流体力学第一章河海大学ppt课件.ppt
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1、流体力学,流体力学与水力学研究所2012-02-20,2,参考文献,吴望一,流体力学,北京大学出版社,2008陈玉璞,流体动力学,河海大学出版社,1990,3,主要内容,1.1 流体的定义及流体力学的任务1.2 连续介质模型1.3 流体中的作用力1.4 流体的流动性、粘性与压缩性1.5 流体的分类,4,1. 流体的定义: 液体与气体的总称。2. 流体力学的任务: 研究流体处于静止和运动状态时的规律,以及流体与固体边界间发生相对运动的相互作用。,1.1 流体的定义及流体力学的任务,5,3. 流体力学的组成部分(1)流体静力学( Fluid Statics ) “静止流体”的力学,讨论静压强和总压
2、力的计算等。(2)流体运动学 ( Fluid Kinematics) 讨论速度、加速度、流线、迹线、运动基本形式及涡量等 运动学量,而不涉及外力和能量。(3)流体动力学(Fluid Dynamics) 研究流体在合外力作用下的运动,也要考虑能量等。依据 受力分析、动量方程、能量方程等求解。,6,流体力学的研究方法,理论分析方法、实验方法、数值方法理论分析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模型实验装置;野外观测实验数值模拟计算机大规模模拟,7,水利工程、土建工程(水力学),流体力学与工程,三峡大坝,都江堰,8,船舶制造(水动力学,船舶流体力学),辽宁号 航空
3、母舰,流体力学与工程,9,环境科学(环境流体力学),流体力学与工程,10,流体力学与工程,航空(空气动力学),11,生物流体(生物流体力学),流体力学与工程,血液在毛细血管中的流动,12,物理化学流体力学多相流体力学渗流力学稀薄气体力学超高速气体动力学。,流体力学与工程,13,流体力学发展简史,阿基米德(Archimedes,约公元前287212) 对流体力学学科的形成第一个作出贡献 。建立了包括物理浮力定律和浮体稳定性在内的液体平衡理论,奠定了流体静力学的基础。此后千余年间,流体力学没有重大发展。,14,流体力学发展简史,直到15世纪,意大利达芬奇的著作才谈到水波、管流、水力机械、鸟的飞翔原
4、理等问题。1623-1662 ,帕斯卡阐明了静止流体中压力的概念,并发现了液体压强传递定律。,15,流体力学发展简史,托里拆利(Evangelista Torricelli,16081647) 托里拆利实验测定大气压强为76cm汞柱高,发明了气压计。 托里拆利定理(液体从小孔射流的定理):在充水容器中,水面下小孔流出的水,其速度和小孔到液面的高度平方根以及重力加速度的2倍(2g)的平方根成正比。,16,流体力学发展简史,但流体力学尤其是流体动力学作为一门严密的科学,却是随着经典力学建立了速度、加速度,力、流场等概念,以及质量、动量、能量三个守恒定律的奠定之后才逐步形成的。,17,流体力学发展简
5、史,牛顿(16431727)英国物理学家,数学家,天文学家,经典物理学理论体系的建立者。17世纪,力学奠基人牛顿研究了在流体中运动的物体所受到的阻力,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。他针对粘性流体运动时的内摩擦力也提出了牛顿粘性定律。,18,流体力学发展简史,约瑟夫拉格朗日(Joseph-Louis Lagrange 17361813)他在分析力学中从动力学普遍方程导出流体运动方程,着眼于流体质点,描述每个流体质点自始至终的运动过程,这种方法现在称为“拉格朗日方法” 。,19,流体力学发展简史,欧拉 (Leohard Euler,17071783年)欧拉采用了
6、连续介质的概念,把静力学中压力的概念推广到运动流体中,建立了欧拉方程,正确地用微分方程组描述了无粘流体的运动。,伯努利(Daniel I Bernoulli ,17001782年)伯努利从经典力学的能量守恒出发,研究供水管道中水的流动,精心地安排了实验并加以分析,得到了流体定常运动下的流速、压力、管道高程之间的关系伯努利方程。,20,流体力学发展简史,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。,21,流体力学发展简史,1822年,纳维建立了粘性流体的基本运动方程;1845年,斯托克斯又以更合理的基础导出了这个方
7、程,并将其所涉及的宏观力学基本概念论证得令人信服。这组方程就是沿用至今的纳维-斯托克斯方程(简称N-S方程),它是流体动力学的理论基础。上面说到的欧拉方程正是N-S方程在粘度为零时的特例。,纳维(L.Navier,17851836,法国),斯托克斯(G.Stokes,18191903,英国),22,流体力学发展简史,19世纪,工程师们为了解决许多工程问题,尤其是要解决带有粘性影响的问题。于是他们部分地运用流体力学,部分地采用归纳实验结果的半经验公式进行研究,这就形成了水力学,至今它仍与流体力学并行地发展。,23,流体力学发展简史,皮托(Pitot,Henri 1695-1771)法国数学家、水
8、利工程师,发明了测量流速的皮托管(毕托管)。,谢才(A-Chezyap,17181798,法国)法国水力工程师。他在水力学上的主要贡献是提出了明渠均匀流速公式:谢才公式。,还包括:曼宁、文丘里、达西、尼古拉兹等,24,流体力学发展简史,雷诺 (Osborne Reynolds 18421912)德国力学家、物理学家、工程师。雷诺在流体力学方面最主要的贡献是发现流动的相似律,他引入表征流动中流体惯性力和粘性力之比的一个量纲为1的数,即雷诺数。在雷诺以后,分析有关的雷诺数成为研究流体流动特别是层流向湍流过渡的一个标准步骤。此外,雷诺还给出平面渠道中的阻力;提出轴承的润滑理论(1886);1895年
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