工程流體力學(xué)章導(dǎo)論

工程流體力學(xué)章導(dǎo)論第1頁(yè)，課件共99頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第2頁(yè)，課件共99頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第一章導(dǎo)論流體概念——流體是液體與氣體的總稱——在任何微小剪應(yīng)力作用下能夠發(fā)生連續(xù)變形的物質(zhì)流體力學(xué)——研究流體在外力作用下平衡和運(yùn)動(dòng)規(guī)律的科學(xué)——力學(xué)的一個(gè)分支，與剛體力學(xué)、彈性力學(xué)、材料力學(xué)并列為四大力學(xué)緒言第3頁(yè)，課件共99頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第4頁(yè)，課件共99頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第5頁(yè)，課件共99頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第6頁(yè)，課件共99頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第7頁(yè)，課件共99頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第8頁(yè)，課件共99頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第9頁(yè)，課件共99頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月課程的性質(zhì)《流體力學(xué)》是一門橫跨各領(lǐng)域、各不同專業(yè)的重要基礎(chǔ)課。研究流體靜止（相對(duì)靜止）和運(yùn)動(dòng)的力學(xué)規(guī)律，并應(yīng)用到實(shí)際工程領(lǐng)域中。建筑設(shè)備：建筑給排水、通風(fēng)、采暖空調(diào)、電梯環(huán)境工程：大氣（擴(kuò)散）、水（管道或明渠傳輸）……水利工程：防洪（三峽）和旱工程（南水北調(diào)）、農(nóng)田水利工程、水力發(fā)電工程、航道和港口工程、供水和排水工程（工農(nóng)業(yè)用水）、環(huán)境水利工程（防止土流失和水質(zhì)污染）等航空、航天、航海汽車冶金、發(fā)電（風(fēng)力發(fā)電）熱能工程（傳熱與傳質(zhì)）等……第10頁(yè)，課件共99頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第11頁(yè)，課件共99頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第12頁(yè)，課件共99頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第13頁(yè)，課件共99頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第14頁(yè)，課件共99頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第15頁(yè)，課件共99頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月流體力學(xué)發(fā)展簡(jiǎn)史Ⅰ、前30000年~前3000年以“水－火－風(fēng)”的初步利用為特征：石器、陶具、風(fēng)帆、水鐘、引水灌溉Ⅱ、前3000年~1678年以簡(jiǎn)單流體機(jī)械為特征：水車、風(fēng)車、風(fēng)箱、火箭等Ⅲ、1678~1900年－－初步形成和發(fā)展時(shí)期，標(biāo)志性成就：牛頓粘性定律、歐拉方程組、拉格朗日流函數(shù)、伯努利定理、亥姆霍茲渦定理、達(dá)西公式、N－S方程、雷諾方程、瑞利相似原理、羅蒙諾索夫質(zhì)量守恒定律、焦耳能量守恒定律第16頁(yè)，課件共99頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月荷蘭用的最多第17頁(yè)，課件共99頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月仰韶陶具第18頁(yè)，課件共99頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第19頁(yè)，課件共99頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第20頁(yè)，課件共99頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月Ⅳ、1900~1950年－－體系完善與深入時(shí)期，標(biāo)志性成就：儒可夫斯基繞流、卡門渦街、普朗特邊界層理論、尼古拉茲實(shí)驗(yàn)、激波理論、湍流理論、

風(fēng)洞、熱線流速儀流體力學(xué)發(fā)展簡(jiǎn)史Ⅴ、1950年至今－－滲透與分支：計(jì)算流體力學(xué)、實(shí)驗(yàn)流體力學(xué)、可壓縮氣體力學(xué)、稀薄氣體力學(xué)、磁流體力學(xué)、化學(xué)流體力學(xué)、非牛頓流體力學(xué)、多相流體力學(xué)、生物流體力學(xué)、天體物理流體力學(xué)、滲流力學(xué)激光干涉儀、測(cè)速儀第21頁(yè)，課件共99頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第22頁(yè)，課件共99頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第23頁(yè)，課件共99頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月流體力學(xué)的發(fā)展簡(jiǎn)史

