工程流體力學(xué)緒論

工程流體力學(xué)EngineeringFluidMechanics緒論一、工程流體力學(xué)的研究對象流體力學(xué)與其他力學(xué)課程的研究對象、內(nèi)容、范圍比較分類課程研究對象研究內(nèi)容和范圍一般力學(xué)理論力學(xué)剛體剛體的靜、動力學(xué)固體力學(xué)材料力學(xué)彈性桿件桿件在拉、壓、剪、彎、扭狀態(tài)下的應(yīng)力、位移分析彈性力學(xué)彈性體復(fù)雜構(gòu)件結(jié)構(gòu)的應(yīng)力、位移分析塑性力學(xué)塑性體結(jié)構(gòu)的塑性分析工程力學(xué)結(jié)構(gòu)力學(xué)桿系結(jié)構(gòu)桿系結(jié)構(gòu)的內(nèi)力和位移流體力學(xué)流體力學(xué)流體流體的位移、速度、應(yīng)力等緒論一、工程流體力學(xué)的研究對象流體力學(xué)是研究流體的平衡和運動的規(guī)律、流體與固體相互作用的力學(xué)規(guī)律、以及這些規(guī)律在實際工程中的應(yīng)用的一門科學(xué)。第一章流體及其物理性質(zhì)流體平衡和運動的內(nèi)因第二章流體靜力學(xué)流體平衡規(guī)律第三章流體運動學(xué)與動力學(xué)第四章流動阻力和水頭損失流體運動規(guī)律及流固作用第五章壓力管路的水頭計算工程應(yīng)用-壓力管路水力計算

課程結(jié)構(gòu)（石油資源系）緒論流體的基本分類：按流體的壓縮性可分為：可壓縮流體和不可壓縮流體按流體的變形特點可分為：牛頓流體和非牛頓流體從學(xué)科上看，屬于這一范疇的有理論流體力學(xué)、水力學(xué)、工程流體力學(xué)。理論流體力學(xué)水力學(xué)工程流體力學(xué)側(cè)重于用數(shù)學(xué)分析方法進行理論探討側(cè)重于用物理分析和實驗方法進行實用計算從實用角度，對工程中涉及的問題建立相應(yīng)的理論基礎(chǔ)，并進行計算緒論二、流體力學(xué)的發(fā)展簡況第一階段：經(jīng)驗階段

17世紀前，主要是人們在與大自然斗爭中的經(jīng)驗總結(jié)。例如，四川都江堰工程，隋代大運河，漢代張衡發(fā)明的水力渾天儀，古代銅壺滴漏計時等。都江堰工程建于公元前256年，是戰(zhàn)國時期秦國蜀郡太守李冰及其子率眾修建的一座大型水利工程。都江堰不僅是中國古代水利工程技術(shù)的偉大奇跡，也是世界水利工程的璀璨明珠。最偉大之處是建堰2260多年來經(jīng)久不衰，而且發(fā)揮著愈來愈大的效益。工程主要有魚嘴分水堤、飛沙堰溢洪道、寶瓶口進水口三大部分，科學(xué)地解決了江水自動分流、自動排沙、控制進水流量等問題，消除了水患，使川西平原成為“水旱從人”的“天府之國”。緒論第二階段：理論階段

17世紀～19世紀一些水力原理論著出現(xiàn)，標志著流 體力學(xué)的發(fā)展進入了理論階段。

1643年：托里拆利提出孔口泄流定理。1650年：巴斯加提出壓強傳遞定律。（§2）

1686年：牛頓（Newton）提出液流內(nèi)摩擦定理。 （§1）1700年~1783年：伯努利（DanielBernoulli）提 出無粘流動流速和壓強的關(guān)系式，即Bernoulli

能量方程。（§3）緒論

1717年~1783年：達朗貝爾（d’Alembert）提出流體 連續(xù)性方程。在《動力學(xué)》一書中提出了達朗貝爾 原理，把動力學(xué)問題轉(zhuǎn)化為靜力學(xué)問題處理。 （§2）1707年~1783年：歐拉（Euler）建立了理想不可 壓縮流體運動的微分方程（歐拉方程）。（§3）

1785年~1863年：納維爾（Navier）將歐拉流體運動 方程加以推廣，加入粘性項，導(dǎo)出了粘性流體運動 方程。（§4）1819年~1903年：斯托克斯（Stokes）從不同的出 發(fā)點也導(dǎo)出了粘性流體運動方程。（§4）緒論1820年~1872年：蘭金（Rankine）發(fā)展了源匯理論。1821年~1894年：亥姆霍茲（Helmholtz）提出速度勢，建立了旋渦運動和間斷運動理論。 1824年~1887年：客?；舴蚶^續(xù)研究間斷運動及阻力。1842年~1912年：雷諾（O.Reynolds）通過小直 徑圓管中的粘性流體流動試驗提出層、紊流流 態(tài)理論。（§4）1847年~1921年：茹可夫斯基（Joukowski）是實驗和理論空氣動力學(xué)的創(chuàng)始人，提出了著名的環(huán)量升力定理。1868年~1945年：蘭徹斯特（Lanchester）研究了升力原因的環(huán)量概念。緒論1875年~1953年：普朗特（Prandtl）在1904年提出 邊界層理論，從而使粘性流體和無粘性流體的概念 協(xié)調(diào)起來。

