流體力學(xué)第一章

流體力學(xué)

（第一章緒論）同濟(jì)大學(xué)汽車學(xué)院目錄第一章緒論第二章流體的物理性質(zhì)及作用力第三章流體靜力學(xué)第四章流體運(yùn)動(dòng)學(xué)第五章流體動(dòng)力學(xué)的基本原理第六章理想流體的無(wú)旋流動(dòng)和有旋流動(dòng)第七章相似原理和量綱分析第八章粘性流體力學(xué)第九章氣體動(dòng)力學(xué)第一章緒論§1流體力學(xué)的任務(wù)§2流體力學(xué)的研究對(duì)象§3流體力學(xué)的研究方法§4流體力學(xué)發(fā)展簡(jiǎn)史§5流體力學(xué)的應(yīng)用領(lǐng)域§1流體力學(xué)的任務(wù)何謂流體、流體力學(xué)？

流體是這樣一種變形體，當(dāng)對(duì)它施加剪切外力時(shí)，不論此外力如何之小，它總會(huì)發(fā)生變形，且不斷地繼續(xù)變形下去。這種不斷繼續(xù)變形的運(yùn)動(dòng)，就稱為流動(dòng)。所以，流體就是在剪切外力作用下會(huì)發(fā)生流動(dòng)的物體，它不能在承受剪切力的同時(shí)，使自己保持靜止?fàn)顟B(tài)。液體和氣體都具有這種共性，故統(tǒng)稱為流體?！?流體力學(xué)的任務(wù)

流體與固體的區(qū)別1、固體具有確定的形狀，當(dāng)施加一定外力時(shí)固體要發(fā)生變形，但變形量達(dá)到一定程度時(shí)其內(nèi)部的變形抗力就會(huì)阻止固體繼續(xù)變形．因此，固體不呈現(xiàn)流動(dòng)性。2、流體是根據(jù)它的邊界形狀變化而變化。3、流體和彈性固體都是變形體，它們之間的區(qū)別只在于當(dāng)外力作用時(shí)，變形的方式不同而已。流體和固體它們有著完全確定而又互不相同的力學(xué)特性

§1流體力學(xué)的任務(wù)流體力學(xué)是研究流體平衡和運(yùn)動(dòng)規(guī)律的科學(xué)。流體力學(xué)的基本任務(wù)在于：

