(完整版)工程流体力学
Ocean Engineering & Naval Architecture
➢ Offshore structures, coastal structures, harbors, ports, …
➢ Ships, submarines, remote-operated vehicles,
Engineering Applications
Bernoulli
(1667-1748)
Euler
(1707-1783)
Navier
(1785-1836)
Stokes
(1819-1903)
Reynolds
(1842-1912)
Prandtl
(1875-1953)
Taylor
(1886-1975)
流体力学在生活中
• 无处不在
– 天气和气候 – 运输工具: 汽车, 火车, 船和飞机. – 环境 – 生物工程和医学 – 运动和休闲 – 人体内的流体 – ………………………………
• 秦朝在公元前256—公元前210年修建了我国历史上 的三大水利工程(都江堰、郑国渠、灵渠)——明 渠水流、堰流。
• 古代的计时工具“铜壶滴漏”——孔口出流。
• 清朝雍正年间,何梦瑶在《算迪》一书中提出流量 等于过水断面面积乘以断面平均流速的计算方法。
• 隋朝(公元587—610年)完成的南北大运河。
Water sports
运动和休闲
Cycling
Offshore racing
Auto racing
Surfing
What fluids are needed to run your
car?
➢ Gasoline (fuel) ➢ Air (air/fuel mixture,
heating) ➢ Compressed air (tire
• 隋朝工匠李春在冀中洨河修建(公元605—617年) 的赵州石拱桥——拱背的4个小拱,既减压主拱的 负载,又可宣泄洪水。
都江堰(Dujiang Dam)
History
名人堂
Archimedes
(C. 287-212 BC)
Newton
Leibniz
(1642-1727) (1646-1716)
• 1823-1845年Novier--Stokes方程 • 1840年泊萧叶流动 • 1845年亥姆霍兹定理 • 1883年雷诺的发现 • 1891年速度环量概念
• 第三时期----20世纪初叶至20世纪中叶
• 特点 • 1902年库塔定理 • 1904年边界层理论 • 1910-1945年机翼理论与
pressure) ➢ Engine oil ➢ Lubrication oil ➢ Transmission fluid ➢ Power steeling fluid ➢ Coolant (radiator) ➢ Refrigerant (air
conditioning) ➢ Water (washer fluid)
与固体的区别:在于它们对外力抵抗的能力不同,固体既能承 受压力,也能承受拉力与抵抗拉伸变形;流体只能承受压力, 一般不能承受拉力与抵抗拉伸变形。
研究方法
理论分析: 根据实际问题建立理论模型 涉及
微分体积法 速度势法 保角变换法 实验研究: 根据实际问题利用相似理论建立实
验模型 选择流动介质 设备包括风洞、水槽、水 洞、激波管、测试管系等 数值计算 : 根据理论分析的方法建立数学模型, 选择合适的计算方法,包括有限差分法、有限元 法、特征线法、边界元法等,利用商业软件和自 编程序计算,得出结果,用实验方法加以验证。
天气和气候
Tornadoes
Thunderstorm
Global Climate
Hurricanes
流体力学在工程中的应用
• 航空航天航海
船舶运动
地效翼艇
(WIG)
海洋平台 潜器
浮标
Environment
空气污染
水力学
生物和医学工程
Blood pump
Ventricular assist device
工程流体力学
引 言 (INTRODUCTION)
流体力学 Fluid Mechanics /Dynamics:宏观力学的 一个分支,研究流体在外力作用下的宏观运动规律 以及流体和与之接触的物体之间相互作用。
研究对象:流体(Fluቤተ መጻሕፍቲ ባይዱd)。包括液体和气体。
液体— 无形状,有一定的体积;不易压缩,存在自由液面。 气体— 既无形状,也无体积,易于压缩。
• 工业流体力学;气体力学;环境流体力学 • 稀薄气体力学;电磁流体力学;微机电系统 • 宇宙气体力学;液体动力学;微尺度流动与传热 • 地球流体力学;非牛顿流体力学 • 生物流体力学;多相流体力学 • 物理--化学流体力学;渗流力学和流体机械等
在我国,水利事业的历史十分悠久:
• 4000多年前的 “大禹治水”的故事——顺水之性, 治水须引导和疏通。
实验的极大发展
• 第三时期----20世纪初叶至20世纪中叶
• 1912年卡门涡街 • 1921年动量积分关系式 • 1932年热线流速计 • 1947年电子计算机 • 1954年湍流特性的出色测量
• 第四时期----20世纪中叶以后
• 特点 • 前沿--湍流,流动稳定性,涡旋和非定常流 • 交叉学科和新分支:
Engineering Applications
Civil Engineering
➢ Rivers, lakes, oceans, ground water, … ➢ Wind, wave, current, atmosphere, rain,
storm, hurricane, … ➢ Buildings, bridges, dams, soil, sand, …
流体力学学科发展简介
• 第一时期----17世纪中叶以前
• 阿基米德浮力定律 • 漏壶计时 • 水轮机, 皮老虎
• 第二时期----17世纪末叶至19世纪末叶
• 1678年牛顿实验 • 1738年伯努力方程 • 1752年达朗伯佯谬 • 1775年欧拉运动方程 • 1781年复位势理论
• 第二时期----17世纪末叶至19世纪末叶
Mechanical Engineering
➢ Turbines, compressors, engines, pumps, … ➢ Power plants, automobiles, heat