广石化工程流体力学论文-生活中的流体力学

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1、生活中的流体力学摘要：在整个流体力学课程的学习过程中，大多数人都被深奥的理论、繁杂的概念和高阶偏微分方程所难倒.这就要求学习者必须有扎实的高等数学知识、灵活的综合分析问题和处理问题能力。特别是在21世纪，最激烈的竞争就是高素质人才的竞争，而高校教育的任务就是要为国家培养造就一大批具有宽广、深厚、扎实的基础理论和技术基础理论，具有创新性和创造性的高级工程技术人才以适应经济时代对人才的要求。因此要求学生在拓宽基础知识面，打好坚实的理论基础的基础上重点提高综合分析和迅速解决问题的能力。为更好地学习流体力学，在总结流体力学学习方法的基础上，运用流体力学基本原理，解释了帆

2、船逆风航行，虹吸式马桶等实际工程和案例中解决问题的方法和分析问题的思路，对学习流体力学具有一定的指导意义。关键词:工程流体力学学习过程；帆船逆风航行原理；虹吸原理中图分类号：文献编识码：文章编号：1．为什么帆船能逆风航行？人们通常认为帆船只能沿风吹动的方向移动，即顺风移动．但三角帆使帆船还能够迎着风移动（逆风移动）．在理解如何逆风移动之前，我们首先需要了解一些与船帆有关的知识．船帆的最先着风之帆缘称作前缘，它位于船只的前部．后部的船翼后缘称作帆的后缘．从前缘到帆的后缘的假想水平线称作弦．船帆的曲度称作吃水，并且从弦到最大吃水点的垂直距离称作弦深．充满空气以形成凹

3、面弯曲的船帆的一面称作迎风面．向外吹以形成凸起形状的一面称作背风面．1.1帆船部件和术语船只借助帆的每一面所产生的力量沿着迎风方向移动．迎风面的正向力量（推力）和背风面的负向力量（拉力）合在一起形成了合力，这两种力量都作用于同一方向．尽管您可能不认同，但拉力确实是这两种力量中较强的力量．在1738年，科学家丹尼尔·伯努利发现，气流速度与周围自由气流成比例增加，从而导致压力的降低，而这可令气流速度更快．这种情况在帆的背风面发生即空气流动速度加快并在帆的后面形成低压区域．2.2作用于雨伞的伯努力原理为什么空气会加速？空气与水一样，都是流动的．当风汇聚并且风被帆分开时

4、，一些风附着在凸起面（背风面）并将帆扯起．为了其上“未附着”的空气穿过帆，帆必须向不受帆影响的气流外弯曲．但此类的自由气流往往保持其直线流动并妨碍航行．自由气流和弯曲的船帆合在一起形成了一个窄道，起初的气流必须从中经过．因为它不能自行压缩，所以空气必须加速以从该窄道挤过．这就是气流速度在帆的凸起面增加的原因．一旦发生这一情况，伯努力的理论就得以生效．窄道中增加的气流要快于周围的空气，并且在气流速度加快的区域压力将下降．这就产生了链式反应．随着新的气流接近最先着风之帆缘并分开，它更多地流向背风面——气流被吸引到低压区域并被高压区域所排斥．现在即使更大块的空气也必须

5、更快地挤进凸起帆面和自由气流形成的窄道，这令空气压力更低．这一情况不断发展直至达到现有风力条件的最大速度，并且在背风面形成最大低压区域．请注意，只有在气流达到曲面（弦深）的最深点后气流才增加．在达到这一点之前，空气不断汇聚和加速．超出这一点后，空气分开并减速，直到再次与周围空气速度相当．2.3帆周围的片状气流（帆与风之间保持最佳角度）　　在其间，在帆的迎风面发生相反的情况．随着更多的空气流过背风面，迎风面上流过帆的凸起面和自由气流之间的扩展空间的空气将减少．由于这些气流四散流动，所以其流速下降到比周围空气还低的速度，这导致压力增加．2.4由片状气流内的风帆产生的

6、力量　　在了解了这些潜在的力量之后，我们如何在实际中借助这些力量来使船只移动呢？我们需要在风帆和风之间建立理想的关系，使风不但加速流动，而且可以沿着帆的凸起面流动．船帆和风之间的这一关系的一部分称作迎角．描绘与风平直的船帆．空气均匀分开到每一面上－船帆下垂而不是充满成弯曲形状，空气没有加速以在背风面形成低压区域，并且船只没有移动．但如果船帆与风向刚好成正确角度，则船帆会一下子充满风并产生空气动力．　　迎角的角度必须十分精确．如果该角度保持与风太近，则船帆的前部将“抢风”或摆动．如果其角度太宽，则沿着帆的曲面流动的气流将分开并且周围的空气重新聚合．这一分离产生了旋

7、转空气的“停转区域”，导致风速下降、压力增加．因为船帆的曲率将始终导致帆的尾端与风向所成的角度大于与最先着风之帆缘所成角度，所以帆的后缘的空气不能沿着曲面流动并返回周围自由空气的方向．理想上讲，在气流到达帆的后缘前不应开始分离．但随着船帆的迎角加宽，分离点逐渐前移并将其后的一切保留在停转区域．2.5迎角的影响　　您可能看到，除了迎角保持正确角度以使空气能够顺利通过外，关于风与帆关系的另一重要因素就是船帆必须具有正确的曲率，以保证空气始终附着在船尾．如果曲线太小，则气流将不弯曲，并且将不会产生导致速度增加的压挤效果．如果曲线太大，则气流不能被附着．因此，只有在曲率

8、不太大并且迎角不太宽的情