工程流体力学.ppt

2008年12月－2009年3月工程流体力学 主讲：胡国辉 hu.guohui@ 021延长校区上海市 应用数学和力学研究所302室 教材与参考书目 孙文策《工程流体力学》大连理工大学 莫乃榕《工程流体力学》华中科技大学 闻德荪《工程流体力学》 江宏俊《流体力学》高等教育 吴望一《流体力学》北京大学 H. 欧特尔等《普朗特流体力学基础》 主要内容 引言 第一章 流体基本性质 第二章 流体静力学 第三章 流体流动基本方程 第四章 旋涡和位势理论 第五章 相似理论和量纲分析 第六章 粘性流体的管内流动 第七章 粘性流体绕物体流动 第八章 气体动力学基础 什么是流体？ 流体的一般定义：液体和气体的统称，它们没有一定的形状，容易流动。（现代汉语词典） 流体的力学定义：流体不能抵抗任何剪切力作用下的剪切变形趋势(体积保持不变)。 当剪切力停止作用后，固体变形能恢复或部分恢复，流体则不作任何恢复。 自然界的流体力学 自然界的流体力学 工程运用——航空航天 工程运用——建筑水利 工程运用——汽车 流体力学 空气动力学、超高速气体动力学 物理化学流体力学 稀薄气体动力学 水动力学、船舶流体力学 环境流体力学 生物流体力学 多相流体力学 微流体力学 … … 机翼如何产生升力？ 香蕉球为什么拐弯？ 历史 列奥纳德.达.芬奇（Leonardo.da.Vinci,1452－1519） 著名物理学家和艺术家 设计建造了一小型水渠，系统地研究了物体的沉浮、孔口出流、物体的运动阻力以及管道、明渠中水流等问题。 帕斯卡（B.Pascal,1623-1662） 提出了密闭流体能传递压强的原理--帕斯卡原理。 牛 顿 英国伟大的数学家、物理学家、天文学家和自然哲学家。1642年12月25日生于英格兰林肯郡格兰瑟姆附近的沃尔索普村，1727年3月20日在伦敦病逝。牛顿在科学上最卓越的贡献是微积分和经典力学的创建。牛顿的成就，恩格斯在《英国状况十八世纪》中概括得最为完整：牛顿由于发明了万有引力定律而创立了科学的天文学，由于进行了光的分解而创立了科学的光学，由于创立了二项式定理和无限理论而创立了科学的数学，由于认识了力的本性而创立了科学的力学。 历史 伯努利（D.Bernoulli，1700－1782）瑞士科学家 在1738年出版的名著《流体动力学》中，建立了流体位势能、压强势能和动能之间的能量转换关系──伯努利方程。在此历史阶段，诸学者的工作奠定了流体静力学的基础，促进了流体动力学的发展。 历史 欧 拉（L.Euler，1707－1783） 经典流体力学的奠基人，1755年发表《流体运动的一般原理》，提出了流体的连续介质模型，建立了连续性微分方程和理想流体的运动微分方程，给出了不可压缩理想流体运动的一般解析方法。他提出了研究流体运动的两种不同方法及速度势的概念，并论证了速度势应当满足的运动条件和方程。 历史 达朗伯（J.le R.d‘Alembert,1717－1783） 1744年提出了达朗伯疑题（又称达朗伯佯谬），即在理想流体中运动的物体既没有升力也没有阻力。从反面说明了理想流体假定的局限性。 历史 弗劳德（W.Froude，1810-1879）对船舶阻力和摇摆的研究颇有贡献，他提出了船模试验的相似准则数--弗劳德数，建立了现代船模试验技术的基础。 亥姆霍兹（H.von Helmholtz,1821-1894）和基尔霍夫（G.R.Kirchhoff,1824-1887）对旋涡运动和分离流动进行了大量的理论分析和实验研究，提出了表征旋涡基本性质的旋涡定理、带射流的物体绕流阻力等学术成就。 历史 纳维（C.-L.-M.-H.Navier）首先提出了不可压缩粘性流体的运动微分方程组。斯托克斯（G.G.Stokes）严格地导出了这些方程，并把流体质点的运动分解为平动、转动、均匀膨胀或压缩及由剪切所引起的变形运动。后来引用时，便统称该方程为纳维-斯托克斯方程。 历史 谢 才（A.de Chézy法国 ） 在1755年便总结出明渠均匀流公式--谢才公式，一直沿用至今。 雷 诺（O.Reynolds，1842-1912）1883年用实验证实了粘性流体的两种流动状态──层流和紊流的客观存在，找到了实验研究粘性流体流动规律的相似准则数──雷诺数，以及判别层流和紊流的临界雷诺数，为流动阻力的研究奠定了基础。 历史 瑞 利（L.J.W.Reyleigh，1842-1919英国）在相似原理的基础上，提出了实验研究的量纲分析法中的一种方法--瑞利法。 库 塔（M.W.Kutta，1867－1944）1902年