流体力学基本概念

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1、目录第五章粘性不可压缩流体运动86第三章流体动力学基础39第四章理想不可压缩流体无旋流动69第六章相似原理及量纲分析130第二章流体静力学16第一章流体力学基本概念1工程流体力学第一章流体力学基本概念第二节流体的特征和连续介质假设第三节流体的主要物理性质及分类第四节作用在流体上的力流体力学基本概念第一节流体力学的发展、应用及其研究方法一、流体力学发展简史流体力学是研究流体的平衡及运动规律，流体与固体之间的相互作用规律，以及研究流体的机械运动与其他形式的运动（如热运动、化学运动等）之间的相互作用规律的一门学

2、科。流体力学属于力学范畴，是力学的一个重要分支。其发展和数学、普通力学的发展密不可分。流体力学起源于阿基米德（Archimedes，公元前278~公元前212）对浮力的研究。1500年前后，达，芬奇（LeonradDaVinci，1452～1519）对波动、溅水、旋涡内部的速度分布，绕流物体尾流中旋涡的形成等作了研究1643年，伽利略的学生托里拆利（TollichelliE），通过对容器孔口出流现象的观察与测量，提出了托里拆利公式，它说明了容器中液体从孔口射出的速度与液体深度的关系。翌年，他与伽利略的另一

3、个学生维维尼亚（ViviniaJ），将一端封闭并充满水银的玻璃管倒立于水银槽中，发现管中水银高度与大气压强有关，据此发明了水银气压计，并利用它第一次测出了大气压强。一、流体力学发展简史1647年帕斯卡（PascalB）提出了流体静力学基本关系式，并由此进一步导出联通器原理和帕斯卡定律。至此，流体静力学理论已完整地建立起来。1738年，伯努利（Bernoulli）通过对变截面管流实验，得出流体流动的能量守恒方程，即伯努利方程。1755年欧拉（Euler）在忽略流体黏性的情况下，导出了理想流体运动微分方程。1

4、827年纳维埃（Navier）开始了在欧拉方程中加上黏性项的研究工作，经过柯西（Cauchy）、波阿松（Poisson）、维纳特（Venant）等人的继续研究，最后由斯托克斯（Stokes1845年）完成，历时18年。该方程称为纳维埃-斯托克斯方程（N-S方程）。N-S方程的建立，标志着流体力学理论体系的完成。1904年普朗特（Prandtl）提出了边界层理论，把不可压缩流体的N-S方程简化为附面层方程，从而把黏性流体动力学的研究转向应用，在数学和工程应用之间搭起了一座桥梁。1908年普朗特的学生勃拉修斯

5、（Blasius）把附面层偏微分方程转化为常微分方程，得出均匀流动下平板附面层的相似性解。1938年卡门（Karman）和钱学森用动量积分方程求解了可压缩流体平板附面层问题。一、流体力学发展简史随着科学技术的不断进步，计算机的发展和应用，流体力学的研究领域和应用范围将不断加深和扩大。从总的发展趋势来看，随着工业应用日益扩大，生产技术飞速发展，不仅可以推动人们对流动现象深入了解，为科学研究提供丰富的课题内容，而且也为验证已有的理论、假设和关系提供机会。理论和实践密切结合，科学研究和工业应用相互促进，必将推动

6、本学科逐步成熟并趋于完善。二、流体力学在石油化工工业中的应用流体力学是一门重要的工程学科，它的应用几乎遍及国民经济的各个部门，尤其在石油工程和石油化工工业中，流体力学是其重要的理论核心之一。在石油工业中，用到流体力学原理分析流体在管内的流动规律，压力、阻力、流速和输量的关系，据此设计管径，校核管材强度，布置管线及选择泵的类型和大小，设计泵的安装位置等；在校核油罐和其他储液容器的结构强度，估算容器、油槽车、油罐的装卸时间，解释气蚀、水击等现象。在化学工业中，随着化工技术的发展，愈益要求阐明化工过程的机理，分

7、析影响设备性能的因素，因而需要了解化工设备中介质流动的详细情况。于是，不仅物理化学，而且流体力学亦成了化学工程的重要理论支柱。三、流体力学的研究方法流体力学的研究方法主要有理论分析、实验研究和数值计算的方法。1、理论分析方法一般是以实际流动问题为对象建立数学模型，将流动问题转化为数学问题，然后通过数学方法求出理论结果，达到揭示流体运动规律的目的。应用理论研究方法解决一个较完整的涉及流体流动的实际问题，一般需要经历以下几个环节：（1）分析问题。（2）建立控制方程。（3）对方程求解。三、流体力学的研究方法2、

8、实验研究方法在流体力学发展过程中，实验方法是最先使用的一种，起到了关键性的作用。一方面，它用精细的观察和测量手段揭示流动过程中在流场各处的流动特征；另一方面，通过流动参量的直接测量提供了各种特定流动的物理模型。应用实验研究方法解决实际问题的主要步骤是：（1）所给定的问题，分析其影响因素，选择适当的物理参数，用因次分析方法将这些参数无量纲化，并确定其取值范围。（2）设计制造实验模型，准备实验仪器（3）制定试验方案并进行实验。（4