流體力學(xué)在中國(guó)大禹治水

4000多年前的大禹治水，說(shuō)明我國(guó)古代已有大規(guī)模的治河工程。

(公元前256~210年)

秦代，在公元前256-前210年間便修建了都江堰、鄭國(guó)渠、靈渠三大水利工程，說(shuō)明當(dāng)時(shí)對(duì)明槽水流和堰流流動(dòng)規(guī)律的認(rèn)識(shí)已經(jīng)達(dá)到相當(dāng)水平。龍首渠（公元前156-前87）西漢武帝時(shí)期，為引洛水灌溉農(nóng)田，在黃土高原上修建了龍首渠，創(chuàng)造性地采用了井渠法，即用豎井溝通長(zhǎng)十余里的穿山隧洞，有效地防止了黃土的塌方。第24頁(yè)，課件共99頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月水利風(fēng)力機(jī)械

在古代，以水為動(dòng)力的簡(jiǎn)單機(jī)械也有了長(zhǎng)足的發(fā)展，例如用水輪提水，或通過(guò)簡(jiǎn)單的機(jī)械傳動(dòng)去碾米、磨面等。東漢杜詩(shī)任南陽(yáng)太守時(shí)（公元37年）曾創(chuàng)造水排（水力鼓風(fēng)機(jī)），利用水力，通過(guò)傳動(dòng)機(jī)械，使皮制鼓風(fēng)囊連續(xù)開合，將空氣送入冶金爐，較西歐約早了一千一百年。銅壺滴漏第25頁(yè)，課件共99頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月真州船閘北宋（960-1126）時(shí)期，在運(yùn)河上修建的真州船閘與十四世紀(jì)末荷蘭的同類船閘相比，約早三百多年。潘季順

明朝的水利家潘季順（1521-1595）提出了“筑堤防溢，建壩減水，以堤束水，以水攻沙”和“借清刷黃”的治黃原則，并著有《兩河管見(jiàn)》、《兩河經(jīng)略》和《河防一攬》。流量

清朝雍正年間，何夢(mèng)瑤在《算迪》一書中提出流量等于過(guò)水?dāng)嗝婷娣e乘以斷面平均流速的計(jì)算方法。

第26頁(yè)，課件共99頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月流體力學(xué)在中國(guó)錢學(xué)森

錢學(xué)森（1911－）浙江省杭州市人，他在火箭、導(dǎo)彈、航天器的總體、動(dòng)力、制導(dǎo)、氣動(dòng)力、結(jié)構(gòu)、材料、計(jì)算機(jī)、質(zhì)量控制和科技管理等領(lǐng)域的豐富知識(shí)，為中國(guó)火箭導(dǎo)彈和航天事業(yè)的創(chuàng)建與發(fā)展作出了杰出的貢獻(xiàn)。1957年獲中國(guó)科學(xué)院自然科學(xué)一等獎(jiǎng)，1979年獲美國(guó)加州理工學(xué)院杰出校友獎(jiǎng)，1985年獲國(guó)家科技進(jìn)步獎(jiǎng)特等獎(jiǎng)。1989年獲小羅克維爾獎(jiǎng)?wù)潞褪澜缂?jí)科學(xué)與工程名人稱號(hào)，1991年被國(guó)務(wù)院、中央軍委授予“國(guó)家杰出貢獻(xiàn)科學(xué)家”榮譽(yù)稱號(hào)和一級(jí)英模獎(jiǎng)?wù)?。?7頁(yè)，課件共99頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月流體力學(xué)在中國(guó)周培源（1902－1993)。1902年8月28日出生，江蘇宜興人。理論學(xué)家、流體力學(xué)家主要從事物理學(xué)的基礎(chǔ)理論中難度最大的兩個(gè)方面即愛(ài)因斯坦廣義相對(duì)論引力論和流體力學(xué)中的湍流理論的研究與教學(xué)并取得出色成果。吳仲華（WuZhonghua）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(jī)械中的三元流普遍理論》和在1975年發(fā)表的《使用非正交曲線坐標(biāo)的葉輪機(jī)械三元流動(dòng)的基本方程及其解法》兩篇論文中所建立的葉輪機(jī)械三元流理論，至今仍是國(guó)內(nèi)外許多優(yōu)良葉輪機(jī)械設(shè)計(jì)計(jì)算的主要依據(jù)。第28頁(yè)，課件共99頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第29頁(yè)，課件共99頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月鄭白鄭國(guó)主持興修的大型灌溉渠它西引涇水東注洛水，長(zhǎng)達(dá)300余里

