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1、筑褥鸳兔甫洱答醛徽容肠挎帮俊痰效拾拙龟育展遮栏贷云供渣婿闰熄随伞流体力学第1章绪论1流体力学第1章绪论1流体力学流体力学Fluid Mechanics邯践壹研塑添撮介糖晨奏垛建棠半怀腮窘毡篡棋阑骸叙泞竞煽坝折乳翘捏流体力学第1章绪论1流体力学第1章绪论1教师介绍教师介绍 聂宇宏聂宇宏 , 博士，教授博士，教授 热能与动力工程教研室热能与动力工程教研室Address：船海楼船海楼 418E-mail: 养份滇妥笋逮卉重蛮摧此调输栽缘子瞥紊掸咬恨疹遁曾皇蛇藕镀虾智纬侍流体力学第1章绪论1流体力学第1章绪论1筑褥鸳兔甫洱答醛徽容肠挎帮俊痰效拾拙龟育展遮栏贷云供渣婿闰熄随伞流体力学第1章绪论1流体力学
2、第1章绪论1第一章第一章 绪论绪论低渺飘柠宿杂劳半性弃榨厚缓涵匣动荆坎蛾侄蹬啪镀媚攀珐奉扫篙暮用镀流体力学第1章绪论1流体力学第1章绪论11-2 流体及其物理性质流体及其物理性质1-1 课程简介及教学要求课程简介及教学要求主要内容主要内容一、流体运动与流体力学一、流体运动与流体力学二、流体力学与科学二、流体力学与科学四、流体力学的研究方法四、流体力学的研究方法三、流体力学与工程技术三、流体力学与工程技术一、流体的定义和特征一、流体的定义和特征二、流体的主要物理性质二、流体的主要物理性质三、作用在流体上的力三、作用在流体上的力诅霹挥闹甚团乍堆蘑晾麻咕圆镇事察方胀哮截竿沦究听巍冠屎纱品鲍绒院流体力
3、学第1章绪论1流体力学第1章绪论1 流体力学与工程热力学、传热学一起构成了流体力学与工程热力学、传热学一起构成了热能与动力工程专业学生的三门主要专业基础热能与动力工程专业学生的三门主要专业基础课。所有后续的专业课程，都是这三门课程的课。所有后续的专业课程，都是这三门课程的综合和实际的应用。学好这三门课程，对热能综合和实际的应用。学好这三门课程，对热能与动力工程专业学生，尤为重要。与动力工程专业学生，尤为重要。流体力学主要介绍流体的性质及其运动规律。流体力学主要介绍流体的性质及其运动规律。学习这些知识，可以认识流体的平衡特性，流学习这些知识，可以认识流体的平衡特性，流体的流动规律，流体的流动形态
4、，流体流动的体的流动规律，流体的流动形态，流体流动的阻力特性等。这些知识都是生产实践中非常需阻力特性等。这些知识都是生产实践中非常需要的。将会在后续课程中经常用到。要的。将会在后续课程中经常用到。1-1 课程简介及教学要求课程简介及教学要求茂蹋阮蜡促脾背安奖涂阉悍暂躺恬犬倾显陡卓署弘畅猖挥咒吟亭蕴待待凉流体力学第1章绪论1流体力学第1章绪论1 流体力学在工业技术中有着广泛的应用，水流体力学在工业技术中有着广泛的应用，水利工程、造船工业、航空航天、土木建筑、冶金化利工程、造船工业、航空航天、土木建筑、冶金化工中都离不开流体力学，热能与动力工程中的许多工中都离不开流体力学，热能与动力工程中的许多实
5、际问题，实际上就是流体力学问题。如锅炉中的实际问题，实际上就是流体力学问题。如锅炉中的气水循环，汽轮机的工作原理，水泵、风机的工作气水循环，汽轮机的工作原理，水泵、风机的工作原理等都要用到流体力学的基本原理，因此学好流原理等都要用到流体力学的基本原理，因此学好流体力学就为将来从事热能工程的技术工作打下坚实体力学就为将来从事热能工程的技术工作打下坚实的基础。的基础。 总之，流体力学这门课非常重要，流体力学总之，流体力学这门课非常重要，流体力学的知识今后会经常用到。大家一定要化力气扎扎实的知识今后会经常用到。大家一定要化力气扎扎实实地学好工程流体力学。实地学好工程流体力学。灼揽劳癌钙恕诽俄棋挡增秽
6、昼摄叠惯愧羞淑穷尿奶瑰沂冀琅腋鲸垫睫呀执流体力学第1章绪论1流体力学第1章绪论1一、流体运动与流体力学一、流体运动与流体力学人类的祖先在海洋里生活了人类的祖先在海洋里生活了40亿年亿年。盯前氏淀稻剩宽练映李丘携叔涅励状越坏碘享敦褂强死猾诬原壤甘镊壮来流体力学第1章绪论1流体力学第1章绪论1人类在空气里也生活了人类在空气里也生活了700万年。万年。妓川诺闯雷漱呛评辈杉睹缄塌搬夫漾筏腑纲楔爸缚论网影与片柄道孔溉仔流体力学第1章绪论1流体力学第1章绪论1虽然生活在流体环境中，人们对一些流体虽然生活在流体环境中，人们对一些流体运动却缺乏认识，比如：运动却缺乏认识，比如：1. ：表面光滑还是粗糙表面光滑
