流体力学第1章绪论

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1、1第1章绪论（Preface）目的：了解流体的基本物理性质(流动性、粘性、可压缩性)内容：连续介质假设流体的流动性、粘性、可压缩性等物理性质作用在流体上的力。21.1流体力学的研究对象及意义1.1.1研究对象流体(Fluid),包括液体(Liquid)和气体(Gas)。1)流体与固体的区别：固体：具有一定形状，不易变形，能承受法向应力，亦能承受切向力，可以通过应力、应变关系来描述其变形。流体：无固定形状，只能承受压力，一旦受到剪切力，便连续不断变形，产生流动；它只能通过应变与速度变化率描述。31.1.1研究对象液体——无形状，有一定的体积；不易压缩，存在自由（液）面。气体——既无形状，也

2、无体积，易于压缩。水动力学(Hydrodynamics)空气动力学(Aerodynamics)2)液体与气体的区别：3)流体力学的进一步分类：41.1流体力学的研究对象及意义水动力学基础——势流理论(波浪理论)、粘流理论、边界层理论及机翼理论。课程体系——静力学、运动学、动力学（理想流、粘流）。4)船舶流体力学研究内容：力学意义——流场中速度和压力分布及其变化规律、物体与流体相互作用、流体对物体的作用力（矩）及其产生的原因及影响因素。江苏科技大学理论研究方法：通过对流体物理性质和流动特征的科学抽象（近似）抽出合理的理论模型。对这样的理论模型，根据机械运动的普遍规律，建立控制流体运动的闭合

3、方程组，将原来的具体流动问题转化为数学问题，在相应边界条件和初始条件下求解。理论研究方法的关键在于提出理论模型，并能运用数学方法求出理论结果。由于数学上的困难，许多实际问题还难以精确求解——理论流体力学。实验研究方法：将实际流动问题归结为相似的实验模型，根据实验过程和实验结果来推测实际问题结果——实验流体力学。数值研究方法：在计算机运用的基础上，采用各种离散方法（有限差分法，有限元法等），建立各种数值模型，通过计算机进行数值计算和数值实验，获得定量描述流动的数值解。近二三十年来这一方法得到很大发展，已形成专门的学科——计算流体力学。1.1流体力学的研究对象及意义5）流体力学研究方法：理论

4、方法、实验方法、数值方法。江苏科技大学流体力学的萌芽，是自距今约2200年希腊学者阿基米德的《论浮体》一文开始的。他对静止流体的性质作了第一次科学总结。流体力学的主要发展，是从牛顿时代开始的，1687年牛顿的名著《原理》讨论了流体的阻力、波浪运动等问题，使流体力学开始变为力学中的一个独立分支。此后，流体力学的发展主要经历了四个阶段：1、伯努利所提出的液体运动的能量估计及欧拉所提出的液体运动的解析方法，为研究液体运动的规律奠定了理论基础，在这一基础上形成了属于数学的古典“水动力学”（或古典流体力学）；2、在古典“水动力学”的基础上，Navier和stokes提出了著名的实际粘性流体的基本运

5、动方程——N-S方程。从而为流体力学的长远发展奠定了理论基础。但是由于古典流体力学在理论上的假设，如理想流体与实际不尽相符，或数学上求解方程的困难，不能满意地解决工程问题，故而形成了以实验方法来制定经验公式的“实验流体力学”；1.1流体力学的研究对象及意义5）流体力学的发展史江苏科技大学3、从十九世纪末起，人们将理论分析方法和实验分析方法相结合以解决实际问题，“古典流体力学”和“实验流体力学”的内容也不断更新。在此基础上，最终形成了理论与实际并重的现代流体力学；这期间，英国工程师、物理学家雷诺阐明了相似原理，流体流动有层流和湍流两种形态，判别准数雷诺数，雷诺方程。英国物理学家、数学家瑞利

6、提出了量纲分析求流动相似准则。4、二十世纪六十年代以后，由于计算机的发明与普及，出现了在理论分析和实验观察的基础上拟定计算方案，利用计算机编程求解数值解的流体力学研究方法，即“计算流体力学“。现代测量技术如激光测速仪等的应用和计算机在实验数据的监测、采集等中的应用，都促进了工程流体力学的发展。1.1流体力学的研究对象及意义江苏科技大学在我国水利的历史十分悠久。四千多年前”大禹治水“的故事——顺水之性，治水需引导和疏通。秦朝在公元前256～210年，修建了我国历史上的三大水利工程（都江堰、国渠和灵渠）——明渠水流和堰流。古代的计时工具“铜壶滴漏”——孔口出流清朝雍正年间，何梦瑶在算迪一书中

7、提出流量等于过水断面面积乘以断面平均流速的计算方法。隋朝完成的南北大运河。隋朝工匠李春在（公元605～617年）修建的赵洲石拱桥——拱背的4个小拱，既可减压主拱的负载，又可宣泄洪水。中华人民共和国成立以来，根治了淮河工程，黄河的综合工程，长江综合利用、整治工程和几座大桥相继建成，长江三峡工程顺利建成。1.1流体力学的研究对象及意义江苏科技大学流体力学已广泛用于国民经济的各个领域。在水利建设中：如防洪、灌溉、航运、水力发电、河道整治等