1、研究流體平衡時(shí)的條件極其壓強(qiáng)分布規(guī)律

2、研究流體繞過(guò)物體或流過(guò)流道時(shí)的速度分布、壓力分布規(guī)律。

3、研究流體與固體壁面之間的的相互作用。如管道阻力、機(jī)翼的升力與阻力問(wèn)題等。

§1流體力學(xué)的任務(wù)2）為什么要學(xué)流體力學(xué)？1、流體力學(xué)既是一門基礎(chǔ)科學(xué)，又是一門緊隨現(xiàn)代工業(yè)革命和技術(shù)革命而蓬勃發(fā)展起來(lái)的一門新興應(yīng)用科學(xué)，它所包含的知識(shí)涉及各個(gè)領(lǐng)域。從水利工程、動(dòng)力工程、機(jī)械工程到航空工程、汽車工程與橋梁工程；從化學(xué)工程、生物工程到醫(yī)學(xué)工程等無(wú)一不與流體力學(xué)基本知識(shí)有關(guān)。事實(shí)上，很難找得到與流體力學(xué)無(wú)關(guān)的專業(yè)學(xué)科及工程領(lǐng)域。2、在動(dòng)力機(jī)械、汽車、航空航天、航海、發(fā)電、石油化工等領(lǐng)域內(nèi)，流體力學(xué)是科技人員必須掌握的理論基礎(chǔ)。3、掌握了流體力學(xué)基本知識(shí)就能夠更加容易進(jìn)入到相關(guān)的工程技術(shù)領(lǐng)域?！?流體力學(xué)的任務(wù)3）如何才能學(xué)好流體力學(xué)？A、流體力學(xué)分類：流體力學(xué)理論流體力學(xué)工程流體力學(xué)實(shí)驗(yàn)流體力學(xué)計(jì)算流體力學(xué)流體力學(xué)新分支§1流體力學(xué)的任務(wù)1、理論流體力學(xué)主要采用嚴(yán)密的數(shù)學(xué)推理方法，力求準(zhǔn)確性和嚴(yán)密性。2、工程流體力學(xué)側(cè)重于解決工程實(shí)際中的問(wèn)題，而不一味追求數(shù)學(xué)上的嚴(yán)密性。3、實(shí)驗(yàn)流體力學(xué)采用試驗(yàn)的方法研究解決工程實(shí)際問(wèn)題，驗(yàn)證理論推導(dǎo)。4、計(jì)算流體力學(xué)利用計(jì)算機(jī)高速、大容量的計(jì)算特點(diǎn)來(lái)對(duì)流體力學(xué)問(wèn)題進(jìn)行數(shù)值仿真。實(shí)驗(yàn)流體力學(xué)實(shí)驗(yàn)流體力學(xué)低速空氣動(dòng)力學(xué)風(fēng)洞試驗(yàn)實(shí)驗(yàn)流體力學(xué)低速空氣動(dòng)力學(xué)風(fēng)洞試驗(yàn)建筑風(fēng)環(huán)境試驗(yàn)實(shí)驗(yàn)流體力學(xué)高速空氣動(dòng)力學(xué)風(fēng)洞試驗(yàn)實(shí)驗(yàn)流體力學(xué)戰(zhàn)機(jī)低空超音速飛行ModellwindkanalAusbildungderStudierenden實(shí)驗(yàn)流體力學(xué)汽車空氣動(dòng)力學(xué)風(fēng)洞試驗(yàn)汽車模型風(fēng)洞觀察窗實(shí)驗(yàn)流體力學(xué)汽車空氣動(dòng)力學(xué)風(fēng)洞試驗(yàn)ModellwindkanalTestenvonneuenTechnologien實(shí)驗(yàn)流體力學(xué)汽車空氣動(dòng)力學(xué)風(fēng)洞試驗(yàn)AeroakustischerFahrzeugwindkanaldesIVKMessstreckemitFahrzeugfürAkustikmessung實(shí)驗(yàn)流體力學(xué)汽車空氣動(dòng)力學(xué)風(fēng)洞試驗(yàn)IVKAeroacousticWindTunnelwith5-BeltRoad-SimulationSystem實(shí)驗(yàn)流體力學(xué)汽車空氣動(dòng)力學(xué)風(fēng)洞試驗(yàn)汽車接地負(fù)荷試驗(yàn)汽車高速行駛時(shí)的淋雨試驗(yàn)汽車和軌道車輛側(cè)風(fēng)穩(wěn)定性試驗(yàn)實(shí)驗(yàn)流體力學(xué)地效飛行器空氣動(dòng)力學(xué)風(fēng)洞試驗(yàn)計(jì)算流體力學(xué)計(jì)算流體力學(xué)計(jì)算流體力學(xué)計(jì)算流體力學(xué)計(jì)算流體力學(xué)計(jì)算流體力學(xué)軸流式壓縮機(jī)葉輪葉柵流場(chǎng)計(jì)算計(jì)算流體力學(xué)離心式壓縮機(jī)葉輪流場(chǎng)計(jì)算§1流體力學(xué)的任務(wù)B、流體力學(xué)涉及的基礎(chǔ)知識(shí)面

流體力學(xué)涉及的基礎(chǔ)知識(shí)有高等數(shù)學(xué)、理論力學(xué)、工程熱力學(xué)、傳熱學(xué)等。C、流體力學(xué)的學(xué)習(xí)方法

流體力學(xué)作為一門技術(shù)基礎(chǔ)課，學(xué)習(xí)時(shí)必須著重于掌握基本概念、基本理論、基本計(jì)算方法和實(shí)驗(yàn)技能，通過(guò)作業(yè)了解流體力學(xué)的基本理論在工程實(shí)際中的應(yīng)用。在學(xué)習(xí)中培養(yǎng)自己分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力。