第30頁(yè)，課件共99頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月中國(guó)和世界最古老的人工運(yùn)河之一。在中國(guó)廣西壯族自治區(qū)東北部興安縣境內(nèi)，又稱湘桂運(yùn)河或興安陡河。開鑿于西元前214年(秦)。橫亙湘、桂邊境的南嶺山勢(shì)散亂，湘江、漓江上源在此相距很近。興安城附近分水嶺為一列土嶺，寬300～500公尺，相對(duì)高度20～30公尺，兩河水位相差不到6公尺。

第31頁(yè)，課件共99頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月西漢武帝第32頁(yè)，課件共99頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月建武七年（公元三十一年），杜詩(shī)創(chuàng)造了利用水力鼓風(fēng)鑄鐵的機(jī)械水排，這個(gè)水排是中國(guó)古代的一項(xiàng)偉大的發(fā)明，是機(jī)械工程史上的一大發(fā)明，約早于歐洲一千多年。

第33頁(yè)，課件共99頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第34頁(yè)，課件共99頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月流體力學(xué)的西方史阿基米德（Archimedes，公元前287－212）歐美諸國(guó)歷史上有記載的最早從事流體力學(xué)現(xiàn)象研究的是古希臘學(xué)者阿基米德在公元前250年發(fā)表學(xué)術(shù)論文《論浮體》，第一個(gè)闡明了相對(duì)密度的概念，發(fā)現(xiàn)了物體在流體中所受浮力的基本原理──阿基米德原理。

第35頁(yè)，課件共99頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月流體力學(xué)的西方史列奧納德.達(dá).芬奇(十幾個(gè)領(lǐng)域）（Leonardo.da.Vinci,1452－1519）著名物理學(xué)家和藝術(shù)家設(shè)計(jì)建造了一小型水渠，系統(tǒng)地研究了物體的沉浮、孔口出流、物體的運(yùn)動(dòng)阻力以及管道、明渠中水流等問(wèn)題。

斯蒂文（S.Stevin,1548-1620）將用于研究固體平衡的凝結(jié)原理轉(zhuǎn)用到流體上。

伽利略（Galileo,1564-1642）在流體靜力學(xué)中應(yīng)用了虛位移原理，并首先提出，運(yùn)動(dòng)物體的阻力隨著流體介質(zhì)密度的增大和速度的提高而增大。

托里析利（E.Torricelli,1608-1647）論證了孔口出流的基本規(guī)律。

第36頁(yè)，課件共99頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月流體力學(xué)的西方史帕斯卡（B.Pascal,1623-1662）提出了密閉流體能傳遞壓強(qiáng)的原理--帕斯卡原理。牛頓是英國(guó)偉大的數(shù)學(xué)家、物理學(xué)家、天文學(xué)家和自然哲學(xué)家。1642年12月25日生于英格蘭林肯郡格蘭瑟姆附近的沃爾索普村，1727年3月20日在倫敦病逝。牛頓在科學(xué)上最卓越的貢獻(xiàn)是微積分和經(jīng)典力學(xué)的創(chuàng)建。牛頓的成就，恩格斯在《英國(guó)狀況十八世紀(jì)》中概括得最為完整："牛頓由于發(fā)明了萬(wàn)有引力定律而創(chuàng)立了科學(xué)的天文學(xué)，由于進(jìn)行了光的分解而創(chuàng)立了科學(xué)的光學(xué)，由于創(chuàng)立了二項(xiàng)式定理和無(wú)限理論而創(chuàng)立了科學(xué)的數(shù)學(xué)，由于認(rèn)識(shí)了力的本性而創(chuàng)立了科學(xué)的力學(xué)"。

