1 流體力學(xué)緒論

1、,廣東工業(yè)大學(xué) 能源工程系劉良德,流體力學(xué),0：引言,教學(xué)目標(biāo)： 1、了解流體力學(xué)在工程的應(yīng)用 2、了解流體力學(xué)的發(fā)展史3、掌握流體力學(xué)的研究方法 4、流體基本性質(zhì),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)。,流體力學(xué)學(xué)科介紹,流體力學(xué)分類(lèi), 理論流體力學(xué)（流體力學(xué)）, 應(yīng)用流體力學(xué)（工程流體力學(xué)）,工程流體力學(xué),研究流體靜止和運(yùn)動(dòng)的力學(xué)規(guī)律及 其在工程技術(shù)上的應(yīng)用的一門(mén)學(xué)科。,力學(xué),流體力學(xué)（水力學(xué)）的學(xué)科性質(zhì),研究對(duì)象 力學(xué)問(wèn)題載體,宏觀力學(xué)分支 遵循三大守恒原理,流體力學(xué),水力學(xué),流體,水,力學(xué),強(qiáng)調(diào)水是

2、主要研究對(duì)象 比較偏重于工程應(yīng)用 土建類(lèi)專(zhuān)業(yè)常用,流體力學(xué)（水力學(xué)）的主要研究?jī)?nèi)容,固定邊界：水工建筑物、河床、海洋平臺(tái)等,運(yùn)動(dòng)邊界：飛機(jī)、船只等,研究?jī)?nèi)容,流體在外力作用下，靜止與運(yùn)動(dòng)的規(guī)律；,流體與 邊界 的相互作用。,空氣和水是地球上廣泛存在的物質(zhì)，所以與流體運(yùn)動(dòng)關(guān)聯(lián)的力學(xué)問(wèn)題是很普遍的。流體力學(xué)在許多學(xué)科和工程領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用，對(duì)工科專(zhuān)業(yè)來(lái)講，其重要性不言而喻。,與流體力學(xué)相關(guān)的工程領(lǐng)域和學(xué)科,流體力學(xué)在工程中的應(yīng)用,船舶運(yùn)動(dòng),浮標(biāo),海洋平臺(tái),潛器,地效翼艇 （WIG）,航空航天航海,飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī),蒸汽機(jī)車(chē),能源動(dòng)力,流體力學(xué)在工程中的應(yīng)用,楊浦大橋,能源動(dòng)力,氣象云圖,龍卷風(fēng),氣象科

3、學(xué),環(huán)境控制,污水凈化設(shè)備模型,電廠冷卻塔,流體力學(xué)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(kāi)拓新領(lǐng)域，建立新理論，創(chuàng)造新方法。,毛細(xì)血管流動(dòng),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,排球,足球,網(wǎng)球,游泳,賽艇,鐵餅,高爾夫球,賽跑,賽車(chē),標(biāo)槍,乒乓球,羽毛球,大部分競(jìng)技體育項(xiàng) 目與流體力學(xué)有關(guān),課程地位,工程流體力學(xué)是一門(mén)重要的專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課程，它是連接前期基礎(chǔ)課程和后續(xù)專(zhuān)業(yè)課程的橋梁。課程的學(xué)習(xí)將有利于數(shù)理、力學(xué)基

4、礎(chǔ)知識(shí)的鞏固與提高，培養(yǎng)分析、解決實(shí)際問(wèn)題的能力，為專(zhuān)業(yè)課程的學(xué)習(xí)打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。,數(shù)理、力學(xué) 基礎(chǔ)課程,流體力學(xué) 專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課程,學(xué)科有關(guān) 專(zhuān)業(yè)課程,水、氣流動(dòng)的基本規(guī)律 環(huán)境空調(diào)工程中的通風(fēng)、通水 熱量的供應(yīng)、空氣的調(diào)節(jié)、燃?xì)獾妮斉?排風(fēng)除濕、除塵降溫的計(jì)算等 通風(fēng)系統(tǒng)工程設(shè)計(jì)、通風(fēng)管網(wǎng)設(shè)計(jì) 供、排水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、排水泵的選擇等 燃燒中的空氣動(dòng)力學(xué) 污染物在大氣中的擴(kuò)散,熱能動(dòng)力工程專(zhuān)業(yè)中的流體力學(xué)問(wèn)題：,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

5、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：,0.2 流體力學(xué)發(fā)展歷史,1.萌芽期：,2.發(fā)展期：,奠基人是瑞士數(shù)學(xué)家伯努利(Bernoulli，D)和他的親密朋友歐拉(Euler，L.)。1738年，伯努利推導(dǎo)出了著名的伯努利方程，歐拉于1755年建立了理想流體運(yùn)動(dòng)微分方程，以后納維(Navier,C .H.)和斯托克斯(Stokes，GG)建立了粘性流體運(yùn)動(dòng)微分方程。拉格朗日（Lagrange）、拉普拉斯(Laplace)和高斯(Gosse)等人，將歐拉和伯努利所開(kāi)創(chuàng)的新興的流體動(dòng)力學(xué)推向完美

