流體力學(xué)結(jié)課論文

1、談流體力學(xué)的研究?jī)?nèi)容及發(fā)展簡(jiǎn)史流體力學(xué)是力學(xué)的一個(gè)獨(dú)立分支，是一門(mén)研究流體的平衡和流體機(jī)械運(yùn)動(dòng)規(guī)律及其實(shí)際應(yīng)用的技術(shù)科學(xué)，在許多工業(yè)部門(mén)中都有著廣泛應(yīng)用，航空工業(yè)中飛機(jī)的制造離不開(kāi)空氣動(dòng)力學(xué)；造船工業(yè)部門(mén)要用到水動(dòng)力學(xué)，與土建類各專業(yè)有著更加密切的關(guān)系，了解流體動(dòng)力學(xué)的研究?jī)?nèi)容及發(fā)展簡(jiǎn)史對(duì)學(xué)習(xí)流體力學(xué)知識(shí)具有的一定的引導(dǎo)作用，為以后的學(xué)習(xí)鋪設(shè)臺(tái)階，引起學(xué)習(xí)的興趣。流體力學(xué)的研究?jī)?nèi)容流體是氣體和液體的總稱。在人們的生活和生產(chǎn)活動(dòng)中隨時(shí)隨地都可遇到流體，所以流體力學(xué)是與人類日常生活和生產(chǎn)事業(yè)密切相關(guān)的。大氣和水是最常見(jiàn)的兩種流體，大氣包圍著整個(gè)地球，地球表面的70%是水面。大氣運(yùn)動(dòng)、海水運(yùn)動(dòng)(包括

2、波浪、潮汐、中尺度渦旋、環(huán)流等)乃至地球深處熔漿的流動(dòng)都是流體力學(xué)的研究?jī)?nèi)容。 流體力學(xué)既包含自然科學(xué)的基礎(chǔ)理論，又涉及工程技術(shù)科學(xué)方面的應(yīng)用。此外，如從流體作用力的角度，則可分為流體靜力學(xué)、流體運(yùn)動(dòng)學(xué)和流體動(dòng)力學(xué)；從對(duì)不同“力學(xué)模型”的研究來(lái)分，則有理想流體動(dòng)力學(xué)、粘性流體動(dòng)力學(xué)、不可壓縮流體動(dòng)力學(xué)、可壓縮流體動(dòng)力學(xué)和非牛頓流體力學(xué)等。在流體力學(xué)中為簡(jiǎn)化計(jì)算，對(duì)流體模型做出了假設(shè)：質(zhì)量守恒;動(dòng)量守恒;能量守恒。在流體力學(xué)中常會(huì)假設(shè)流體是不可壓縮流體，也就是流體的密度為一定值。液體可以算是不可壓縮流體，氣體則不是。有時(shí)也會(huì)假設(shè)流體的黏度為零，此時(shí)流體即為非粘性流體。氣體常常可視為非粘性流體。若

3、流體黏度不為零，而且流體被容器包圍（如管子），則在邊界處流體的速度為零。流體的主要物理性質(zhì)：1、流體：只能承受壓力，一般不能承受拉力與抵抗拉伸變形。液體有一定的體積，存在一個(gè)自由液面；氣體能充滿任意形狀的容器，無(wú)一定的體積，不存在自由液面。2、流體的連續(xù)介質(zhì)模型 微觀：流體是由大量做無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng)的分子組成的，分子之間存在空隙，但在標(biāo)準(zhǔn)狀況下，1cm3液體中含有3.31022個(gè)左右的分子，相鄰分子間的距離約為3.110-8cm。1cm3氣體中含有2.71019個(gè)左右的分子，相鄰分子間的距離約為3.210-7cm。 宏觀：考慮宏觀特性，在流動(dòng)空間和時(shí)間上所采用的一切特征尺度和特征時(shí)間都比分子距離和分

4、子碰撞時(shí)間大得多。連續(xù)介質(zhì)模型（continuum continuous medium model）：把流體視為沒(méi)有間隙地充滿它所占據(jù)的整個(gè)空間的一種連續(xù)介質(zhì)，且其所有的物理量都是空間坐標(biāo)和時(shí)間的連續(xù)函數(shù)的一種假設(shè)模型：u =u(t,x,y,z)。3、慣性 一切物質(zhì)都具有質(zhì)量，流體也部例外。質(zhì)量是物質(zhì)的基本屬性之一，是物體慣性大小的量度，質(zhì)量越大，慣性也越大。單位體積流體的質(zhì)量稱為密度（density），單位：kg/m3。對(duì)于均質(zhì)流體，設(shè)其體積為V，質(zhì)量m ，則為密度: 對(duì)于非均質(zhì)流體，密度隨點(diǎn)而異。若取包含某點(diǎn)在內(nèi)的體積，其中質(zhì)量，則該點(diǎn)密度需要用極限方式表示4、壓縮性 流體的可壓縮性（co