第37頁(yè)，課件共99頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月伯努利（D.Bernoulli，1700－1782）瑞士科學(xué)家在1738年出版的名著《流體動(dòng)力學(xué)》中，建立了流體位勢(shì)能、壓強(qiáng)勢(shì)能和動(dòng)能之間的能量轉(zhuǎn)換關(guān)系──伯努利方程。在此歷史階段，諸學(xué)者的工作奠定了流體靜力學(xué)的基礎(chǔ)，促進(jìn)了流體動(dòng)力學(xué)的發(fā)展。

流體力學(xué)的西方史第38頁(yè)，課件共99頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月流體力學(xué)的西方史

歐拉（L.Euler，1707－1783）是經(jīng)典流體力學(xué)的奠基人，1755年發(fā)表《流體運(yùn)動(dòng)的一般原理》，提出了流體的連續(xù)介質(zhì)模型，建立了連續(xù)性微分方程和理想流體的運(yùn)動(dòng)微分方程，給出了不可壓縮理想流體運(yùn)動(dòng)的一般解析方法。他提出了研究流體運(yùn)動(dòng)的兩種不同方法及速度勢(shì)的概念，并論證了速度勢(shì)應(yīng)當(dāng)滿足的運(yùn)動(dòng)條件和方程。第39頁(yè)，課件共99頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月流體力學(xué)的西方史達(dá)朗伯（J.leR.d‘Alembert,1717－1783）1744年提出了達(dá)朗伯疑題（又稱達(dá)朗伯佯謬），即在理想流體中運(yùn)動(dòng)的物體既沒(méi)有升力也沒(méi)有阻力。從反面說(shuō)明了理想流體假定的局限性。

拉格朗日（J.-L.Lagrange,1736－1813）提出了新的流體動(dòng)力學(xué)微分方程，使流體動(dòng)力學(xué)的解析方法有了進(jìn)一步發(fā)展。嚴(yán)格地論證了速度勢(shì)的存在，并提出了流函數(shù)的概念，為應(yīng)用復(fù)變函數(shù)去解析流體定常的和非定常的平面無(wú)旋運(yùn)動(dòng)開辟了道路。第40頁(yè)，課件共99頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月流體力學(xué)的西方史

弗勞德（W.Froude，1810-1879）對(duì)船舶阻力和搖擺的研究頗有貢獻(xiàn)，他提出了船模試驗(yàn)的相似準(zhǔn)則數(shù)--弗勞德數(shù)，建立了現(xiàn)代船模試驗(yàn)技術(shù)的基礎(chǔ)。

亥姆霍茲（H.vonHelmholtz,1821-1894）和基爾霍夫（G.R.Kirchhoff,1824-1887）對(duì)旋渦運(yùn)動(dòng)和分離流動(dòng)進(jìn)行了大量的理論分析和實(shí)驗(yàn)研究，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力等學(xué)術(shù)成就。第41頁(yè)，課件共99頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月流體力學(xué)的西方史納維（C.-L.-M.-H.Navier）首先提出了不可壓縮粘性流體的運(yùn)動(dòng)微分方程組。斯托克斯（G.G.Stokes）嚴(yán)格地導(dǎo)出了這些方程，并把流體質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)分解為平動(dòng)、轉(zhuǎn)動(dòng)、均勻膨脹或壓縮及由剪切所引起的變形運(yùn)動(dòng)。后來(lái)引用時(shí)，便統(tǒng)稱該方程為納維-斯托克斯方程。納維（L.Navier，1785－1836，法國(guó)）斯托克斯（G.Stokes，1819－1903，英國(guó)））第42頁(yè)，課件共99頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月流體力學(xué)的西方史謝才（A.deChézy法國(guó)

