流体力学概述ppt课件.ppt

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1、工程流体力学概述动力与能源工程学院概述流体力学（Fluid Mechanics）力学的一个分支。主要研究在各种力的作用下，流体本身的状态，以及流体和固体壁面、流体和流体间、流体与其他运动形态之间的相互作用。工程流体力学即流体力学应用于工程领域。从流体作用力的角度，流体力学可分为流体静力学；流体运动学；流体动力学。从对不同“力学模型”的研究来分，则有理想流体动力学；粘性流体动力学；不可压缩流体动力学；可压缩流体动力学；非牛顿流体力学等。概述1HEUJ&F流体力学简史古希腊的阿基米德（Archimedes,287?B.C.~212B.C.，古希

2、腊数学家、物理学家、发明家）建立了包括物体浮力定理和浮体稳定性的液体平衡理论，奠定了流体静力学的基础。17世纪牛顿（SirIsaacNewton,1642.12.25~1727.3.20，英国数学家、物理学家、天文学家和自然哲学家）研究了运动物体在流体中受到的阻力，得到阻力与流体密度、物体迎流截面积和运动速度的平方成正比的关系。他还提出粘性流体运动时的内摩擦力公式，即牛顿粘性定律。概述2HEUJ&F阿基米德牛顿18世纪伯努利（DanielBernoulli,1700.2.8~1782.3.17，瑞士物理学家、数学家、医学家)建立了联系压力、

3、高度和流速的伯努利方程。皮托（HenriPitot,1695.5.3~1771.12.27，法国数学家、水利工程师、发明家）发明了测量流速的皮托管。欧拉（LeonhardEuler,1707.4.15~1783.9.18，瑞士数学家和物理学家）在忽略流体粘性的假设下，建立了描述理想流体运动的基本方程，即欧拉方程。拉格朗日（JosephLouisLagrange,1736.1.25~1813.4.10，法国数学家、物理学家）对无旋运动，而后亥姆霍兹（HermannvonHelmholtz,1821.10.31~1894.9.8，德国物理学家、

4、生理学家、生物物理学家）对旋涡运动作了不少研究。概述3HEUJ&F伯努利欧拉拉格朗日19世纪纳维（Claude-Louis-Marie-HenriNavier,1785.2.10~1836.8.21，法国力学家、工程师）和斯托克斯（GeorgeGabrielstokes,1819.8.13~1903.2.1，英国力学家、数学家）分别建立了描述粘性流体运动的基本方程，即纳维-斯托克斯方程，它是流体动力学的理论基础。与流体动力学平行发展的是水力学。概述4HEUJ&F纳维斯托克斯20世纪1904年普朗特（LudwigPrandtl,1875.2.

5、4~1953.8.15，德国力学家、近代航空流体力学的奠基人)创立边界层理论，它既明确了理想流体的适用范围，又能计算在流体中运动的物体所受到的摩擦阻力。20世纪初，飞机的出现促进空气动力学的发展。40年后，由于喷气推进和火箭技术的应用，使气体高速流动的研究进展迅速，形成了气体动力学。从20世纪50年代起，电子计算机不断完善，使原来用分析方法难以进行研究的课题，可用数值计算方法进行，出现了计算流体力学新分支。与其同时，由于民用和军用生产的需要，水动力学等学科也有很大进展。从20世纪60年代起，流体力学和其他学科逐渐互相交叉渗透，形成一些新的交

6、叉学科，如物理-化学流体力学、磁流体力学等；原来基本上只是定性描述的问题逐步得到定量研究，生物流变学就是一个例子。概述5HEUJ&F普朗特流体力学研究内容从研究对象划分，它主要有以下分支学科：地球流体力学：研究大气、海水以及地球深处熔浆的运动。水力学和水动力学：研究水在海洋、江河、渠道、管道和水力机械中的运动，船舶运动和阻力，高速水流中的空化，等等。空气动力学：研究空气的特性（如粘性、压缩性、扩散和波动特性等），飞行器的气动力特性和气动加热现象，飞行器外形设计等。环境流体力学和工业流体力学：研究大气污染 、建筑物的风载风振问题、风能利用、沙

7、漠迁移、河流泥沙运动、液力和气力输送，等等。生物流体力学：研究人和其他生物体内的流体运动规律。其他还有渗流力学、磁流体力学、物理-化学流体力学、爆炸力学等。概述HEUJ&F6流体力学研究方法流体力学的研究方法有现场观测、实验室模拟、理论分析和数值计算，它们是相辅相成的。现场观测利用仪器对流动现象进行实际全尺寸观测。实验室模拟由于现场流动现象的发生不能人为控制，且要花费大量资金和人力，因此人们建立实验室，使流动现象能在控制条件下出现，以便于观察和研究。要使实验数据与现场观测结果相符，必须满足流动相似律。理论分析根据流体运动的普遍规律如质量守恒

8、、动量守恒、能量守恒等，利用数学分析手段研究流体运动规律。数值计算利用电子计算机求解复杂的流体力学基本方程组，它可部分或全部代替某些实验，因此发展很快。概述7HEUJ&F流体Fl