淺論工程流體力學(xué)

淺論工程流體力學(xué)一、背景在人類歷史上，面對河道決堤，洪期到來，人類束手無策的案例數(shù)不勝數(shù)，還有河田的干旱，河運交通的堵塞給人類帶來的不便也是不計其數(shù)。但是隨著人類文明的發(fā)展，人類開始對河水治理，橋梁建造，灌溉，河水航運等有了較多的需求，人類同時也就對水流運動的規(guī)律有了較多的需求和經(jīng)驗。但是要合理自如的控制和運用流體，人類就需要一個比較系統(tǒng)的學(xué)科理論去指導(dǎo)，于是工程流體力學(xué)的誕生已經(jīng)迫在眉睫。二、發(fā)展史中國史上的大禹治水，李冰父子建立的都江堰，就是對水認(rèn)識的萌芽，古羅馬人也在早期就建立起了比較完善的供水管道系統(tǒng)。但是對流體力學(xué)一個比較科學(xué)的認(rèn)識還是要在公元前 250年左右古希臘偉大的科學(xué)家阿基米德寫的《論浮體》后，這本書對流體運動做了一個比較科學(xué)的總結(jié)，可以算得上是流體力學(xué)的鼻祖了。很遺憾的是在接下來的很長一段時間內(nèi)，因為種種原因，流體力學(xué)并沒有得到進(jìn)一步發(fā)展。直到16世紀(jì)以后，西方資本主義國家的生產(chǎn)力的迅速發(fā)展和資本主義制度的不斷完善，以及對科學(xué)事業(yè)的政策和資金的鼓勵，這才給各科學(xué)以及流體力學(xué)發(fā)展創(chuàng)造了良好的環(huán)境。17世紀(jì)，人類偉大的科學(xué)家牛頓對流體有了初步比較深入的研究，他通過不斷試驗提出了牛頓內(nèi)摩擦定律，黏性運動的流體符合牛頓摩擦定律。接著拉格朗日和歐拉提出了描述流體運動的二種方法拉格朗日法和歐拉法，拉格朗日法著眼于流體個支點的運動情況，研究各質(zhì)點的運動歷程，最后綜合來獲得總體情況，歐拉法責(zé)只著眼于流體經(jīng)過流場中各空間點時的運動情況。然后有普朗特的混合長度理論，法國皮托發(fā)明了測流速的皮托管，達(dá)朗貝爾利用這些得出了流體中運動的物體阻力于速度有平方關(guān)系。歐拉總結(jié)出了歐拉運動微分方程(z+p/pg+u*u/2g=C),伯努利又對管道流體做了多次試驗得出了經(jīng)典的伯努力方程(p+pgz+(1/2)*pv2=C式中p\p、v分別為流體的壓強'密度和速度；z為鉛垂高度；g為重力加速度。),它是能量守恒和轉(zhuǎn)換定律在工程流體力學(xué)中的具體體現(xiàn)。19世紀(jì)以后,隨著生產(chǎn)力的進(jìn)一步發(fā)展,尤其是航空方面的運用,導(dǎo)致古典流體力學(xué)和實驗流體力學(xué)的日益結(jié)合,逐漸形成了理論與實踐并重的現(xiàn)代流體力學(xué)。隨后流體力學(xué)進(jìn)入新的階段。三、研究內(nèi)容及應(yīng)用工程流體力學(xué)是一門研究工程中氣體和液體運動規(guī)律的一門學(xué)科,他是基礎(chǔ)力學(xué)的一個分支,它主要是以牛頓運動定律和質(zhì)量守恒定律為基礎(chǔ)的。流體力學(xué)有三個基本及假設(shè)：質(zhì)量守恒,動量守恒,連續(xù)體假設(shè)。流體力學(xué)廣泛應(yīng)用在航天,石油和天然氣開采,地下水的開發(fā)利用,武器的爆炸,沙漠遷移等等,但是工程流體力學(xué)基本是指在工程中的應(yīng)用,包括城市的生活和用水,水廠修建水塔,這些就需要計算好各水井的布置位置,水管直徑,長度,動力,途徑等等。另外在橋梁上,就需要對河水各個數(shù)據(jù)的掌握,以便對橋梁涵洞,配筋的設(shè)計。還有就是在高層建筑中,我們也要運用到空氣動力學(xué)研究風(fēng)荷載對建筑物的影響。在通風(fēng)內(nèi)燃機等的設(shè)計中，還要計算好空氣流動規(guī)律，以便控制空氣流量，燃?xì)廨斔停祲m降溫等留力學(xué)問題。我國的三峽大壩，葛洲壩等各大水利樞紐工程就是流體力學(xué)的宏偉體現(xiàn)。還有我國近年來航天工程中對流體力學(xué)的運用也是淋漓盡致。四、 研究方法工程流體力學(xué)研究方法同一般科學(xué)研究方法大同小異，主要還是歸結(jié)在現(xiàn)場觀測，實驗總結(jié)，建立理論，數(shù)值計算等。由于流體力學(xué)理論的不健全性，實驗總結(jié)和現(xiàn)場觀測尤為重要，流體力學(xué)應(yīng)建立比較完善的觀測站，另外還需要建立足夠?qū)嶒炇胰ゲ粩鄬嶒?，不斷模擬實踐得出總結(jié)性結(jié)論。五、 流體力學(xué)分支近幾十年來，流體力學(xué)科學(xué)隨著現(xiàn)代化生產(chǎn)建設(shè)的飛速發(fā)展和近代科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，研究的范圍越來越廣，新的科學(xué)分支不斷涌現(xiàn)出來，比如計算流體力學(xué)，隨機流體力學(xué)，環(huán)境流體力學(xué)，能源流體力學(xué)，流體力學(xué)等等。學(xué)等等。六、 發(fā)展前景從人類開始接觸認(rèn)識流體力學(xué)到現(xiàn)在的2千多年，特別是20世紀(jì)以來工程流體力學(xué)得到了廣泛的應(yīng)用和飛速的發(fā)展。人類已經(jīng)可以用現(xiàn)有的理論體系去解決生活中的絕大多數(shù)問題。但是人類對流體力學(xué)并沒有