）在1755年便總結(jié)出明渠均勻流公式--謝才公式，一直沿用至今。雷諾（O.Reynolds，1842-1912）1883年用實(shí)驗(yàn)證實(shí)了粘性流體的兩種流動(dòng)狀態(tài)──層流和紊流的客觀存在，找到了實(shí)驗(yàn)研究粘性流體流動(dòng)規(guī)律的相似準(zhǔn)則數(shù)──雷諾數(shù)，以及判別層流和紊流的臨界雷諾數(shù)，為流動(dòng)阻力的研究奠定了基礎(chǔ)。第43頁(yè)，課件共99頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月流體力學(xué)的西方史瑞利（L.J.W.Reyleigh，1842-1919英國(guó)）在相似原理的基礎(chǔ)上，提出了實(shí)驗(yàn)研究的量綱分析法中的一種方法--瑞利法。庫(kù)塔（M.W.Kutta，1867－1944）1902年就曾提出過(guò)繞流物體上的升力理論，但沒(méi)有在通行的刊物上發(fā)表。儒科夫斯基（Н.Е.Жуковский,1847－1921）從1906年起，發(fā)表了《論依附渦流》等論文，找到了翼型升力和繞翼型的環(huán)流之間的關(guān)系，建立了二維升力理論的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)。他還研究過(guò)螺旋槳的渦流理論以及低速翼型和螺旋槳槳葉剖面等。他的研究成果，對(duì)空氣動(dòng)力學(xué)的理論和實(shí)驗(yàn)研究都有重要貢獻(xiàn)，為近代高效能飛機(jī)設(shè)計(jì)奠定了基礎(chǔ)。第44頁(yè)，課件共99頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月流體力學(xué)的西方史普朗特（L.Prandtl，1875－1953）建立了邊界層理論，解釋了阻力產(chǎn)生的機(jī)制。以后又針對(duì)航空技術(shù)和其他工程技術(shù)中出現(xiàn)的紊流邊界層，提出混合長(zhǎng)度理論。1918-1919年間，論述了大展弦比的有限翼展機(jī)翼理論，對(duì)現(xiàn)代航空工業(yè)的發(fā)展作出了重要的貢獻(xiàn)。

卡門（T.vonKármán，1881-1963）在1911-1912年連續(xù)發(fā)表的論文中，提出了分析帶旋渦尾流及其所產(chǎn)生的阻力的理論，人們稱這種尾渦的排列為卡門渦街。在1930年的論文中，提出了計(jì)算紊流粗糙管阻力系數(shù)的理論公式。嗣后，在紊流邊界層理論、超聲速空氣動(dòng)力學(xué)、火箭及噴氣技術(shù)等方面都有不少貢獻(xiàn)第45頁(yè)，課件共99頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月流體力學(xué)的西方史布拉休斯（H.Blasius）在1913年發(fā)表的論文中，提出了計(jì)算紊流光滑管阻力系數(shù)的經(jīng)驗(yàn)公式。伯金漢（E.Buckingham）在1914年發(fā)表的《在物理的相似系統(tǒng)中量綱方程應(yīng)用的說(shuō)明》論文中，提出了著名的π定理，進(jìn)一步完善了量綱分析法。尼古拉茲（J.Nikuradze）在1933年發(fā)表的論文中，公布了他對(duì)砂粒粗糙管內(nèi)水流阻力系數(shù)的實(shí)測(cè)結(jié)果--尼古拉茲曲線，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(yīng)有的系數(shù)。第46頁(yè)，課件共99頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月流體力學(xué)的西方史科勒布茹克（C.F.Colebrook）在1939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)系在一起的過(guò)渡區(qū)阻力系數(shù)計(jì)算公式。莫迪（L.F.Moody）在1944年發(fā)表的論文中，給出了他繪制的實(shí)用管道的當(dāng)量糙粒阻力系數(shù)圖--莫迪圖。至此，有壓管流的水力計(jì)算已漸趨成熟。第47頁(yè)，課件共99頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月EXITF-22流體力學(xué)在各領(lǐng)域中的應(yīng)用第48頁(yè)，課件共99頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第49頁(yè)，課件共99頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第50頁(yè)，課件共99頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月使重量超過(guò)3百噸，面積達(dá)半個(gè)足球場(chǎng)的大型民航客機(jī)，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。EXIT第51頁(yè)，課件共99頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月利用超高速氣體動(dòng)力學(xué)，物理化學(xué)流體力學(xué)和稀薄氣體力學(xué)的研究成果，人類制造出航天飛機(jī)，建立太空站，實(shí)現(xiàn)了人類登月的夢(mèng)想。EXIT第52頁(yè)，課件共99頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月排水量達(dá)50萬(wàn)噸以上的超大型運(yùn)輸船；EXIT第53頁(yè)，課件共99頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月航速達(dá)45節(jié)，深潛達(dá)數(shù)百米的核動(dòng)力潛艇；EXIT第54頁(yè)，課件共99頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月地效翼艇時(shí)速達(dá)200公里的新型地效艇等，它們的設(shè)計(jì)都建立在水動(dòng)力學(xué)，船舶流體力學(xué)的基礎(chǔ)之上。EXIT第55頁(yè)，課件共99頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月發(fā)展更快更安全更舒適的交通工具；EXIT第56頁(yè)，課件共99頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月EXIT保時(shí)捷，最高車速達(dá)到330km/h，0至100km/h僅為3.9秒，F(xiàn)1賽車速度可達(dá)到400km/h以上第57頁(yè)，課件共99頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月EXIT這輛史無(wú)前例的跑車裝備了一臺(tái)8.0升的W16發(fā)動(dòng)機(jī)，擁有64氣門(每缸4氣門)和4個(gè)渦輪增壓器，最高速度可以超過(guò)400km/h，價(jià)格4300萬(wàn)法國(guó)布加迪

