流體力學 0引言

流體力學

FluidDynamics主講：朱智瑩講師關(guān)于本課程授課內(nèi)容第一章、緒論第二章、流體靜力學第三章、流體運動學第四章、流體動力學第五章、量綱分析與相似原理第六章、粘性流體動力學基礎(chǔ)第七章、壓力管路孔口和管嘴出流第八章、理想不可壓縮流體平面流動第九章、非牛頓流體流體力學的發(fā)展簡況●4000多年前的“大禹治水”的故事——順水之性，治水須引導和疏通。●秦朝在公元前256—公元前210年修建了我國歷史上的三大水利工程（都江堰、鄭國渠、靈渠）●西漢時的計時工具“銅壺滴漏”——孔口出流?！穹?，是一種刮板式連續(xù)提水機械，是我國古代最著名的農(nóng)業(yè)灌溉機械之一。

在我國，水利事業(yè)的歷史十分悠久:●隋朝（公元587—610年）完成的南北大運河●隋朝工匠李春在冀中洨河修建（公元605—617年）的趙州石拱橋——拱背的4個小拱，既減壓主拱的負載，又可宣泄洪水?！袂宄赫觊g，何夢瑤在《算迪》一書中提出流量等于過水斷面面積乘以斷面平均流速的計算方法。公元前2280年中國的大禹治水中國四川都江堰水利工程銅壺滴漏給水壺受水壺刻劍（浮標）穩(wěn)壓滴漏壺水車公元前3世紀阿基米德浮力定律。

其《流體靜力學》和《論浮體》是人類最早的流體力學專著。阿基米德（Archimedes287-212B.C.希臘)

他第一個闡明了相對密度的概念，發(fā)現(xiàn)了各種不同的物體有不同的比重——比重原理；

發(fā)現(xiàn)了流體靜力學的基本原理——浮力定律。

他證明了任何一種液體的液面，在靜止時與地球表面呈同一曲面，此曲面的中心即地心。15世紀末和16世紀初著名物理學家和藝術(shù)家列奧德·達·芬奇在米蘭附近設(shè)計建造了一個小的水渠，系統(tǒng)地研究沉浮、孔口出流、物體的運動阻力等問題，促進了這一時期水力學和流體力學的發(fā)展。

達·芬奇是湍流研究、鈍體繞流研究的先驅(qū)，是開創(chuàng)者。

17世紀帕斯卡闡明了靜止流體中壓力的概念。

他發(fā)現(xiàn)帕斯卡定律，即：由于液體的流動性，封閉容器中的靜止流體的某一部分發(fā)生的壓強變化，將毫無損失地傳遞至流體的各個部分和容器壁。Newton（1642-1727）他在《原理》一書中討論了流體的阻力、波浪運動等問題，有了與近代較接近的流體力學理論。伯努利（D.Bernouli1700－1782，瑞士）1738年在其《流體動力學》一書中最早引用流體力學的名字。該書首先建立了流體位置高度、壓強和動能之間的普遍關(guān)系——伯努利方程。

他可稱為理論流體力學奠基人，1755年在其《流體運動的一般原理》一書中提出了速度勢的概念，建立了連續(xù)性方程和理想流體運動微分方程，并將其應用于人體的血液流動。歐拉（L.Euler,1707-1783,瑞士）

在前人的基礎(chǔ)上進一步發(fā)展了流體力學的解析方法，嚴格地論證了速度勢的存在，并提出了流函數(shù)的概念，運用這些概念可將復雜的流體力學問題轉(zhuǎn)化為純數(shù)學問題。拉格朗日（Lagrange,1736-1813）19世紀末，理論與實驗流體力學開始結(jié)合雷諾（O.Reynolds，1842－1912，愛爾蘭）發(fā)現(xiàn)了兩種流動狀態(tài)。層流湍流納維（L.Navier）和斯托克斯（G.Stokes）建立了粘性流體運動方程。

（納維（L.Navier):1785－1836，法國）

（斯托克斯（G.Stokes）1819－1903，英國）

現(xiàn)代意義上的流體力學形成于20世紀初。

以普朗特（L.Prandtl，1875－1953，德國）邊界層理論為標志。我國科學家在近代流體力學上的貢獻：錢學森在空氣動力學方面的新理論周培源紊流理論吳仲華翼柵的三元流理論為什么學習流體力學汽車阻力汽車發(fā)明于19世紀末。

當時人們認為汽車高速前進時的阻力主要來自車前部對空氣的撞擊。因此早期的汽車后部是陡峭的，稱為箱型車。箱型車的阻力系數(shù)CD很大，約0.8。

空氣阻力系數(shù):又稱風阻系數(shù)，是計算汽車空氣阻力的一個重要系數(shù)。它是通過風洞實驗和下滑實驗所確定的一個數(shù)學參數(shù),用它可以計算出汽車在行駛時的空氣阻力?？諝庾枇κ瞧囆旭倳r所遇到最大的也是最重要的外力。

風洞就是用來產(chǎn)生人造氣流(人造風)的管道。

實際上，汽車阻力主要取決于后部形成的尾流。

20世紀30年代起，人們開始運用流體力學原理，改進了汽車的尾部形狀，出現(xiàn)了甲殼蟲型，阻力系數(shù)下降至0.6。

50～60年代又改進為船型，阻力系數(shù)為0.45。

80年代經(jīng)風洞實驗系統(tǒng)研究后，進一步改進為魚型，阻力系數(shù)為0.3。后來又出現(xiàn)楔型，阻力系數(shù)為0.2。90年代以后，科研人員研制開發(fā)了氣動性能更優(yōu)良的未來型汽車，阻力系數(shù)僅為0.137。生活小貼士——請不要越過安全線如何學好流體力學1.掌握從一般到特殊的學習方法1.掌握從一般到特殊的學習方法;2.在掌握“三基”上下功夫;3.認真聽課，適當記筆記;

4.作好預習，有準備地聽課;