流體力學及其應用課件

流體力學及其應用Contents流體力學的概念1流體力學的理論基礎2流體力學的發(fā)展與典例3流體力學的研究展望4CompanyLogo流體力學的概述理論流體力學的基本方程是納維-斯托克斯方程，簡稱N-S方程。納維-斯托克斯方程由一些微分方程組成，通常只有通過一些邊界條件或者通過數值計算的方式才可以求解。它包含速度v=（u,v,w),壓強,密度，粘度溫度等變量，而這些都是位置(x,y,z)

和時間t的函數。通過質量守恒、能量守恒和動量守恒，以及熱力學方程

f(ρ,P,T)和介質的材料性質我們可以確定這些變量。CompanyLogo流體力學中研究得最多的流體是水和空氣。它的主要基礎是牛頓運動定律和質量守恒定律，常常還要用到熱力學知識，有時還用到宏觀電動力學的基本定律、本構方程和高等數學、物理學、化學的基礎知識。1738年伯努利出版他的專著時，首先采用了水動力學這個名詞并作為書名；1880年前后出現了空氣動力學這個名詞；1935年以后，人們概括了這兩方面的知識，建立了統(tǒng)一的體系，統(tǒng)稱為流體力學CompanyLogo流體力學的應用領域：除水和空氣以外，流體還指作為汽輪機工作介質的水蒸氣、潤滑油、地下石油、含泥沙的江水、血液、超高壓作用下的金屬和燃燒后產生成分復雜的氣體、高溫條件下的等離子體等等。氣象、水利的研究，船舶、飛行器、葉輪機械和核電站的設計及其運行，可燃氣體或炸藥的爆炸，汽車制造（聯(lián)眾集群），以及天體物理的若干問題等等，都廣泛地用到流體力學知識。許多現代科學技術所關心的問題既受流體力學的指導，同時也促進了它不斷地發(fā)展。1950年后，電子計算機的發(fā)展又給予流體力學以極大的推動CompanyLogo流體力學的概念按照研究對象的運動方式分為流體靜力學和流體動力學，還可按應用范圍分為水力學，空氣動力學等等。流體力學，是研究流體(液體和氣體)的力學運動規(guī)律及其應用的學科。主要研究在各種力的作用下，流體本身的狀態(tài)，以及流體和固體壁面、流體和流體間、流體與其他運動形態(tài)之間的相互作用的力學分支CompanyLogo流體力學的發(fā)展與典例20世紀初，飛機的出現極大地促進了空氣動力學的發(fā)展。航空事業(yè)的發(fā)展，期望能夠揭示飛行器周圍的壓力分布、飛行器的受力狀況和阻力等問題，這就促進了流體力學在實驗和理論分析方面的發(fā)展。20世紀初，以儒科夫斯基、恰普雷金、普朗特等為代表的科學家，開創(chuàng)了以無粘不可壓縮流體位勢流理論為基礎的機翼理論，闡明了機翼怎樣會受到舉力，從而空氣能把很重的飛機托上天空。機翼理論的正確性，使人們重新認識無粘流體的理論，肯定了它指導工程設計的重大意義。CompanyLogo流過機翼的氣流與河床中的流水類似，由于機翼一般是不對稱的，上表面比較凸，而下表面比較平，流過機翼上表面的氣流就類似于較窄地方的流水，流速較快，而流過機翼下表面的氣流正好相反，類似于較寬地方的流水，流速較上表面的氣流慢。根據流體力學的

CompanyLogo基本原理，流動慢的大氣壓強較大，而流動快的大氣壓強較小，這樣機翼下表面的壓強就比上表面的壓強高，換一句話說，就是大氣施加與機翼下表面的壓力(方向向上)比施加于機翼上表面的壓力(方向向下)大，二者的壓力差便形成了飛機的升力。簡單來說，飛機向前飛行得越快，機翼產生的氣動升力也就越大。當升力大于