第58頁(yè)，課件共99頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月流體力學(xué)在工程中的應(yīng)用能源動(dòng)力發(fā)動(dòng)機(jī)四沖程WindTurbine第59頁(yè)，課件共99頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月能源動(dòng)力飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)蒸汽機(jī)車第60頁(yè)，課件共99頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

用翼柵及高溫，化學(xué)，多相流動(dòng)理論設(shè)計(jì)制造成功大型汽輪機(jī)，水輪機(jī)，渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)等動(dòng)力機(jī)械，為人類提供單機(jī)達(dá)百萬(wàn)千瓦的強(qiáng)大動(dòng)力。汽輪機(jī)葉片EXIT第61頁(yè)，課件共99頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月用翼柵及高溫，化學(xué)，多相流動(dòng)理論設(shè)計(jì)制造成功大型氣輪機(jī)，水輪機(jī)，渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)等動(dòng)力機(jī)械，為人類提供單機(jī)達(dá)百萬(wàn)千瓦的強(qiáng)大動(dòng)力。水輪機(jī)EXIT第62頁(yè)，課件共99頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月建筑與環(huán)境楊浦大橋節(jié)能型建筑第63頁(yè)，課件共99頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月大型水利樞紐工程，超高層建筑，大跨度橋梁等的設(shè)計(jì)和建造離不開水力學(xué)和風(fēng)工程。EXIT第64頁(yè)，課件共99頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月大型水利樞紐工程，超高層建筑，大跨度橋梁等的設(shè)計(jì)和建造離不開水力學(xué)和風(fēng)工程。楊浦大橋EXIT第65頁(yè)，課件共99頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月大型水利樞紐工程，超高層建筑，大跨度橋梁等的設(shè)計(jì)和建造離不開水力學(xué)和風(fēng)工程。EXIT第66頁(yè)，課件共99頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月21世紀(jì)人類面臨許多重大問(wèn)題的解決，需要流體力學(xué)的進(jìn)一步發(fā)展，它們涉及人類的生存和生活質(zhì)量的提高。全球氣象預(yù)報(bào)；（衛(wèi)星云圖）EXIT第67頁(yè)，課件共99頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月災(zāi)害預(yù)報(bào)與控制；EXIT氣象科學(xué)第68頁(yè)，課件共99頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月流體力學(xué)需要與其他學(xué)科交叉，如工程學(xué)，地學(xué)，天文學(xué)，物理學(xué)，材料科學(xué)，生命科學(xué)等，在學(xué)科交叉中開拓新領(lǐng)域，建立新理論，創(chuàng)造新方法。毛細(xì)血管流動(dòng)EXIT第69頁(yè)，課件共99頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月環(huán)境控制污水凈化設(shè)備模型電廠冷卻塔第70頁(yè)，課件共99頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月生物仿生學(xué)信天翁滑翔

應(yīng)用廣泛已派生出很多新的分支:電磁流體力學(xué)、生物流體力學(xué)化學(xué)流體力學(xué)、地球流體力學(xué)高溫氣體動(dòng)力學(xué)、非牛頓流體力學(xué)爆炸力學(xué)、流變學(xué)、計(jì)算流體力學(xué)等第71頁(yè)，課件共99頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月教學(xué)參考書