6、的分析高度。,古典流體力學(xué)階段：,依靠實(shí)驗(yàn)和實(shí)測(cè)資料形成 雷諾(Reynolds，O.) 1904年普朗特(Prandtl，L.)提出了劃時(shí)代的邊界層理論，開(kāi)創(chuàng)理論與實(shí)踐并重的現(xiàn)代流體力學(xué)階段,實(shí)驗(yàn)流體力學(xué)階段：,現(xiàn)代流體力學(xué)階段：,我國(guó)水利學(xué)的發(fā)展,4000多年前的 “大禹治水”的故事 順?biāo)?，治水須引?dǎo)和疏通。 秦朝在公元前256公元前210年修建了我國(guó)歷史上的三大 水利工程（都江堰、鄭國(guó)渠、靈渠） 明渠水流、堰流。 古代的計(jì)時(shí)工具“銅壺滴漏”孔口出流。 清朝雍正年間，何夢(mèng)瑤在算迪一書(shū)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。 隋朝（公元587610年）完成的南北大運(yùn)河。

7、隋朝工匠李春在冀中洨河修建（公元605617年）的趙州 石拱橋拱背的4個(gè)小拱，既減壓主拱的負(fù)載，又可宣泄 洪水。流體具有明顯的流動(dòng)性；氣體的流動(dòng)性大于液體。,0.3工程流體力學(xué)的學(xué)習(xí) 流體力學(xué)包括很多內(nèi)容，在分析和討論時(shí)必 須對(duì)內(nèi)容作一定限定（也叫假設(shè)），如流體靜力學(xué)討論流體靜止或相對(duì)靜止時(shí)的力學(xué)規(guī)律；理想流體忽略了粘性作用；而粘性流動(dòng)遠(yuǎn)比非粘性流動(dòng)復(fù)雜，粘性影響大，粘性流動(dòng)對(duì)裝置和系統(tǒng)中效率損失的影響非常重要；可壓縮流動(dòng)中將出現(xiàn)許多奇怪的非正常現(xiàn)象等等。 所以學(xué)習(xí)流體力學(xué)首先要注意這些限定，而分清研究對(duì)象和適用條件也是非常重要的。,學(xué)習(xí)流體力學(xué)還需要注意力學(xué)原理的應(yīng)用，把握 質(zhì)量守恒 能量守

8、恒（熱力學(xué)第一定律） 動(dòng)量守恒（牛頓第二定律）和熱力學(xué)第二定律在流體中應(yīng)用的形式。,具體學(xué)習(xí)方法,一. 學(xué)習(xí)中既要掌握數(shù)學(xué)方法，又要理解數(shù)學(xué)符號(hào)所代表的物理意義。 流體力學(xué)是一門(mén)理論性較強(qiáng)的應(yīng)用基礎(chǔ)課程，涉及到較多的數(shù)學(xué)工具和知識(shí)。為了學(xué)習(xí)流體力學(xué)的基本規(guī)律和有關(guān)定理，必須熟悉相關(guān)的數(shù)學(xué)知識(shí)，搞懂定理的推導(dǎo)思路和過(guò)程。沒(méi)有相關(guān)的數(shù)學(xué)知識(shí)就不可能真正透徹地理解這些規(guī)律和定理。但也有這樣的情況，即對(duì)數(shù)學(xué)過(guò)程似乎已經(jīng)理解，但談起相關(guān)的課程內(nèi)容來(lái)仍然如墜云里霧中。這就需要進(jìn)一步反復(fù)鉆研教材，搞清楚這些數(shù)學(xué)符號(hào)和過(guò)程所代表的物理意義。只有把數(shù)學(xué)方法和物理意義這兩方面都搞清楚了，才算學(xué)懂了有關(guān)的定理和規(guī)律

9、。,完成適量的習(xí)題就是運(yùn)用所學(xué)知識(shí)去分析和解決問(wèn)題。沒(méi)有這一過(guò)程就不可能學(xué)好流體力學(xué)。 作業(yè)一定要獨(dú)立完成。在解體過(guò)程中多和同學(xué)們討論和交流，參閱有關(guān)的資料都是必要的，但最重要的是一定要通過(guò)自己的獨(dú)立思考提出解決問(wèn)題的方法和答案。,二認(rèn)真獨(dú)立完成課外作業(yè),多練習(xí)，自己找答案 問(wèn)：老師，您看我只樣做（解決）合理嗎？ 而不能：拿一張白紙到老師面前，“老師，這題怎么作？”,請(qǐng)注意遵循以下的解題步驟：,畫(huà)出與題目有關(guān)的示意圖； 寫(xiě)出與解題有關(guān)的假設(shè)和參考數(shù)據(jù)； 在代入數(shù)字前盡可能用公式形式表示題目的解； 代入適當(dāng)量綱的數(shù)字并清楚地寫(xiě)出答案的單位； 答案應(yīng)注意只保留必要的有效數(shù)字。 所有課程都統(tǒng)一的方法,三學(xué)會(huì)運(yùn)用參考資料,對(duì)于一個(gè)當(dāng)代大學(xué)生，善于從圖書(shū)館和網(wǎng)絡(luò)中搜集有用的資料，培養(yǎng)自學(xué)能力是學(xué)好課程，豐富個(gè)人知識(shí)的重要途徑。 對(duì)于每個(gè)知識(shí)點(diǎn)，均可找背景資料來(lái)復(fù)習(xí)；加深對(duì)知識(shí)點(diǎn)的理解；,四重視實(shí)驗(yàn)課學(xué)習(xí),實(shí)驗(yàn)課是流體力學(xué)課程的重要組成部分，她對(duì)培養(yǎng)動(dòng)手和實(shí)踐能力，加深對(duì)流體力學(xué)基