與流體運(yùn)動有關(guān)的問題。流體的粘性:流體流動時產(chǎn)生內(nèi)摩擦力的性質(zhì)程為流體的黏性。流體內(nèi)摩擦的概念最早由牛頓(I.Newton,1687,)提出。由庫侖(C.A.Coulomb,1784,)用實(shí)驗(yàn)得到證實(shí)。流體的粘性
庫侖把一塊薄圓板用細(xì)金屬絲平吊在液體中,將圓板繞中心轉(zhuǎn)過一角度后放開,靠金屬絲的扭轉(zhuǎn)作用,圓板開始往返擺動,由于液體的粘性作用,圓板擺動幅度逐漸衰減,直至靜止。庫侖分別測量了普通板、涂臘板和細(xì)沙板,三種圓板的衰減時間。三種圓板的衰減時間均相等。庫侖得出結(jié)論:衰減的原因,不是圓板與液體之間的相互摩擦,而是液體內(nèi)部的摩擦。
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