§2流體力學(xué)的研究對(duì)象流體力學(xué)研究的對(duì)象是流體，包括液體和氣體，它已經(jīng)涉及到物質(zhì)三態(tài)中的兩態(tài)。物質(zhì)三態(tài)的區(qū)別：1、固體有一定的體積和一定的形狀。2、液體有一定的體積而無(wú)一定的形狀，與氣體介質(zhì)相接觸的表面成為自由面；與不相混合的液體相接觸的表面成為分界面。3、氣體既無(wú)一定的體積也無(wú)一定的形狀。充滿容器的整個(gè)空間，無(wú)自由表面。低速流動(dòng)時(shí)，氣體的壓縮性不明顯，高速流動(dòng)時(shí)（0.3馬赫以上），則氣體的壓縮性不可忽略?！?流體力學(xué)的研究對(duì)象流體的力學(xué)模型：1、流體是由無(wú)窮多個(gè)、無(wú)窮小的、緊密毗鄰、連綿不斷的流體質(zhì)點(diǎn)所組成的一種絕無(wú)間隙的連續(xù)介質(zhì)。2、流體質(zhì)點(diǎn)是由流體分子所組成，但它不反映個(gè)別分子的運(yùn)動(dòng)，而反映的是整體流體分子運(yùn)動(dòng)的統(tǒng)計(jì)平均特性。3、流體質(zhì)點(diǎn)的特點(diǎn)是，它的尺度相對(duì)分子結(jié)構(gòu)足夠大，而與所研究的流體空間相比是足夠小。4、用連續(xù)介質(zhì)模型來(lái)代替所研究的流體時(shí)，則流體中的一切力學(xué)特性，如速度、壓強(qiáng)、密度等可看作為空間位置坐標(biāo)的連續(xù)函數(shù)，這樣便可順利地利用數(shù)學(xué)工具來(lái)求解流體力學(xué)問(wèn)題?！?流體力學(xué)的研究對(duì)象粘彈體、粘塑體

實(shí)際上世界上還存在這樣的物體，既不能用流體，也不能用固體來(lái)表述它們的力學(xué)性質(zhì)。（比如，有些樹膠和油漆，長(zhǎng)期靜置后，會(huì)呈現(xiàn)固體的力學(xué)性態(tài)；如果加以搖晃或攪拌，就又顯示出流動(dòng)性）另外、有些高分子聚合物競(jìng)同時(shí)呈現(xiàn)流體和固體雙重力學(xué)特性．對(duì)于這些物質(zhì)，力學(xué)上就只能另提新的模型來(lái)描述它們了，于是也就有了粘彈體、粘塑體等等概念，出現(xiàn)了粘彈性力學(xué)和粘塑性力學(xué)等新的變形體力學(xué)分支·

§3流體力學(xué)的研究方法

流體力學(xué)作為一門技術(shù)科學(xué)，其研究方法當(dāng)然包括實(shí)驗(yàn)觀測(cè)和理論分析兩個(gè)方面，也遵循著“實(shí)踐一理論一再實(shí)踐”的基本規(guī)律。其研究過(guò)程可大致分為：1）對(duì)自然界和生產(chǎn)實(shí)踐中出現(xiàn)的流體力學(xué)現(xiàn)象進(jìn)行觀察、研究，從中找出共性的問(wèn)題作為研究課題；2）建立力學(xué)模型，對(duì)自然現(xiàn)象和實(shí)踐問(wèn)題進(jìn)行研究、認(rèn)識(shí)，從中找出主要因數(shù)，忽略次要引述，建立抽象的數(shù)學(xué)模型；3）對(duì)數(shù)學(xué)模型進(jìn)行理論分析和實(shí)驗(yàn)研究?？偨Y(jié)并驗(yàn)證基本規(guī)律，形成理論；4）以得到的基本理論去指導(dǎo)和預(yù)言實(shí)踐，并在實(shí)踐中檢驗(yàn)、修正理論是其完善。§4流體力學(xué)發(fā)展簡(jiǎn)史阿基米德（公元前287年-公元前212年）液體平衡理論、物體浮力理論牛頓（1642年-1727年）討論流體阻力問(wèn)題、波浪運(yùn)動(dòng)伯努利（1700年-1783年）建立流體運(yùn)動(dòng)時(shí)機(jī)械能守恒伯努利方程歐拉（1707年-1783年）建立了理想流體運(yùn)動(dòng)方程、連續(xù)性方程拉格朗日（1736年-1813年）采用復(fù)數(shù)方法研究理想流平面流動(dòng)納維—斯托克斯（1785年-1836年）粘性流體運(yùn)動(dòng)理論普朗特（1875年-1953年）邊界層理論庫(kù)塔—茹科夫斯基（1867年-1944年）機(jī)翼升力理論流體力學(xué)學(xué)科發(fā)展簡(jiǎn)介第一時(shí)期----17世紀(jì)中葉以前特點(diǎn)阿基米德浮力定律漏壺計(jì)時(shí)水輪機(jī),皮老虎代表人物阿基米德（公元前287年-公元前212年）

