只平动(向下)
只旋转
香蕉球的原理
平动加旋转
早期的流体力学
– 为什么两艘轮船相离很近前进时容易相撞？
一艘渡船和一艘运输船在巴哈马水域相撞
两船相撞的原理
早期的流体力学
• 欧拉（Leonhard Euler ，17071783）,瑞士数学家和物理学家。
–数学：第一个使用“函数”，把 微积分应用于物理学的先驱者之 一；
流体力学
总学时：32学时
课堂教学：26学时 实验教学：4学时
教材： 《流体力学泵与风机》 蔡增基 龙天渝 主编 中国建筑工业出版社出版
内容
第一章 第二章 第三章 第四章 第五章 第六章
绪论 流体静力学 流体动力学基础 流动阻力和能量损失 孔口管嘴管路流动 相似原理和因次分析
绪论
流体力学发展史及其在实际工程中的应用
静压 + 动压
= 总压 = 常数
(Static pressure) (Dynamic pressure) (Total pressure) (Constant)
p
1 v2
2
pT
• 流速高处压力低，流速低处压力高。
早期的流体力学
–伯努利方程的应用
机翼升力原理
早期的流体力学
足球场上著名的“贝氏弧线”
研究内容：研究得最多的流体是水和空气。
二、早期的流体力学
早的流体力学
• 牛顿（Isaac Newton，1642-1727）
–英国伟大的数学家、物理学家、 天文学家和自然哲学家。
–牛顿在科学上最卓越的贡献是微 积分和经典力学的创建。
–得到阻力与流体密度、物体迎流 截面积以及运动速度的平方成正 比的关系。
萨顿曾指出：“写一部有关他 的天才作品的完整研究著作， 也就意味着写一部十五世纪科 学技术的真正百科全书。”
Da Vinci (1452-1519)
人类早期的梦想和探索
– 在许多学科学领域都颇有建树
水利机械 达•芬奇遗留手稿
鸟的飞翔原理
人类早期的梦想和探索
– 航空科学研究的创始人。
Martin Kemp, Leonardo lifts off: A wing designed by Leonardo da Vinci proves to be aerodynamic. Nature Vol. 421, 20 February 2003
–提出了“牛顿粘性定律”；
–牛顿并没有建立起流体动力学的 理论基础，他提出的许多力学模 型和结论同实际情形还有较大的 差距。
Newton (1642-1727)
早期的流体力学
• 伯努利（Daniel Bernoulli，1700-1782） – 瑞士物理学家、数学家、医学家； – 著名的伯努利家族中最杰出的一位； – 被称为“流体力学之父”。
Bernoulli (1700-1782)
《流体动力学》 (Hydrodynamica) (1738年出版)
早期的流体力学
– 伯努利血压测量方法 • 优点：血压测量准确； • 缺点：给病人带来痛苦；
这种测量血压的方法，在伯努利之 后仍然应用了达170年之久。
伯努利发明的血压测量原理
–伯努利方程 • 1738年伯努利(D. Bernoulli)提出了著名的伯努利方程.
题简化； – 在有约束情况下，用达朗贝尔原理式非常有利； – 而且为分析力学的创立打下了基础。
早期的流体力学
• 研究流体的力学研究从牛顿开始，但作为 一门学科——流体力学，则是18世纪的欧 拉，伯努利(Bernoulli)，克莱洛和达朗贝 尔打下的基础；
• 欧拉方程和伯努利方程的建立，是流体动 力学作为一个分支学科建立的标志，从此 开始了用微分方程和实验测量进行流体运 动定量研究的阶段。
早期的流体力学
• 达朗贝尔（D‘Alembert Jean Le Rond ）
– 法国著名的物理学家、数学家 和天文学家；
– 十八世纪为牛顿力学体系的建 立作出卓越贡献的科学家之一 ；
– 提出了波动方程；
– 第一次提出了流体速度和加速 度分量的概念。
D‘Alembert (1717-1783)
早期的流体力学
什么是流体力学？
力学
流体力学
流体的宏观平衡 流体的运动规律
流体静力学
流体动力学
基础知识
高等数学，大学物理，理论力学
什么是流体力学？
流体力学——是力学的一个独立分支，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 。
1738年伯努利出版他的专著时，首先采用了水 动力学这个名词并作为书名；1880年前后出现了 空气动力学这个名词；1935年以后，人们概括了 这两方面的知识，建立了统一的体系，统称为流 体力学。
一、人类早期的梦想和探索
人类早期的梦想和探索
• 《墨子》记载：“公输子削竹木以为鹊，成而飞之，三 日不下。”
人类早期的梦想和探索
• 阿基米德（Archimedes, BC287－BC212） – 古希腊哲学家、数学家、物理学家。 – 兼力学和物理学的伟大学者，享有“力学之父”的美 称。
“假如给我一个支点，我就能撬起地球。”
–理想流体基本方程——欧拉方程
（1736）；
V

(V

)V


1
p
t

• 能被用来研究冲击波。
Euler (1707-1783)
早期的流体力学
欧拉方程和拉普拉斯（Laplace）方程至今仍空气动力
学和水波等理论中应用。
V

(V
)V


1
p
t

2 0
人类早期的梦想和探索
– 发现阿基米德定律 （浮力原理）；
浮力原理
曹冲（196-208）称象
人类早期的梦想和探索
– 阿基米德螺旋（线）；
阿基米德螺旋抽水机
常见的阿基米德螺线
人类早期的梦想和探索
• ·列奥纳多•达•芬奇（ Leonardo Da Vinci, 1452-1519） – 文艺复兴的代表人物之一，是世界文化史上最伟大的人物之一； – 意大利著名的艺术家、科学家和工程师，航空科学研究的创始人。
– 《动力学》于1743年出版，是达朗贝尔最伟大的物理学著作 – 《动力学》中阐述了著名的达朗贝尔原理：
• 作用于一个物体的外力与动力的反作用之和等于零．即
F (ma) N 0
• 在没有约束时 ，与牛顿的运动第二定律一致； • 但这是概念上的变化，有下列重要意义：
– 把动力学问题转化为静力学问题来处理； – 用于刚体的平面运动时，可利用平面静力学方法，使问