5、mpressibility）：作用在流體上的壓力變化可引起流體的體積變化或密度變化，這一現(xiàn)象稱為流體的可壓縮性。壓縮性可用體積壓縮率來(lái)量度。5、粘度（1）粘性 粘性：即在運(yùn)動(dòng)的狀態(tài)下，流體所產(chǎn)生的抵抗剪切變形的性質(zhì)。（2）粘度 流體的粘度：粘性大小由粘度來(lái)量度。流體的粘度是由流動(dòng)流體的內(nèi)聚力和分子的動(dòng)量交換所引起的。 運(yùn)動(dòng)粘度：又稱相對(duì)粘度、運(yùn)動(dòng)粘性系數(shù)。 (m2/s) (1-4) 水的運(yùn)動(dòng)粘度通?？捎媒?jīng)驗(yàn)公式計(jì)算： (cm2/s) 式中，t為水溫，單位：C。流體力學(xué)的發(fā)展簡(jiǎn)史流體力學(xué)的萌芽，是自距今約2200年以前，西西里島的希臘學(xué)者阿基米德寫(xiě)的“論浮體”一文開(kāi)始的。 他對(duì)靜止時(shí)的液體力學(xué)性

6、質(zhì)作了第一次科學(xué)總結(jié)。流體力學(xué)的主要發(fā)展是從牛頓時(shí)代開(kāi)始的，1687年牛頓在名著自然哲學(xué)的數(shù)學(xué)原理中討論了流體的阻力、波浪運(yùn)動(dòng)，等內(nèi)容，使流體力學(xué)開(kāi)始成為力學(xué)中的一個(gè)獨(dú)立分支。此后，流體力學(xué)的發(fā)展主要經(jīng)歷了三個(gè)階段：伯努利所提出的液體運(yùn)動(dòng)的能量估計(jì)及歐拉所提出的液體運(yùn)動(dòng)的解析方法，為研究液體運(yùn)動(dòng)的規(guī)律奠定了理論基礎(chǔ)，從而在此基礎(chǔ)上形成了一門(mén)屬于數(shù)學(xué)的古典“水動(dòng)力學(xué)”（或古典“流體力學(xué)”）。 在古典“水動(dòng)力學(xué)”的基礎(chǔ)上納維和斯托克思提出了著名的實(shí)際粘性流體的基本運(yùn)動(dòng)方程N(yùn)-S方程。 從而為流體力學(xué)的長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展奠定了理論基礎(chǔ)。但由于其所用數(shù)學(xué)的復(fù)雜性和理想流體模型的局限性，不能滿意地解決工程問(wèn)題，故

7、形成了以實(shí)驗(yàn)方法來(lái)制定經(jīng)驗(yàn)公式的“實(shí)驗(yàn)流體力學(xué)”。但由于有些經(jīng)驗(yàn)公式缺乏理論基礎(chǔ)，使其應(yīng)用范圍狹窄，且無(wú)法繼續(xù)發(fā)展。 從19世紀(jì)末起，人們將理論分析方法和實(shí)驗(yàn)分析方法相結(jié)合，以解決實(shí)際問(wèn)題，同時(shí)古典流體力學(xué)和實(shí)驗(yàn)流體力學(xué)的內(nèi)容也不斷更新變化，如提出了相似理論和量綱分析，邊界層理論和紊流理論等，在此基礎(chǔ)上，最終形成了理論與實(shí)踐并重的研究實(shí)際流體模型的現(xiàn)代流體力學(xué)。在20世紀(jì)60年代以后，由于計(jì)算機(jī)的發(fā)展與普及，流體力學(xué)的應(yīng)用更是日益廣泛。 其他重要的科學(xué)家：李冰、達(dá)芬奇主要的流體力學(xué)事件有：1738年瑞士數(shù)學(xué)家：伯努利在名著流體動(dòng)力學(xué)中提出了伯努利方程。 1755年歐拉在名著流體運(yùn)動(dòng)的一般原理中

8、提出理想流體概念，并建立了理想流體基本方程和連續(xù)方程，從而提出了流體運(yùn)動(dòng)的解析方法，同時(shí)提出了速度勢(shì)的概念。 1781年拉格朗日首先引進(jìn)了流函數(shù)的概念。 1826年法國(guó)工程師納維，1845年英國(guó)數(shù)學(xué)家、物理學(xué)家斯托克思提出了著名的N-S方程。 1876年雷諾發(fā)現(xiàn)了流體流動(dòng)的兩種流態(tài)：層流和紊流。 1858年亥姆霍茲指出了理想流體中旋渦的許多基本性質(zhì)及旋渦運(yùn)動(dòng)理論，并于1887年提出了脫體繞流理論。 19世紀(jì)末，相似理論提出，實(shí)驗(yàn)和理論分析相結(jié)合。 1904年普朗特提出了邊界層理論。 20世紀(jì)60年代以后，計(jì)算流體力學(xué)得到了迅速的發(fā)展。流體力學(xué)內(nèi)涵不斷地得到了充實(shí)與提高。 流體力學(xué)的展望 從阿基米德到現(xiàn)在的二千多年，特別是從20世紀(jì)以來(lái)，流體力學(xué)已發(fā)展成為基礎(chǔ)科學(xué)體系的一部分，同時(shí)又在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、交通運(yùn)輸、天文學(xué)、地學(xué)、生物學(xué)、醫(yī)學(xué)等方面得到廣泛應(yīng)用。 今后，人們一方面將根據(jù)工程技術(shù)方面的需要進(jìn)行流體力學(xué)應(yīng)用性的研究，另一方面將更深入地開(kāi)展基礎(chǔ)研究以探求流體的復(fù)雜流動(dòng)規(guī)律和機(jī)理。后一方面主要包括：通過(guò)湍流的理論和實(shí)驗(yàn)研究，了解其結(jié)構(gòu)并建立計(jì)算模式；多相流動(dòng)；流體和結(jié)構(gòu)物的相互作用；邊界層流動(dòng)和分離；