液體平衡理論、物體浮力理論第二時(shí)期----17世紀(jì)末葉至19世紀(jì)末葉特點(diǎn)1678年牛頓實(shí)驗(yàn)1738年伯努力方程1752年達(dá)朗伯佯謬1775年歐拉運(yùn)動(dòng)方程1781年復(fù)位勢(shì)理論代表人物牛頓（1642年-1727年）

討論流體阻力問(wèn)題、波浪運(yùn)動(dòng)伯努利（1700年-1783年）

建立流體運(yùn)動(dòng)時(shí)機(jī)械能守恒伯努利方程歐拉（1707年-1783年）

建立了理想流體運(yùn)動(dòng)方程、連續(xù)性方程拉格朗日（1736年-1813年）

采用復(fù)數(shù)方法研究理想流平面流動(dòng)第二時(shí)期----17世紀(jì)末葉至19世紀(jì)末葉特點(diǎn)1823-1845年Novier--Stokes方程1840年泊蕭葉流動(dòng)1845年亥姆霍茲定理1883年雷諾的發(fā)現(xiàn)1891年速度環(huán)量概念代表人物納維—斯托克斯（1785年-1836年）粘性流體運(yùn)動(dòng)理論第三時(shí)期----20世紀(jì)初葉至20世紀(jì)中葉特點(diǎn)1902年庫(kù)塔定理1904年邊界層理論1910-1945年機(jī)翼理論與實(shí)驗(yàn)的極大發(fā)展代表人物普朗特（1875年-1953年）

邊界層理論庫(kù)塔—茹科夫斯基（1867年-1944年）機(jī)翼升力理論第三時(shí)期----20世紀(jì)初葉至20世紀(jì)中葉1912年卡門渦街1921年動(dòng)量積分關(guān)系式1932年熱線流速計(jì)1947年電子計(jì)算機(jī)1954年湍流特性的出色測(cè)量第四時(shí)期----20世紀(jì)中葉以后特點(diǎn)前沿--湍流,流動(dòng)穩(wěn)定性,渦旋和非定常流交叉學(xué)科和新分支:

工業(yè)流體力學(xué);氣體力學(xué);環(huán)境流體力學(xué)稀薄氣體力學(xué);電磁流體力學(xué);微機(jī)電系統(tǒng)宇宙氣體力學(xué);液體動(dòng)力學(xué);微尺度流動(dòng)與傳熱地球流體力學(xué);非牛頓流體力學(xué)生物流體力學(xué);多相流體力學(xué)

物理--化學(xué)流體力學(xué);滲流力學(xué)和流體機(jī)械等幾點(diǎn)結(jié)論生產(chǎn)與生活的需要—發(fā)展的動(dòng)力17世紀(jì)中葉以后的三百五十年中—驚人的發(fā)展實(shí)驗(yàn)的作用及其特殊意義研究的前沿—仍需努力我國(guó)學(xué)者對(duì)流體力學(xué)發(fā)展的貢獻(xiàn)美國(guó)專欄作家密爾頓·維奧斯曾寫道，“錢是幫助美國(guó)成為世界第一流軍事強(qiáng)國(guó)的科學(xué)家銀河中的一顆明亮的星”，是“制定使美國(guó)空軍從螺旋槳式向噴氣式飛機(jī)過(guò)渡，并最后向遨游太空無(wú)人航天器過(guò)渡的長(zhǎng)遠(yuǎn)規(guī)劃的關(guān)鍵人物”。錢學(xué)森

