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1、1绪绪论论第一节第一节 流体力学的概念与发展简史流体力学的概念与发展简史第二节第二节 流体力学的概述与应用流体力学的概述与应用第三节第三节 流体力学的研究方法流体力学的研究方法2绪绪论论第一节第一节 流体力学的概念与发展简史流体力学的概念与发展简史一、一、流体力学概念流体力学概念二、二、流体力学的发展简史流体力学的发展简史3 第一节第一节流体力学的概念与发展简史流体力学的概念与发展简史一、流体力学概念一、流体力学概念流体力学是力学的一个独立分支，是一门研究流体的平衡和流体机械运流体力学是力学的一个独立分支，是一门研究流体的平衡和流体机械运动规律及其实际应用的技术科学。动规律及其实际应用的技术科
2、学。流体力学体系流体力学体系流体静力学：静力平衡流体静力学：静力平衡流体动力学：力、运动特征、能量守恒流体动力学：力、运动特征、能量守恒水利类流体力学：水工、水动、海洋等（也称水力学）水利类流体力学：水工、水动、海洋等（也称水力学）机械类流体力学：机械、冶金、化工、水机等机械类流体力学：机械、冶金、化工、水机等土木类流体力学：市政、工民建、道桥、城市防洪等土木类流体力学：市政、工民建、道桥、城市防洪等应用流体力学应用流体力学 或工程流体力学或工程流体力学4绪绪论论第一节第一节 流体力学的概念与发展简史流体力学的概念与发展简史一、一、流体力学概念流体力学概念二、二、流体力学的发展简史流体力学的发
3、展简史5二、 流体力学的发展简史流体力学的萌芽流体力学的萌芽 2200年以前西西里岛的希腊学者阿基米德写的“论浮体”年以前西西里岛的希腊学者阿基米德写的“论浮体” 。1.伯努里、欧拉的古典水动力学伯努里、欧拉的古典水动力学 。2.Navier、Stokes的实际粘性流体的基本运动方程方程；后人的实际粘性流体的基本运动方程方程；后人 又进一步开展实验流体力学研究。又进一步开展实验流体力学研究。3.19世纪末，发展成理论，实验并重的现代流体力学。世纪末，发展成理论，实验并重的现代流体力学。发展三阶段发展三阶段流体力学的形成流体力学的形成1687年牛顿的名著年牛顿的名著自然哲学的数学原理自然哲学的数
4、学原理。6二、 流体力学的发展简史流体力学的萌芽流体力学的萌芽 2200年以前西西里岛的希腊学者阿基米德写的“论浮体”。年以前西西里岛的希腊学者阿基米德写的“论浮体”。1.伯努里、欧拉的古典水动力学伯努里、欧拉的古典水动力学 。2.Navier、Stokes的实际粘性流体的基本运动方程方程；后人的实际粘性流体的基本运动方程方程；后人 又进一步开展实验流体力学研究。又进一步开展实验流体力学研究。3.19世纪末，发展成理论，实验并重的现代流体力学。世纪末，发展成理论，实验并重的现代流体力学。发展三阶段发展三阶段流体力学的形成流体力学的形成1687年牛顿的名著年牛顿的名著自然哲学的数学原理自然哲学的
5、数学原理。7阿基米德（阿基米德（Archimedes, BC287Archimedes, BC287BC212BC212） 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。Archimedes (BC287-BC212)“假如给我一个支点，我就能撬起地球。”8 发现阿基米德定律 （浮力原理）；浮力原理曹冲（196-208）称象9 列奥纳多列奥纳多达达芬奇（芬奇（ Leonardo Da Vinci, 1452Leonardo Da Vinci, 1452- -15191519） 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
6、学家和工程师，航空科学研究的创始人。Da Vinci (1452-1519)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。”10 在许多学科学领域都颇有建树达芬奇遗留手稿水利机械鸟的飞翔原理11早期的流体力学早期的流体力学牛顿（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。 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
7、和结论同实 际情形还有较大的别距。Newton (1642-1727)12早期的流体力学早期的流体力学伯努利（伯努利（Daniel BernoulliDaniel Bernoulli，17001700- -17821782） 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)13早期的流体力学早期的流体力学 伯努利方程 1738年伯努利(D. Bernoulli)提出了著名的伯努利方程.流速高处压力低，流速低处压力高流速高处压力低，流速低处压力高。p静压
8、+ 动压= 总压= 常数(Static pressure) (Dynamic pressure) (Total pressure) (Constant)2 21vTp14早期的流体力学早期的流体力学香蕉球的原理只平动(向下)只旋转平动加旋转足球场上著名的“贝氏弧线”足球场上著名的“贝氏弧线”15早期的流体力学早期的流体力学伯努利方程在工程中的应用之一毕托管的测速原理2 21 wvp毕托管的原理DSTpppSTDpppwpv2hgpmwmhgv2 16早期的流体力学早期的流体力学伯努利方程在工程中的应用之二文丘里管孔板流量计17早期的流体力学早期的流体力学Euler (1707-1783)欧拉（
