流体力学0(1)

1、 流体力学汤炳书课程要求及考核方式 按时上课、不得迟到早退、如发现无故旷课三次本课程不及格。 上课必须认真听讲，在书上适当记些笔记。 平时要独立完成作业，按时上交，缺1次扣平时成绩5分。 期末采取闭卷考试，考勤、平时作业、笔记占30%，期终考试占70。 课堂唯一要求：上课时间请暂时离开手机屏幕！课堂唯一要求：上课时间请暂时离开手机屏幕！ 平时成绩主要参考依据！平时成绩主要参考依据！流体力学在工程技术与国民经济各生产部门的应用举例人体血液循环系统第一章 绪 论一、流体力学的研究对象二、流体力学的发展概况三、流体力学的方法四、单位制2022-4-2612 按照国家1997年颁布授予博士、硕士学位和

2、培养研究生的的学科、专业目录，分为哲学、经济学、法学、教育学、文学、历史学、理学、工学、农学、医学、军事学、管理学12大门类，每大门类下设若干一级学科，如理学门类下设数学、物理、化学等12个一级学科。2011年8月下旬 ，艺术学首次从文学门类中独立出来，单列为一个学科门类，考研学科门类将从原先的12个增加到13个。 流体力学属工学之力学二级学科 所谓获得一级学科博士学位授权，即是指在这个一级学科下的所有二级学科都有博士学位授予权，也就意味着，一个学生只要选择了这个学科中的任何一个专业，进了校门就可以从本科一直念到博士。这能反映出一个大学或科研院所在这个学科的实力和水平。但要看这个学科是否全国领

3、先，就要看它里面的二级学科有没有国家重点学科以及重点学科的多少。 08 工学 学科门类0801 力学 一级学科080103 流体力学 二级学科0802 机械工程 一级学科080201 机械设计及其自动化 二级学科16/24力学连续介质力学弹塑性力学流体力学静力学、运动学和动力学 质点力学刚体力学理论计算实验1、研究对象、研究对象 流体力学流体力学以液体和气体为研究对象，研究其平衡和运动基本规律的科学。流体是液体和气体的统称。但对研究对象既不研究其个别分子的运动，也不过问个别原子的运动，只研究其大量分子的集体运动。 一、一、 流体力学的研究对象2022-4-2617 流体力学主要研究内容：流体力

4、学主要研究内容：根据理论力学的普遍原理，借助大量的实际资料，运用数学和实验方法来研究流体平衡和运动时的压力分布、速度分布、与固体之间的相互作用以及流动过程中的能量损失等。 2022-4-2618 2、研究内容、研究内容2022-4-2619流、固体相互作用流动规律平衡规律绝对静止相对静止压力分布压力计算管 流绕 流射 流速度分布压力分布能量损失力与流动的关系流体动力学流体运动学流体静力学2022-4-2620掌掌 握握基本概念、基本原理 基本计算方法公式推导的前提条件、适用范围 各种系数的确定方法 结合实际灵活运用测压、测速、测流量的仪器原理 使用方法3、重点内容、重点内容明明 确确熟熟 悉悉

5、4、流体力学的分类、流体力学的分类 理论（古典）流体力学理论（古典）流体力学偏重偏重于数理分析于数理分析 按研究按研究 方法分方法分 实验流体力学实验流体力学工程力学工程力学 水力学水力学 侧侧重工程应用重工程应用 液体力学液体力学注重于流体空间密度注重于流体空间密度保持不变的特点保持不变的特点 按研究按研究 对象分对象分 气体力学气体力学运动速度小于声速的运动速度小于声速的气体气体 流体静力学流体静力学静止流体内压力静止流体内压力分布规律及对接分布规律及对接 按研究按研究 触固面的受力问触固面的受力问题题 内容分内容分 流体动力学流体动力学研究流体运动参数研究流体运动参数变化规律及其变化规律

6、及其 对固面的作用力问对固面的作用力问题题2022-4-2621与流体力学相关的科学家阿基米德：流体静力学帕斯卡 ：平衡流体中的压力传递牛顿：流体黏性、流体内摩擦定律欧拉：连续介质、理想流体平衡微分方程、理想流体运动微分方程伯努利：流体动力学基本公式纳维尔-斯托克斯：N-S方程（黏性流体运动微分方程）雷诺：层流、紊流儒可夫斯基：机翼理论升力公式普朗特：边界层理论普朗特：边界层理论卡 门：卡门涡街二、流体力学的发展概况流体力学的发展概况I、早期发展阶段公元前至17世纪中叶 在治理江河、农田灌溉、供水及航海等实践活动中积累了大量的流体基本知识。突出成就：公元前250年 阿基米德论浮体流体力学第一部

