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重庆理工大学 关于流体力学应用的论文 重庆理工大学 2012年03月01日 流体力学的应用 【摘要】 流体力学是在人类同自然界作斗争和在生产实践中逐步发展起 来的。古时中国有大禹治水疏通江河的传说；秦朝李冰父子带领劳动 人民修建的都江堰，至今还在发挥着作用；大约与此同时，古罗马人 建成了大规模的供水管道系统等等。对流体力学学科的形成作出第一 个贡献的是古希腊的阿基米德，他建立了包括物理浮力定律和浮体稳 定性在内的液体平衡理论，奠定了流体静力学的基础。 流体力学是力学的一个重要分支，它主要研究流体本身的静止状 态和运动状态，以及流体和固体界壁间有相对运动时的相互作用和流 动的规律。在生活、环保、科学技术及工程中具有重要的应用价值。 【关键词】 流体力学 流体阻力 牛顿流体 涡流 【正文】 流体是气体和液体的总称。在人们的生活和生产活动中随时随地 都可遇到流体，所以流体力学是与人类日常生活和生产事业密切相关 的。大气和水是最常见的两种流体，大气包围着整个地球，地球表面 70% ( 的 是水面。大气运动、海水运动包括波浪、潮汐、中尺度涡旋、 环流等乃至地球深处熔浆的流动都是流体力学的研究内容。) 流体力学在生产生活中的应用很广泛，例如航空航天航海技术、 i 水利工程、环境保护以及生活中很多不起眼的小物件也利用了流体力 学的基础知识。 15 例如生活中常见的高尔夫球，高尔夫球运动起源于 世纪的苏 格兰，不知道大家有没有发现，高尔夫球的表面做成有凹点的粗糙表 面，而不是平滑光趟的表面，就是利用粗糙度使层流转变为紊流的临 界雷诺数减小，使流动变为紊流，以减小阻力的实际应用例子。最初， 高尔夫球表面是做成光滑的，后来发现表面破损的旧球反而打的更 Re 41.1 远。原来是临界 数不同的结果。高尔夫球的直径为 毫米，光 RE 3.85×E5 135 滑球的临界 数为 ，相当的自由来流空气的临界速度为 米秒，实际上由于制造得不可能十分完善，速度要稍微低一些。/ 一般高尔夫球的速度达不到这么大，因此，空气绕流球的情况属于小 Re Cd 于临界 数的情况，阻力系数 较大。将球的表面做成粗糙面， RE E5, 促使流动提早转变为紊流，临界 数降低到 相当的临界速度为 35 / 米秒，一般高尔夫球的速度要大于这个速度。因此，流动属于大 Re Cd 于临界 数的情况，阻力系数 较小，球打得更远。 同样在游泳的时候，也受到流体的作用。游泳是在水中进行的周 期性运动。人在水中的漂浮能力与身体所持姿势直接相关。身体保持 ii 流线型（吸足气），使重心与水的浮心接近一条直线，就能漂浮较长 时间；如果先吸足气，双臂却紧贴体侧，胸腔虽充足气，但下肢相对 上身比重较大，下肢很快就会下沉。因此，游泳不但要充分利用水的 2-1 浮力，如图 所示。而且要尽量减少失去浮力的时间，如头不要抬 得太高，