9、Leonhard Euler ，1707-1783）,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； 理想流体基本方程欧拉方程（1736）；pVVtV 1)(18早期的流体力学早期的流体力学达朗贝尔（达朗贝尔（D DAlembert Jean Le Alembert Jean Le Rond 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。DAlembert (1717-1783)19早期的流体力学早期的流体力学流体的力学研究从牛
10、顿开始，但作为一门学科流体的力学研究从牛顿开始，但作为一门学科流体力学，则流体力学，则 是是1818世纪的欧拉，伯努利世纪的欧拉，伯努利(Bernoulli)(Bernoulli)，克莱洛和达朗贝尔打下的，克莱洛和达朗贝尔打下的 基础；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。量研究的阶段。20二、 流体力学的发展简史流体力学的萌芽流体力学的萌芽 2200年以前西西里岛的希腊学者阿基米德写的“
11、论浮体”。年以前西西里岛的希腊学者阿基米德写的“论浮体”。1.伯努里、欧拉的古典水动力学伯努里、欧拉的古典水动力学 。2.Navier、Stokes的实际粘性流体的基本运动方程方程；后人的实际粘性流体的基本运动方程方程；后人 又进一步开展实验流体力学研究。又进一步开展实验流体力学研究。3.19世纪末，发展成理论，实验并重的现代流体力学。世纪末，发展成理论，实验并重的现代流体力学。发展三阶段发展三阶段流体力学的形成流体力学的形成1687年牛顿的名著年牛顿的名著自然哲学的数学原理自然哲学的数学原理。21十九世纪的流体力学十九世纪的流体力学Navier (1785-1836)Stokes (1819
12、-1903)纳维（纳维（Claude Louis Navier, 1785Claude Louis Navier, 1785- -18361836）法国工程师和物理学家；法国工程师和物理学家；建立了流体平衡和运动的基本方程。建立了流体平衡和运动的基本方程。斯托克斯（斯托克斯（18191819- -19031903）英国力学家、数学家；英国力学家、数学家；建立粘性流体运动的基本方程组建立粘性流体运动的基本方程组 ；22十九世纪的流体力学十九世纪的流体力学NN- -S S方程的具体形式方程的具体形式xxxxxxxxgxp zv yv xv zvvyvvxvvv)()(222222zyxyyyyyy
13、yygxp zvyvxvzvvyvvxvvv)()(222222zyxzzzzzzzzgxp zv yv xv zvvyvvxvvv)()(222222zyx23十九世纪的流体力学十九世纪的流体力学雷诺（雷诺（O.ReynoldsO.Reynolds，18421842- -19121912）；）； 英国力学家、物理学家和工程师； 1883年用实验证实了粘性流体的两种流动状态层流和紊流。Reynolds (1842-1912)雷诺的实验装置24十九世纪的流体力学十九世纪的流体力学湍流（Re4000）层流（Re2000）过渡流（Re=20004000）25十九世纪的流体力学十九世纪的流体力学 找到
14、了实验研究粘性流体流动 规律的相似准则数雷诺数： 提出了雷诺平均N-S方程，至今 还是湍流计算中的主要数学模 型。ULRe烟缕由层流转变为湍流核爆蘑菇云火山爆发26二、 流体力学的发展简史流体力学的萌芽流体力学的萌芽 2200年以前西西里岛的希腊学者阿基米德写的“论浮体”。年以前西西里岛的希腊学者阿基米德写的“论浮体”。1.伯努里、欧拉的古典水动力学伯努里、欧拉的古典水动力学 。2.Navier、Stokes的实际粘性流体的基本运动方程方程；后人的实际粘性流体的基本运动方程方程；后人 又进一步开展实验流体力学研究。又进一步开展实验流体力学研究。3.19世纪末，发展成理论，实验并重的现代流体力学
15、。世纪末，发展成理论，实验并重的现代流体力学。发展三阶段发展三阶段流体力学的形成流体力学的形成1687年牛顿的名著年牛顿的名著自然哲学的数学原理自然哲学的数学原理。271738年瑞士数学家伯努利在名著年瑞士数学家伯努利在名著流体动力学流体动力学中提出了伯努利方程。中提出了伯努利方程。1755年欧拉在名著年欧拉在名著流体运动的一般原理流体运动的一般原理中提出理想流体概念，并建立了理想中提出理想流体概念，并建立了理想 流体基本方程和连续方程，从而提出了流体运动的解析方法，同时提出了速度势流体基本方程和连续方程，从而提出了流体运动的解析方法，同时提出了速度势 的概念。的概念。1781年拉格朗日首先引进了流函数的概念。年拉格朗日首先引进了流函数的概念。1823年法国工程师年法国工程师Navier，1845年英国数学家、物理学家年英国数学家、物理学家Stokes提出了著名的提出了著名的N-S 方程。方程。1876年雷诺发现了流体流动的两种流体：层流和紊流。年雷诺发现了流体流动的两种流体：层流和紊流。1858年亥姆霍兹指出了理想流体中旋涡的许多基本性质及旋涡运动理论，并于年亥姆霍兹指