1881年~1963年：馮·卡門（VonKarman），超聲 速時代之父，師從普朗特教授。提出卡門渦街理 論、邊界層控制理論以及超聲速相似律等。是我國 著名學(xué)者錢學(xué)森教授的導(dǎo)師。第三階段

20世紀初至中葉，流體力學(xué)理論、實驗全面展開，航空航天迅速發(fā)展，湍流理論、穩(wěn)定性理論逐漸完善。緒論周培源（1902~1993)：1902年8月28日出生， 江蘇宜興人。理論學(xué)家、流體力學(xué)家主要從事 物理學(xué)的基礎(chǔ)理論中難度最大的兩個方面即愛因 斯坦廣義相對論引力論和流體力學(xué)中的湍流理論 的研究與教學(xué)并取得出色成果。第四階段 多學(xué)科互相滲透：工業(yè)流體力學(xué)、實驗流體力學(xué)、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)等，都已形成相對獨立的學(xué)科。緒論三、流體力學(xué)在石油工業(yè)中的地位和作用鉆井工程：洗井液、鉆頭水力學(xué)、泵、射流及噴射鉆井、鉆井浮船及平臺設(shè)計等緒論采油工程：油氣滲透、抽油機、注水驅(qū)油、振蕩解堵、原油集輸，油-水-氣分離、清洗炮眼等緒論儲運工程：管道及泵功率的設(shè)計、船舶運輸?shù)染w論煉油工程：設(shè)備流程設(shè)計、設(shè)備清洗緒論三流體力學(xué)在其他領(lǐng)域中的應(yīng)用醫(yī)療（高壓水射流手術(shù)刀、人工心臟）、食品加工、飛機制造、跑道清洗、除塵、水利工程等緒論ms思考：高爾夫球表面光滑還是粗糙？起初，人們認為表面光滑的球飛行阻力小。后來發(fā)現(xiàn)表面有很多劃痕的舊球反而飛得更遠。這個謎直到20世紀建立流體力學(xué)邊界層理論后才解開。緒論ms思考：高爾夫球表面光滑還是粗糙？球在運動過程中，將有氣流邊界層形成并自分離點發(fā)生分離。經(jīng)分析得出：表面有凹坑的小球的分離點滯后，這在很大程度上減小了小球阻力?，F(xiàn)在的高爾夫球表面有許多窩，在同樣大小和重量下，飛行距離為光滑球的5倍。緒論鐵甲巡洋艦"豪克"號“奧林匹克”號1912年秋

思考：船舶航行中的船吸現(xiàn)象的原理是什么？緒論游泳阻力包括：壓差阻力——人體迎流、背流面的高、低壓壓差形成摩擦阻力——水流與人體摩擦形成波浪阻力——游泳運動中產(chǎn)生的波浪形成ms思考：游泳阻力的組成？如何提高游泳成績？背流面-低壓區(qū)迎流面-高壓區(qū)緒論壓差阻力：是游泳運動中最主要的阻力因素，其值與速度的平方成正比。這也決定了游泳阻力一般與速度平方成正比。負壓區(qū)的生成，究其根本原因，是由于流體力學(xué)邊界層分離所致。邊界層分離使得負壓區(qū)形成大量旋渦，而旋渦將消耗大量的能量?？朔翰钭枇Γ枰谟斡具^程中盡量使身體與水面保持水平。ms思考：游泳阻力的組成？如何提高游泳成績？緒論摩擦阻力：泳衣從其設(shè)計材料而言，從棉紡織品、絲綢織品、尼龍、聚酯纖維到新一代的鯊魚皮泳衣；從其設(shè)計式樣看，從裙形、短褲到長褲、以至于“全包”型，一直在追求達到減小摩擦阻力的目的。實驗證明：“全包”型泳衣貼水性更好，可以更多的減小摩擦阻力。新一代的鯊魚皮泳衣：是仿造鯊魚皮而制，不僅全身包裹，而且材料考究，在放大鏡下，泳衣表面布滿“小鰭齒”。其設(shè)計不僅可以使低壓區(qū)邊界層的分離滯后，減少壓差阻力，而且在最大程度上減少了摩擦阻力。ms思考：游泳阻力的組成？如何提高游泳成績？緒論波浪阻力：游泳賽道的賽道線不僅是為了分割賽道，其另一主要功用是減少其他游泳運動員在游泳時形成波浪給自己造成波浪阻力的影響。其結(jié)構(gòu)設(shè)計也遵循一定的流體力學(xué)原理。ms思考：游泳阻力的組成？如何提高游泳成績？然而，游泳離開水流阻力是根本行不通的。因此，運動員要想在游泳中獲得好成績，在做利于前游的動作時應(yīng)充分利用阻力，而在做不利于前游的動作時應(yīng)盡量減少阻力。緒論四、流體力學(xué)的研究方法流體力學(xué)不僅有深厚的理論基礎(chǔ)，而且實踐性很強。研究流體力學(xué)的方法主要包括：學(xué)習(xí)流體力學(xué)應(yīng)注意理論與實踐結(jié)合、理論分析、實驗測量與數(shù)值計算并重。理論分析方法

1實驗分析方法

2數(shù)值分析方法

3緒論理論分析目前流體力學(xué)理論研究主攻方向是：湍流，流動穩(wěn)定