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几个概念和问题 汽车阻力: (1)观念的变迁:空气对前部的撞击→汽车尾流; (2)摩擦阻力和压差阻力: 几个概念和问题 (3)外形的变迁:阻力系数越来越小 → 省油。 ① 早期汽车后部是陡峭的(箱型车),阻力系数约0.8。 ② 用流体力学原理不断进行改进。 ② 用流体力学原理不断进行改进。 新能源利用 工 程 流 体 力 学 1 流体力学:力学的一个分支。 2 人类:700万年;流体力学发展史:仅2000多年 (1)早期:农田灌溉、航运 (2)今天:已应用于环保、土木、供暖通风、化工、机械、动力、能源、水利、气象、航空、医学、生物,是现代工业的一门基础学科。 3 课程教学目的:介绍基本现象、概念、规律。 一 绪 论 1.1 基本概念 (1)流体: 广义:能够流动的物质就叫流体, 狭义:气体和液体,密度和可压缩性的差别 力学:微小的剪切力 → 连续变形 → 流动 (2)流体力学: 分类:静力学和动力学 一 绪 论 (3)研究方法: 空气:看不见摸不着 水:无色无味 流动形态变化太快 只能借助手段来进行研究: 现场观测、实验室模拟、理论分析、数值计算 研究方法: 理论分析 根据工程实际中流动现象的特点,建立流体运动的方程及边界条件,运用数学工具准确地或近似地求出方程的解。 实验研究 根据模化理论对所研究的流动进行模拟,通过观察和测量,获得所需结果,可直接解决工程中复杂的问题,并能发现新的流动现象。 数值计算 将流体力学方程和边界条件采用适当的方法离散化,然后选取适当的计算方法,用计算机求解。 发展简史:是从力学分枝而出的一门古老学科。 应用:动力方面、机械方面、运输行业、日常生活等等 (4)主要任务:研究流体在静止和运动过程中所遵循的基本规律以及流体与流体、流体与固体之间在静止和运动时相互之间作用力的计算。 当飞行器以某一速度在静止空气中运动时,飞行器与空气的相对运动规律和相互作用力,与飞行器固定不动而让空气以同样大小和相反方向的速度流过飞行器的情况是等效的。 风洞测力实验 可以将飞行器模型固定不动,人工制造直匀气流(风洞)流过物体,以便观察流动现象,测量模型受到的力,进行试验空气动力学研究。 飞机尾流显示(水洞) 发 展 简 史 1.2 发展简史 (1)公元前250,阿基米德: ★ 《流体静力学》、《论浮体》,建立了浮力定律 和液体平衡理论; ★ 此后一千多年,流体力学没有任何重大进展。 (2)16世纪初,达芬奇: “孔口泄流”、“不可压流质量守恒连续性原理”; 发 展 简 史 (3)1650年,帕斯卡定律,流体中压强传递的过程; 但由于缺少:对力与运动间关系的了解、合适的 数学描述方法,研究偏重于实践和经验总结、静力 学; 流体动力学是在建立了速度、加速度,质量、 动量、能量守恒定律后,借助数学工具发展起来的。 发 展 简 史 (4)17世纪初:牛顿三大定律、微积分,流体力学逐步迈进理性研究和持续发展阶段; (5)1730:皮托管—为实验观测和分析提供了工具 (6)1738:伯努利方程,V、P、H的关系,首次将牛顿力学、流体物理性质、压强3者结合在了一起。 《流体动力学》一书中首次出现了“流体力学” 发 展 简 史 (7)1748,罗蒙诺索夫:质量守恒定律 (8)1752,达朗贝尔:连续性方程 (9)欧拉:理论流体力学的奠基人 1753,连续介质假设; 1755,建立了欧拉方程,首次用数学分析研究流体力学问题,奠定了理论流体力学的基础。 发 展 简 史 (10)1783,拉格朗日:随体的概念 (11)1823、1845:N-S方程,流体动力学的理论基础 (12)1883,层流和湍流;1895,粘流时均运动方程 (13)1904-1921:普朗特、卡门等,边界层理论 现代流体力学形成的标志:边界层理论的建立; 普朗特:近代流体力学和空气动力学的奠基人。 发 展 简 史 (14)1903年,莱特兄弟, 飞机出现促进了空气动力学的发展。 茹科夫斯基:环量、升力定理; (15)20世纪60年代起,产生了大量的交叉学科。 一 绪 论 1.3 流体力学在工程上的应用 (1)空气动力学、气体动力学: 航空:大气层内,连续介质力学 航天:稀薄气体动力学(滑流、过渡流、自由 分子流);等离子体 潜艇、船舶:液体压缩性小、粘性大 一 绪 论 1.3 流体力学在工程上的应用 (1)空气动力学、气
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