[1]莫乃榕，工程流體力學(xué)，華中理工大學(xué)出版社，2000

[2]周光迥等，流體力學(xué)（上、下冊(cè)），高等教育出版社，

2000.6（第二版）教學(xué)時(shí)數(shù)

講授：64學(xué)時(shí)；實(shí)驗(yàn)：4學(xué)時(shí)；課外：88學(xué)時(shí)

習(xí)題總量：40道成績(jī)?cè)u(píng)定

期終筆試占70%（試題庫(kù)）

平時(shí)成績(jī)占30%（到課情況、作業(yè)與實(shí)驗(yàn)完成情況）第72頁(yè)，課件共99頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月§1-1流體力學(xué)的研究任務(wù)

和研究方法研究對(duì)象:靜止或運(yùn)動(dòng)流體的壓強(qiáng)分布、速度分布、流體對(duì)固體的作用力

研究任務(wù):

解決工程中所遇到的各種流體力學(xué)問(wèn)題

研究方法:

實(shí)驗(yàn)研究、理論分析、數(shù)值計(jì)算第73頁(yè)，課件共99頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

實(shí)驗(yàn)研究

實(shí)物實(shí)驗(yàn)、模型實(shí)驗(yàn)

優(yōu)點(diǎn)：發(fā)現(xiàn)新現(xiàn)象、新原理，驗(yàn)證其它方法得到的結(jié)論

缺點(diǎn)：普適性差理論分析

建立方程組與定解條件－求解析解－算例驗(yàn)證

優(yōu)點(diǎn)：普適性好

缺點(diǎn)：數(shù)學(xué)難度大，分析解有限數(shù)值計(jì)算

確定方程組與定解條件－選用適當(dāng)數(shù)值方法－算例編程計(jì)算

優(yōu)點(diǎn)：應(yīng)用面廣泛，結(jié)果直觀－－數(shù)值實(shí)驗(yàn)

缺點(diǎn)：近似性、不穩(wěn)定性（有限差分法、有限元法、有限體積法、邊界元法、譜分析法等）第74頁(yè)，課件共99頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月隔熱層耐火層隔熱層發(fā)熱棒磚坯對(duì)稱面A對(duì)稱面B1/4電窯物理模型0XYZ第75頁(yè)，課件共99頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月數(shù)學(xué)模型

式中：T為溫度，為導(dǎo)熱系數(shù)，為發(fā)熱棒傳給控制單元的焦耳熱。

單值性條件

第76頁(yè)，課件共99頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月B電窯內(nèi)磚坯整體溫度分布（關(guān)系式的圖形表達(dá)）第77頁(yè)，課件共99頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月§1-2連續(xù)介質(zhì)假設(shè)連續(xù)介質(zhì)假設(shè)：

流體由流體質(zhì)點(diǎn)（微團(tuán)）組成，流體質(zhì)點(diǎn)充滿一個(gè)空間體積時(shí)不留任何空隙，流體質(zhì)點(diǎn)仍由大量分子構(gòu)成，流體質(zhì)點(diǎn)所攜帶的物理量是構(gòu)成質(zhì)點(diǎn)的分子物理量的統(tǒng)計(jì)平均值，因而其物理量是連續(xù)分布函數(shù)。優(yōu)點(diǎn)：

連續(xù)函數(shù)可用微積分等數(shù)學(xué)工具來(lái)處理。分子質(zhì)點(diǎn)第78頁(yè)，課件共99頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月從密度談起密度物質(zhì)由分子組成，分子間有空隙.如果Δτ取在空隙里,ρ將為0.如果取在分子內(nèi),ρ將變得很大.因此,Δτ只能趨于一個(gè)比較小的值δV,這個(gè)δV