1935年，24歲赴美國(guó)留學(xué)，先在麻省理工學(xué)院航空系學(xué)習(xí)，一年后追隨當(dāng)時(shí)在加利福尼亞理工學(xué)院的“超音速時(shí)代之父”空氣動(dòng)力學(xué)大師馮.卡門教授。二戰(zhàn)臨近結(jié)束時(shí)，已經(jīng)成為當(dāng)時(shí)有名望的優(yōu)秀科學(xué)家和加州理工學(xué)院火箭小組的元老，對(duì)二戰(zhàn)期間美國(guó)的火箭研究做出過(guò)重大貢獻(xiàn)。1943年，錢學(xué)森與同事們合作研究，提出了一份題為《遠(yuǎn)程火箭的評(píng)論和部分分析》的重要報(bào)告，為美國(guó)在40年代研制成功第一批地對(duì)地導(dǎo)彈奠定了理論基礎(chǔ)。1945年，他成為美國(guó)空軍顧問(wèn)組專家，戰(zhàn)后，錢學(xué)森擔(dān)任了加州理工學(xué)院噴氣推進(jìn)研究中心的主任。他的貢獻(xiàn)和價(jià)值，多次得到美國(guó)軍方和官方的贊揚(yáng)和確認(rèn)，贊揚(yáng)他對(duì)取得戰(zhàn)爭(zhēng)的勝利做出了無(wú)法估價(jià)的貢獻(xiàn)

在我國(guó)原子彈、氫彈的研制工作中領(lǐng)導(dǎo)和組織爆轟力學(xué)、高壓物態(tài)方程、空氣動(dòng)力學(xué)、飛行力學(xué)、結(jié)構(gòu)力學(xué)和武器環(huán)境實(shí)驗(yàn)科學(xué)等研究工作，解決了一系列重大問(wèn)題。1985年獲國(guó)家科技進(jìn)步獎(jiǎng)特等獎(jiǎng)。

郭永懷山東省榮成市人，1909年生，男，中共黨員，空氣動(dòng)力學(xué)家，中國(guó)科學(xué)院學(xué)部委員。

1935年北京大學(xué)物理系畢業(yè)。1940年赴加拿大多倫多大學(xué)應(yīng)用數(shù)學(xué)系留學(xué)并獲碩士學(xué)位。1941年到美國(guó)加利福尼亞州理工學(xué)院研究可壓縮流體力學(xué)，1945年獲博士學(xué)位后留校任研究員，1946年起在美國(guó)康奈爾大學(xué)任副教授、教授。1957年回國(guó)后，歷任中國(guó)科學(xué)院力學(xué)研究所副所長(zhǎng)，中國(guó)力學(xué)學(xué)會(huì)副理事長(zhǎng)，二機(jī)部第九研究所副所長(zhǎng)、第九研究院副院長(zhǎng)等職。1968年逝世。流體力學(xué)的一些趣味性知識(shí)卡門渦街D美國(guó)著名的塔科馬海峽大橋1940年11月7號(hào)在八級(jí)大風(fēng)中崩塌,是卡門渦街造成巨大破壞的例子.“阻力危機(jī)”應(yīng)用:有‘麻點(diǎn)’的高爾夫球比光滑的阻力小“香蕉球”“流動(dòng)方向改變時(shí)的作用力”“流體反作用力”“飛機(jī)翼端的渦流”“流體仿生現(xiàn)象”“超音速問(wèn)題”流體力學(xué)的應(yīng)用領(lǐng)域流體力學(xué)在工業(yè)技術(shù)中的應(yīng)用：水利工程：造船工業(yè)的發(fā)展是同水靜力學(xué)的建立和水動(dòng)力學(xué)的發(fā)展密切相關(guān)的。航空工業(yè)：各種飛機(jī)和飛行器設(shè)計(jì)都離不開空氣動(dòng)力學(xué)和氣體動(dòng)力學(xué)的基本原理。汽車工業(yè)：汽車造型，降低空氣阻力，評(píng)估行駛安全性，汽車空調(diào)，通風(fēng)熱交換都需要流體力學(xué)和空氣動(dòng)力學(xué)理論知識(shí)。電力工業(yè)：不論是水電站、火電站，還是原子能電站、地?zé)犭?/p>