7、著作第二章 流体静力学古希腊数学家、力学家，静力学古希腊数学家、力学家，静力学和流体静力学的奠基人和流体静力学的奠基人 2022-4-2623II、中期发展阶段17世纪中叶至20世纪初叶 流体力学的初步形成和发展的时期，逐步建立和发展了解决流体力学问题的理论与实验方法。代表人物： 1687 牛顿 流体黏性第一章 黏性自然哲学的数学原理牛顿内摩擦定律英国伟大的数学家、物理学家、英国伟大的数学家、物理学家、天文学家和自然哲学家。天文学家和自然哲学家。2022-4-2624流体力学的初步形成和发展的时期，逐步建立和发展了解决流体力学问题的理论与实验方法。代表人物： 1738 伯努利 伯努利方程第三章

8、 流体动力学基础流体动力学基本公式瑞士科学家，曾在瑞士科学家，曾在俄国彼得堡科学院俄国彼得堡科学院任教，他在流体力任教，他在流体力学、气体动力学、学、气体动力学、微分方程和概率论微分方程和概率论等方面都有重大贡等方面都有重大贡献，是理论流体力献，是理论流体力学的创始人。学的创始人。2022-4-2625流体力学的初步形成和发展的时期，逐步建立和发展了解决流体力学问题的理论与实验方法。代表人物： 1755 欧拉理想流体平衡微分方程第二章 流体静力学理想流体运动微分方程第三章 流体动力学基础瑞士数学家、力学家、天文学家、物理学家，瑞士数学家、力学家、天文学家、物理学家，变分法的奠基人，复变函数论的

9、先驱者，理变分法的奠基人，复变函数论的先驱者，理论流体力学的创始人。论流体力学的创始人。 2022-4-2626流体力学的初步形成和发展的时期，逐步建立和发展了解决流体力学问题的理论与实验方法。代表人物： 纳维尔 斯托克斯 NS方程第三章 流体动力学基础黏性流体运动微分方程2022-4-2627流体力学的初步形成和发展的时期，逐步建立和发展了解决流体力学问题的理论与实验方法。代表人物： 1883雷诺层流、紊流第六章 黏性流体的一维定常流动雷诺应力英国力学家、物理学家和工程师。杰英国力学家、物理学家和工程师。杰出的实验科学家。出的实验科学家。 2022-4-2628流体力学的初步形成和发展的时期

10、，逐步建立和发展了解决流体力学问题的理论与实验方法。代表人物： 儒可夫斯基机翼理论升力公式第四章 不可压缩流体有旋流动和二维无旋流动机翼设计2022-4-2629流体力学的初步形成和发展的时期，逐步建立和发展了解决流体力学问题的理论与实验方法。代表人物： 1912卡 门卡门涡街美国著名空气动力学家 解释机翼张线的线鸣、水下螺旋桨的嗡鸣 2022-4-2630流体力学的初步形成和发展的时期，逐步建立和发展了解决流体力学问题的理论与实验方法。代表人物： 19041904普朗特普朗特边界层理论边界层理论第五章第五章 不可压缩流体二维边不可压缩流体二维边界层概述界层概述德国力学家。现代流体力学的创始人

11、之一。边界层德国力学家。现代流体力学的创始人之一。边界层理论、风洞实验技术、机翼理论、紊流理论等方面理论、风洞实验技术、机翼理论、紊流理论等方面都作出了重要的贡献，被称作空气动力学之父。都作出了重要的贡献，被称作空气动力学之父。 2022-4-2631III、后期发展阶段20世纪初叶至20世纪中叶 流体力学迅猛发展阶段，以航空航天领域为重，流体力学迅猛发展阶段，以航空航天领域为重，流体力学的理论与实验研究在各个流体力学的理论与实验研究在各个 领域都取得了极领域都取得了极大的发展。形成了两门重要的学科：大的发展。形成了两门重要的学科：空气动力学和计算流体力学。2022-4-2632IV、近期发展

12、状况20世纪中叶以后 20世纪世纪50年代以后，流体力学已经建立了一个年代以后，流体力学已经建立了一个相对比较完整的科学研究体系，一些基本问题都得相对比较完整的科学研究体系，一些基本问题都得到了很好的解决。但是一些较难、较复杂的问题还到了很好的解决。但是一些较难、较复杂的问题还不能利用现有的知识进行解释，如湍流、旋涡动力不能利用现有的知识进行解释，如湍流、旋涡动力学、非定常流等。这些问题成为目前流体力学的主学、非定常流等。这些问题成为目前流体力学的主要研究方向。另外各种交叉学科的出现也极大地拓要研究方向。另外各种交叉学科的出现也极大地拓展了流体力学的研究领域。展了流体力学的研究领域。2022-

13、4-26332022-4-2634大禹治水 4000多年前的大禹治水大禹治水，说明我国古代已有大规模的治河工程。 (公元前256210年) 秦代，在公元前256-前210年间便修建了都江堰都江堰、郑郑国渠国渠、灵渠灵渠三大水利工程，说明当时对明槽水流和堰流流动规律的认识已经达到相当水平。龙首渠（公元前156-前87） 西汉武帝时期，为引洛水灌溉农田，在黄土高原上修建了龙首渠，创造性地采用了井渠法，即用竖井沟通长十余里的穿山隧洞，有效地防止了黄土的塌方。流体力学在中国流体力学在中国2022-4-2635水利风力机械 在古代，以水为动力的简单机械也有了长足的发展，例如用水轮提水，或通过简单的机械传