應(yīng)該是宏觀上足夠小,微觀上足夠大。δV

稱為流體微團(tuán)的體積，稱為流體質(zhì)點(diǎn).第79頁(yè)，課件共99頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月連續(xù)介質(zhì)模型適用于一般工程流體常溫常壓下，空氣分子數(shù)為：2.7×1016個(gè)分子/mm3.在10-9mm3體積內(nèi)，有空氣分子2.7×107個(gè)，足夠多的分子使流體的物理量仍具有統(tǒng)計(jì)平均的性質(zhì)連續(xù)介質(zhì)模型在稀薄氣體中不適用第80頁(yè)，課件共99頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月§1-3流體的密度密度：?jiǎn)挝惑w積內(nèi)的流體所具有的質(zhì)量，記作ρ，單位是kg/m3.均質(zhì)流體中：ρ=M/V

非均質(zhì)流體中：ρ=dM/dV

液體：ρ=常數(shù)，如水：ρ=1000kg/m3完全氣體：ρ=P/RT，

如干空氣：0℃時(shí)，ρ=1.293kg/m3重度：＝G/V＝g,g=9.80665m/s2第81頁(yè)，課件共99頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月密度與壓強(qiáng)和溫度有關(guān)例如：空氣狀態(tài)方程p=ρRT或pv=RT，

v：比容,v=1/ρ溫度T和壓強(qiáng)P的變化，都會(huì)引起密度的變化.相對(duì)變化率：第82頁(yè)，課件共99頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月膨脹系數(shù)與彈性系數(shù)體積壓縮系數(shù)流體的壓縮性

在一定的溫度下，單位壓強(qiáng)增量引起的體積變化率定義為流體的壓縮性系數(shù)，其值越大，流體越容易壓縮，反之，不容易壓縮。第83頁(yè)，課件共99頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月膨脹系數(shù)與彈性系數(shù)體積彈性系數(shù)其值越大，流體越不容易壓縮，反之，就容易壓縮。第84頁(yè)，課件共99頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月流體的膨脹性熱膨脹系數(shù)當(dāng)壓強(qiáng)一定時(shí)，流體溫度變化體積改變的性質(zhì)稱為流體的膨脹性，膨脹性的大小用溫度膨脹系數(shù)來(lái)表示?？蓧嚎s流體和不可壓縮流體氣體和液體都是可壓縮的，通常將氣體視為可壓縮流體，液體視為不可壓縮流體。水下爆炸：水也要視為可壓縮流體；當(dāng)氣體流速比較低時(shí)也可以視為不可壓縮流體。

第85頁(yè)，課件共99頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月§1-4流體的粘性

牛頓粘性實(shí)驗(yàn)：兩平板間充滿粘性液體，下板不動(dòng)，上板以常速U運(yùn)動(dòng)，實(shí)驗(yàn)表明，與上板接觸的液體以速度U隨上板運(yùn)動(dòng)，近貼下板的液體的速度為零。兩板間的液體的速度呈線性分布。施加的力F，與速度U成正比，與上板面積A正比，與距離h成反比，

粘性:流體抵抗變形的能力第86頁(yè)，課件共99頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月粘性的表現(xiàn)第87頁(yè)，課件共99頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月力：牛頓粘性實(shí)驗(yàn)切應(yīng)力：如速度不是線性分布，則：

為速度梯度，μ稱為動(dòng)力粘性系數(shù)，單位是N·S/m2（或Pa·S）．=μ/ρ稱為運(yùn)動(dòng)粘性系數(shù)，單位是m2/S第88頁(yè)，課件共99頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月液體和氣體的粘性粘性產(chǎn)生的原因：①分子之間的內(nèi)聚力②流體層之間因?yàn)榉肿舆\(yùn)動(dòng)引起的動(dòng)量交換液體的粘性主要取決于分子內(nèi)聚力，溫度升高時(shí)，內(nèi)聚力降低，粘性系數(shù)變小氣體的粘性主要取決于分子的動(dòng)量交換，溫度升高時(shí)，分子的動(dòng)量交換加強(qiáng)，粘性系數(shù)變大。③所以是內(nèi)部力－－內(nèi)摩擦力第89頁(yè)，課件共99頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月粘性系數(shù)的經(jīng)驗(yàn)關(guān)系式水：氣體：其中：t為攝式溫度，oC；T為絕對(duì)溫度，K對(duì)不同氣體，0、c的取值不同。第90頁(yè)，課件共99頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月牛頓流體與非牛頓流體定義