流体力学-lecture1-前言(1次课)

流体力学赵思诚博士办公：土木工程楼503电话：51687257邮箱：sczhao@网页：/teacher_info/preview.asp?id=8639

个人简介学习及工作经历2001-2005：中南大学，学士2005-2011：中国科学院力学研究所，博士12008-2011：UniversitéAix-MarseilleIII，博士22011-2013：北京大学工学院力学系，博士后2013-：北京交通大学土木建筑工程学院，讲师研究领域流动及流体界面的失稳及演化过程

本讲内容：前言什么是流体力学？3§1-1前言流体力学是如何发展的？为什么学习流体力学？如何学习流体力学？目标内容及安排学习方式及辅助教材考核方式要求

流体易流动的物质不能承受拉力；剪切力会产生变形与流动4§1-1前言气体和液体狭义及广义流体

流体力学研究流体宏观机械运动的学科流体的时间、空间和力5工业流体环境流体交通流§1-1前言狭义及广义流体力学

流体力学分类流动之动静流体静力学；流体运动学和动力学流动之快慢空气动力学（高速流）；粘性流体力学（低速流）流体之研究方式实验流体力学；计算流体力学；理论流体力学流体之应用工业流体力学；地球流体力学；环境流体力学；生物流体力学；物流及交通流等等…6§1-1前言

流体力学孕育及发展早期孕育古希腊阿基米德发现了浮力定律Archimedes287-212BC意大利达·芬奇提出了涡的概念DaVinci

1452-1519意大利伽利略撰写了流体力学Galileo1564-1642§1-1前言7

流体力学孕育及发展自然之理性思考艾萨克·牛顿爵士是人类历史上出现过的最伟大科学家，在1687年发表的《自然哲学的数学原理》里用数学方法阐明宇宙中最基本的法则—万有引力定律和三大运动定律，由此奠定了之后三个世纪中物理界的科学观点，并成为现代工程学的基础。牛顿为人类撑起了一面“理性主义”的旗帜，开启工业革命的大门

IsaacNewton1643-1727§1-1前言IknownotwhatIappeartotheworld,buttomyselfIseemtohavebeenonlylikeaboyplayingonthesea-shore,anddivertingmyselfinnowandthenfindingasmootherpebbleoraprettiershell,while

thegreatoceanoftruthlayallundiscoveredbeforemeIfIhavebeenabletosee

further,itwasonlybecauseIstoodontheshouldersofgiants.8

流体力学孕育及发展理论流体力学发展18世纪随着牛顿运动定律和微积分方法的建立，流体力学迈入了理性化的发展阶段。伯努利（D.

Bernoull,1700-1782）瑞士科学家，对流体力学理论有重大贡献，奠基人之一

欧拉（L.Euler，1707-1783）瑞士数学家及物理学家，对流体力学理论有重大贡献，奠基人之一内维（L.

Navier，1785-1836）法国力学家及数学家，对流体力学理论有重大贡献斯托克斯（G.Stokes,1819-1903）英国力学家及数学家对流体力学理论有重大贡献§1-1前言9

流体力学孕育及发展经验流体力学发展17至19世纪水力工程师获得了许多经验流体力学关系式谢才（A.

Chezy，1718－1798）法国水力工程师，提出了明渠均匀流谢才公式

皮托（H.Pitot，1695-1771）法国数学家和水力工程师，发明测量流速的皮托管§1-1前言达西（H.Darcy，

1803～1858）法国水文地质学家和力工程师，提出了渗流的达西定律10

流体力学孕育及发展现代流体力学普朗特（L.

Prandtl，1875-1953），德国力学家，现代流体力学之父，边界层理论瑞利（J.

Rayleigh，1842－1919），英国力学家，量纲分析法§1-1前言11

流体力学孕育及发展现代流体力学卡门（V.Karman，1881-1963），美国力学家泰勒（G.

Taylor，1886-1975），英国力学家§1-1前言12

流体力学孕育及发展影响当代流体力学的大师G.K.Batchelor（1920-2000）力学家

，在湍流及对流等领域都有重大贡献，是JFM和DAMTP创始人§1-1前言13

流体力学孕育及发展影响当代中国流体力学的大师周培源（1902-1993）中国力学家钱学森（1911-2009）中国力学家§1-1前言14流体力学的未来红果园人，流体力学大师

，未来流体力学

流体力学孕育及发展§1-1前言15

流体力学孕育及发展§1-1前言现代理论近代理论经典理论经验知识阿基米德定律帕斯卡定律

理论流体力学：欧拉方程、伯努利方程、N-S方程水力学：雷诺实验；达西定律；水洞风洞边界层理论机翼升力理论可压缩流体理论高速空气动力学稀薄气体动力学电磁流体力学多相流体力学生物流体力学非牛顿流体非线性系统问题计算流体力学……16

