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流体力学中南大学第1页/共298页第2页/共298页Fluid Mechanics中南大学机电工程学院液压所第3页/共298页目录流体力学的任务与研究对象流体力学的发展简史第1章 流体力学的基本概念第2章 流体静力学第4页/共298页流体力学的任务与研究对象 流体力学是研究流体运动规律及其应用的科学，是力学的一个重要分支。　流体力学研究的对象——液体和气体。固体、液体和气体的宏观表象差异：固体有一定的体积和一定的形状；液体有一定的体积而无一定的形状；气体既无一定的体积也无一定的形状。第5页/共298页流体力学的发展简史第6页/共298页流体力学发展简史第一阶段（16世纪以前）：流体力学形成的萌芽阶段第二阶段（16世纪文艺复兴以后-18世纪中叶）流体力学成为一门独立学科的基础阶段第三阶段（18世纪中叶-19世纪末）流体力学沿着两个方向发展——欧拉、伯努利第四阶段（19世纪末以来）流体力学飞跃发展第7页/共298页第一阶段（16世纪以前）：流体力学形成的萌芽阶段公元前2286年－公元前2278年　大禹治水——疏壅导滞（洪水归于河）（传说）公元前300年左右（秦帝国）　郑国渠、都江堰、灵渠公元584年－公元610年　隋朝　南北大运河、船闸应用；埃及、巴比伦、罗马、希腊、印度等地水利、造船、航海产业发展系统研究　古希腊哲学家阿基米德《论浮体》（公元前250年）奠定了流体静力学的基础第8页/共298页 都江堰位于四川省都江堰市城西，是中国古代建设并使用至今的大型水利工程，被誉为“世界水利文化的鼻祖” 。通常认为，都江堰水利工程于公元前256年左右修建的，是全世界迄今为止，年代最久、唯一使用至今、以无坝引水为特征的宏大水利工程。 秦帝国修建了三条渠：郑国渠、都江堰、灵渠 对于水利工程除了地质要求外，还有三个重要自然因数需要解决。①汛期的防洪；②枯水期的正常使用；③泥沙淤积问题。?都江堰?第9页/共298页第10页/共298页第11页/共298页第12页/共298页第13页/共298页第14页/共298页第二阶段（16世纪文艺复兴以后-18世纪中叶）流体力学成为一门独立学科的基础阶段1586年　斯蒂芬——水静力学原理1612年　伽利略——物体沉浮的基本原理1650年　帕斯卡——“帕斯卡原理”1686年　牛顿——牛顿内摩擦定律1738年　伯努利——理想流体的运动方程即伯努利方程1775年　欧拉——理想流体的运动方程即欧拉运动微分方程第15页/共298页第三阶段（18世纪中叶-19世纪末）流体力学沿着两个方向发展——欧拉（理论）、伯努利（实验）工程技术快速发展，提出很多经验公式　1769年　谢才——谢才公式（计算流速、流量）　1895年　曼宁——曼宁公式（计算谢才系数）　1732年　比托——比托管（测流速）　1797年　文丘里——文丘里管（测流量）理论　1823年纳维，1845年斯托克斯分别提出粘性流体运动方程组（N-S方程）第16页/共298页第四阶段（19世纪末以来）流体力学飞跃发展理论分析与试验研究相结合量纲分析和相似性原理起重要作用 1877-1878年 Lord Raleigh——在其《声理论》中阐述了“因次方法” 　1883年　雷诺——雷诺实验（判断流态）　1903年　普朗特——边界层概念（绕流运动） 1911年，俄国人A.Federmann和Raibouchinsky分别发现了量纲分析的基本定理 1914年，美国人E.Buckingham引入了术语“?-定理” 　1933-1934年　尼古拉兹——尼古拉兹实验（确定阻力系数）　……流体力学与相关的邻近学科相互渗透，形成很多新分支和交叉学科第17页/共298页第1章 流体力学的基本概念第18页/共298页1.1 流体力学的研究方法 理论分析方法、实验方法、数值方法相互配合，互为补充理论研究方法? 力学模型→物理基本定律→求解数学方程→分析和揭示本质和规律实验方法　相似理论→实验建模→实验（《现代实验方法》）数值方法　计算机数值方法是现代分析手段中发展最快的方法之一。（研究生学习阶段）第19页/共298页1.2 连续介质假设刚体：有形状、有体积液体：无形状、有体积气体：既无形状、也无体积第20页/共298页1.2 连续介质假设[contd.] 假设流体是由一个接一个、连续充满空间的具有确定质量的流体微团（或流体质点）组成的。微团之间无孔洞，在运动过程中相邻微团之间不能超越也不能落后，微团变形过程中相邻微团永远连接在一起。（连续性）其目的是在流体力学研究中，利用连续函数的概念和场论的方法。第21页/共298页流体力学的模型①连续介质流体微元——具有流体宏观特性的最小体积的流体团②理想流体不考虑粘性的流体③不可压缩性ρ=c第22页/共298页1.3 作用在流体上的力 应力场根据作