14、动去碾米、磨面等。东汉杜诗任南阳太守时（公元37年）曾创造水排水排（水力鼓风机），利用水力，通过传动机械，使皮制鼓风囊连续开合，将空气送入冶金炉，较西欧约早了一千一百年。流体力学在中国流体力学在中国2022-4-2636真州船闸北宋（960-1126）时期，在运河上修建的真州船闸与十四世纪末荷兰的同类船闸相比，约早三百多年。潘季顺明朝的水利家潘季顺（1521-1595）提出了“筑堤防溢，建坝减水，以堤束水，以水攻沙”和“借清刷黄”的治黄原则治黄原则，并著有两河管见、两河经略和河防一揽。流 量清朝雍正年间，何梦瑶在算迪一书中提出流量流量等于过水断面面积乘以断面平均流速的计算方法。 流体力学在中国

15、流体力学在中国2022-4-2637 李冰（公元前李冰（公元前302-235302-235）都江堰都江堰流体力学在中国流体力学在中国2022-4-2638钱学森钱学森 钱学森（19112009）浙江省杭州市人， 他在火箭、导弹、航天器的总体、动力、制导、气动力、结构、材料、计算机、质量控制和科技管理等领域的丰富知识，为中国火箭导弹和航天事业的创建与发展作出了杰出的贡献。1957年获中国科学院自然科学一等奖，1979年获美国加州理工学院杰出校友奖，1985年获国家科技进步奖特等奖。1989年获小罗克维尔奖章和世界级科学与工程名人称号，1991年被国务院、中央军委授予“国家杰出贡献科学家”荣誉称号

16、和一级英模奖章。流体力学在中国流体力学在中国2022-4-2639周培源（ 19021993)。 1902年8月28日出生，江苏宜兴人。理论学家、流体力学家主要从事物理学的基础理论中难度最大的两个方面即爱因斯坦广义相对论引力论和流体力学中的湍流理论的研究与教学并取得出色成果。吴仲华吴仲华（Wu Zhonghua）在1952年发表的在轴流式、径流式和混流式亚声速和超声速叶轮机械中的三元流普遍理论和在1975年发表的使用非正交曲线坐标的叶轮机械三元流动的基本方程及其解法两篇论文中所建立的叶轮机械三元流理论，至今仍是国内外许多优良叶轮机械设计计算的主要依据。流体力学在中国流体力学在中国三、流体力学的

17、研究方法三、流体力学的研究方法目前，解决流体力学问题主要有一）实验方法(1)对所给定的问题，选择适当的无量纲相似参数，并确定其大小范围；(2)根据(1)准备试验条件，其中包括模型的设计制造与设备仪器的选择使用等；(3)制订试验方案并进行试验；(4)整理和分析实验结果，并与其他方法或其他著者所得的结果进行比较等。优点：能直接解决生产中的复杂问题，能发现流动中的新现象和新原理，它的结果可以作为检验其他方法是否正确的依据缺点：对不同情况需作不同的实验，即所得结果的普适性较差2022-4-2640二）理论分析方法(1)建立简化的数学模型，即根据所给问题的特点，作出一定的假定，并用以简化一般的流体运动方

18、程组和初始条件与边界条件；(2)用分析方法求此简化后的初值问题或边值问题的分析解；(3)选取适当的算例，利用分析解进行具体的数值计算；(4)将所得算例结果与用其他方法所得的相应结果进行比较，以检验简化模型的合理性优点：分析能明确地给出了各种物理与流动参量之间的变化关系，有较好的普适性。缺点：数学上的困难很大，能获得的分析解的数量有限。2022-4-2641三）数值方法(1)对一般的流体运动方程，初始或边界条件，进行必要的简化或改写；(2)选用适当的数值方法，对简化或改写的初值问题或边值问题进行离散化；(3)编制程序，选取算例，进行具体计算，并将所得结果绘制成图表；(4)将算例结果与实验或其他计算方法结果，进行比较。优点：许多用分析法无法求解的问题，用此法可以求得它们的数值解如果计算机的速度与容量继续提高，计算方法不断改进，它所起的作用，将愈来愈大，但其是一种近似方法，其结果仍应与实验或其它精确结果进行比较。缺点：对复杂而又缺乏完善数学模型的问题，仍无能为力。2022-4-26422022-4-2643穿过厚纸片的子弹的激波飞机激波航天飞机周围的激波2022-4-2644涡街液滴落在液面时的瞬间2022-4-2645协和式飞机着陆时的流场有攻角的锥头背风面的涡2022-4-2646 喷气式飞机外流场喷气