船舶流力第一章节绪论课件幻灯片.ppt

A4.2 实验方法 实验研究的一般过程是： 在相似理论的指导下建立模拟实验系统，用流体测量技术测量流动参数，处理和分析实验数据。 A4.2 实验方法 典型的流体力学实验有： 风洞实验 水池实验 水洞实验 测量技术：热线、激光测速；粒子图像、迹线测速；高速摄影；全息照相；压力、密度测量等。 实验结果能反映工程中的实际流动规律，发现新现象，检验理论结果等，但结果的普适性较差。 A4.3 数值方法 数值研究的一般过程是： 对流体力学数学方程作简化和数值离散化，编制程序作数值计算，将计算结果与实验结果比较。 A4.3 数值方法 常用的方法有： 有限差分法、有限元法、有限体积法、边界元法、谱分析法、光滑粒子法、离散涡方法等。 数值方法的优点是能计算理论分析方法无法求解的数学方程，比实验方法省时省钱，但毕竟是一种近似解方法，适用范围受数学模型的正确性和计算机的性能所限制。 A4 流体力学研究方法 三种方法各有优缺点，应取长补短，互为补充。 A5 单位制 一般的流体力学问题中基本量纲有四个： 质量M，长度L，时间t和温度T。 本课程采用国际单位制（SI）。 在国际单位制（SI）中取质量（千克）、长度（米）、时间（秒）和温度（开尔文）为基本单位，力的单位（牛顿）是导出单位，详见表A5.1 定量地表示物理量的标准基元称为量纲B（i），类别与相应的物理量B相同，大小由人为规定。物理量大小可以用相应的单位表示： B = k (i) B (i) 表A5.1 常用SI单位 参考书及课程安排 流体力学（上、中、下）__丁祖荣__上海交通大学出版 Marine Hydrodynamics(船舶流体动力学)__J.N.Newman_MIT Press 课程总计32学时，平时成绩（作业、出席）20%，考试成绩80%。 流体力学（二） 主讲教师：孙 雷 宗 智 船舶工程学院 A1 流体运动与流体力学 A2 流体力学与科学 A3 流体力学与工程技术 A4 流体力学的研究方法 A5 单位制 A 绪 论 A1 流体运动与流体力学 从古至今：人类生活在被流体围绕的环境中 人类祖先在海洋里生活了40亿年 在空气中也生活了近700万年 人类的感性认识: 流体固体 A1.1 有关流体运动的三个问题 一些流体运动问题的直觉往往与事实不符 高尔夫球：飞得远应表面光滑还是粗糙 汽车：阻力来自前部还是后部 机翼：升力来自上部还是下部 高尔夫球：飞得远应表面光滑还是粗糙 15世纪苏格兰盛行 “捶丸”早在元世祖至元十九年（公元1282年）就在中国出现 当时人们认为表面光滑的球飞行阻力小，因此用皮革制球 后来发现表面有很多划痕的旧球反而飞得更远 这个谜直到20世纪建立流体力学边界层理论后才解开 高尔夫球：飞得远应表面光滑还是粗糙 光滑圆球体一杆打击40米远 老旧带划痕球体打击更远 螺旋线、网纹、方格纹、凸粒、凹坑200米开外 现在的高尔夫球表面有很多窝坑，在同样大小和重量下，飞行距离为光滑球的5倍，飞行阻力为光滑球的1/5。 汽车：阻力来自前部还是后部 实际上汽车阻力主要来自后部形成的尾流，称为形状阻力 汽车发明于19世纪末，当时人们认为汽车的阻力主要来自前部对空气的撞击，因此早期的汽车后部是陡峭的，称为箱型车，阻力系数（CD）很大，约为0.8。 汽车：阻力来自前部还是后部 20世纪30年代起，人们开始运用流体力学原理改进汽车尾部形状，出现甲壳虫型，阻力系数降至0.6。 20世纪50－60年代改进为船型，阻力系数为0.45。 汽车：阻力来自前部还是后部 80年代经过风洞实验系统研究后，又改进为鱼型，阻力系数为0.3。 以后进一步改进为楔型，阻力系数为0.2。 汽车：阻力来自前部还是后部 90年代后，科研人员研制开发的未来型汽车，阻力系数仅为0.137。 汽车：阻力来自前部还是后部 经过近80年的研究改进，汽车阻力系数从0.8降至0.137，阻力减小为原来的1/5 。 机翼：升力来自上部还是下部 人们的直观印象是空气从下面冲击着鸟的翅膀，把鸟托在空中，就像船舶受到水下面的压力把船托在水面上一样。 错误的根源：认为升力来源于对空气的拍打 机翼：升力来自上部还是下部 19世纪初建立的流体力学环量理论彻底改变了人们的传统观念。 脱体涡量与机翼环量大小相等方向相反 机翼：升力来自上部还是下部 足球的“香蕉球”现象可帮助理解环量理论。 旋转的球带动空气形成环流，一侧气体加速，另一侧减速，形成压差力，使足球拐弯，称为马格努斯效应 U1 U2 U1 U2 机翼：升力来自上部还是下部 机翼的特殊形状使它不用旋转就能产生环量 上部流速加快形成吸力