为什么学习流体力学？流体力学在工程及自然环境中的应用土木工程:桥梁的风致安全风振形式：颤振和涡振（自激振动）+抖振（强迫振动）•迎风面正压

背风面负压•侧弯与扭转

强烈耦合•不规则断面钝头•卡门涡街导致涡振•涡振频率与固有频率耦合塔科马峡谷大桥：主跨853米，

遇难时8级风20m/s，桥面倾斜45度，后折断§1-1前言17

为什么学习流体力学？流体力学在工程及自然环境中的应用土木工程：桥梁冲刷的流体问题南京长江大桥日本明石跨海大桥§1-1前言18

为什么学习流体力学？流体力学在工程及自然环境中的应用土木工程：水利工程中的流体问题三峡水利枢纽§1-1前言19

为什么学习流体力学？风致效应20§1-1前言流体力学在工程及自然环境中的应用土木工程：高层建筑工程中的安全问题

为什么学习流体力学？流体力学在工程及自然环境中的应用土木工程：建筑工程中的安全问题水立方§1-1前言21

为什么学习流体力学？流体力学在工程及自然环境中的应用土木工程：结构的环境影响（光，噪音，热）城市的热岛效应§1-1前言22

为什么学习流体力学？流体力学在工程及自然环境中的应用环境工程：大气污染问题§1-1前言贵州六盘水违规电厂23

为什么学习流体力学？流体力学在工程及自然环境中的应用环境工程：水污染问题§1-1前言废水排放下游水体的污染24

为什么学习流体力学？流体力学在工程及自然环境中的应用机械工程：航空航天§1-1前言在美国空军服役的B-2隐形轰炸机太空旅游飞船C-XXI号的模型可载两名游客到101公里高空亚轨道飞行观光25

为什么学习流体力学？流体力学在工程及自然环境中的应用机械工程：航海§1-1前言大型水面舰船核潜艇26

为什么学习流体力学？流体力学在工程及自然环境中的应用机械工程：高速列车§1-1前言高速列车27

为什么学习流体力学？流体力学在工程及自然环境中的应用机械工程：汽车§1-1前言奔驰E级轿车外流模拟(压力分布)28

为什么学习流体力学？流体力学在工程及自然环境中的应用化学工程：化学制备中的流动反应§1-1前言化工厂侧视图29

为什么学习流体力学？流体力学在工程及自然环境中的应用工程热物理：天然气液化§1-1前言天然气液化船只30

为什么学习流体力学？流体力学在工程及自然环境中的应用工程热物理：热电厂流动问题§1-1前言热电厂示意31

为什么学习流体力学？流体力学在工程及自然环境中的应用自然界中的大气：风霜雨雪§1-1前言台风龙卷风32

为什么学习流体力学？流体力学在工程及自然环境中的应用自然界中的海洋：浪流潮§1-1前言风暴潮洋流图33

为什么学习流体力学？流体力学在工程及自然环境中的应用自然界中的地球：地幔对流§1-1前言34

为什么学习流体力学？流体力学在工程及自然环境中的应用自然界中流动研究：数值模拟，野外观测及实验测量§1-1前言风浪流水槽35

为什么学习流体力学？个人收获概念、规律及方法§1-1前言观察力、分析力、总结力及表达力思维方式、行为心理及价值观念36

怎样学习流体力学？课程目标掌握基本概念雷诺数，弗洛德数…理解基本规律贝努力方程学习基本方法量纲分析§1-1前言37

怎样学习流体力学？教学安排（一）前言及流体物理性质（4学时）（二）流体静力学（4学时）（三）流体运动学（2学时）（四）流体动力学基础（4学时）（五）层流、紊流及其能量损失（6学时）（六）孔口、管嘴出流与有压管路（2学时）（七）明渠均匀流（2学时）（八）量纲分析及相似原理（2学时）（九）实验（4学时）（十）复习（2学时）§1-1前言38

怎样学习流体力学？需要的基础知识高等数学大学物理工程力学矢量初步§1-1前言39

怎样学习流体力学？后续课程的基础桥梁与隧道工程建筑给水与排水工程建筑采暖与通风环境工程中的其它课程§1-1前言40

怎样学习流体力学？学习方式讲座听课及回答问题实验实际操作及实验报告自学阅读及作业§1-1前言41

怎样学习流体力学？教材及参考书目《流体力学》李玉柱，苑明顺（2版）（教材科）参考书目《流体力学》周光炯，严宗毅等《流体力学》张也影《流体力学与流体机械》屠大燕§1-1前言42

怎样学习流体力学？考核方式平时成绩（

30％~）作业：10%实验：10%其它：10%期末考试（70％）：概念及规律掌握情况填空判断证明计算§1-1前言43

怎样学习流体力学？考式作业要求按有效数字规则计算物理量单位准确无误绘图规范，意义明确必须有解题过程，逻辑过程严密作业和答卷整洁清晰鼓励计算机答题，例如用Excel、Fortran等软件解题提倡提问和讨论§1-1前言44

怎样学习流体力学？考式作业要求作业按时按量完成和上交，用统一的作业本，成绩按5分制，每次记录

实验报告在考试之前完成和上交闭卷考试难度与作业题和讲课例题相当§1-1前言45

本讲总结什么是流体力学？§1-1前言流体力学是如何发展的？为什么学习流体力学？如何学习流体力学？目标内容及安排学习方式及辅助教材考核方式要求46

思考题§1-1前言1、在游自由泳时，下肢怎样获得动力？鱼呢？2、帆船怎样逆风行使？3、为什么风筝要“提线”？