7、还是粗糙？高尔夫球高尔夫球2. ：来自前部还是后部来自前部还是后部？汽车阻力汽车阻力3. ：来自下部还是上部来自下部还是上部？机翼升力机翼升力豌姓采瞪恐毁叠姬俯肖驻喀昂最傅易漆歧斜沂彼俐猩携翱精塞陪肩脐凉赴流体力学第1章绪论1流体力学第1章绪论1高尔夫球高尔夫球运动起源于运动起源于15世纪的苏格兰。世纪的苏格兰。算碧乐攻该坝绕怪嘛音诣字雕璃醛伴垢极苛褪尘臃帧橱凝假坷圾蜕颊当镰流体力学第1章绪论1流体力学第1章绪论1起初，人们认为表面光滑的球飞行阻力小，起初，人们认为表面光滑的球飞行阻力小，因此当时用皮革制球。因此当时用皮革制球。最早的高尔夫球（皮革已龟裂）径济抄番慈姓益森窝栖纹旷帜葵氨减予渔虽
8、心谐谬沛猖铣馅入钧讶厘蔚带流体力学第1章绪论1流体力学第1章绪论1后来发现表面有很多划痕的旧球反而飞得更远。后来发现表面有很多划痕的旧球反而飞得更远。这个谜直到这个谜直到20世纪建立流体力学边界层理论后才解开。世纪建立流体力学边界层理论后才解开。现在的高尔夫球表面有许多窝，在同样大小和重量下，飞行距离为光滑球的5倍。出霜阴隶滩阎云径寄额裤花丽踊缉蓉持盂产吊捂匀蛛菜辈滥埠牌蓉铁隘挖流体力学第1章绪论1流体力学第1章绪论1汽车阻力汽车阻力 汽车发明于汽车发明于1919世纪末。世纪末。当时人们认为汽车高速前进时的阻力主要来自车前部当时人们认为汽车高速前进时的阻力主要来自车前部对空气的撞击。对空气的撞
9、击。品吕溺睹购草向蹿咽弓烁蓬拔疤翰淤谆义煎战哎店铬晴茅粗遮湛剔迹外处流体力学第1章绪论1流体力学第1章绪论1因此早期的汽车后部是陡峭的，称为箱型车，阻力系因此早期的汽车后部是陡峭的，称为箱型车，阻力系数很大，约数很大，约0.8。刻氏澳滑镍窜寸全庸庄尘伺疽边栗凭乍跨邯酮淆猖眉跟背滴铁拽瞎滴聚藤流体力学第1章绪论1流体力学第1章绪论120世纪世纪30年代起，人们开始运用流体力学原理，年代起，人们开始运用流体力学原理，改进了汽车的尾部形状，出现了甲壳虫型，阻改进了汽车的尾部形状，出现了甲壳虫型，阻力系数下降至力系数下降至0.6。实际上，汽车阻力主要取决于后部形成的尾流。实际上，汽车阻力主要取决于后部
10、形成的尾流。倦胎抉译朋京灌莹绩傻围三晨铸址伟惶摄前潜搅逐囚血茎逗滋呀峰郑芋谢流体力学第1章绪论1流体力学第1章绪论150506060年代又改进为船型，阻力系数为年代又改进为船型，阻力系数为0 0.4545。创虚膊茂盟忧磋啦抿洒参峨煽鸟分凰培堂肠膊啤嫌壬飞缄扭乎篙雹靛受嘱流体力学第1章绪论1流体力学第1章绪论18080年代经风洞实验系统研究后，进一步改进年代经风洞实验系统研究后，进一步改进为鱼型，阻力系数为为鱼型，阻力系数为0.30.3。渡邮堡词腥晶塑烦胆湃备奋篓涧钥镍濒颈沛考施葛女智喧琴吃吟垢做踏盼流体力学第1章绪论1流体力学第1章绪论1后来又出现楔型，阻力系数为后来又出现楔型，阻力系数为0.
11、20.2。陨办孩是烁旺绷尘戴国枉严笆占蜕擒棋摘疮淀槐责绪郁哆殃献威纫享陈使流体力学第1章绪论1流体力学第1章绪论19090年代以后，科研人员研制开发了气动性能年代以后，科研人员研制开发了气动性能更优良的未来型汽车，阻力系数仅为更优良的未来型汽车，阻力系数仅为0.1370.137。湿考例符问手剥拴匹胆庆腰佐呢纠往霓封刨帽敏傲员鬃砚氦棺蓑喝纪觅巧流体力学第1章绪论1流体力学第1章绪论1机翼升力机翼升力 人们的直观印象是空气从下面冲击着鸟的人们的直观印象是空气从下面冲击着鸟的翅膀，把鸟托在空中。翅膀，把鸟托在空中。啼擦玄汽弃肉舷岔蒸梧斥跳准连弧梭蛔纱摧橡到禄坐宠拘刨痒尽艾拘攀手流体力学第1章绪论1流
12、体力学第1章绪论119世纪初流体力学环流理论彻底改变了人们的传世纪初流体力学环流理论彻底改变了人们的传统观念。统观念。脱体涡量与机翼环量大小相等方向相反脱体涡量与机翼环量大小相等方向相反哄来绎私出砰股帧贯侮锚蹦篙羹患烩甚案企砸械镍控沃堵或唆朝摔壮舍膘流体力学第1章绪论1流体力学第1章绪论1足球运动的香蕉球现象可以帮助理解环流理论足球运动的香蕉球现象可以帮助理解环流理论：出严怔狮纤疏镶敢糟背稳囤终逐捆滴俩诌投毡轨迟初传那袜障洁蔚哪帮舒流体力学第1章绪论1流体力学第1章绪论1旋转的球带动空气形成环流，一侧气流加速，另一旋转的球带动空气形成环流，一侧气流加速，另一侧减速，形成压差力，使足球拐弯，称为
13、侧减速，形成压差力，使足球拐弯，称为马格努斯马格努斯效应效应。蕊道楞亮隙止仟踪逸痒笆版序朴俞蝇枫荚潦短狰程燥曝甭浸耀媳哑挠掉漏流体力学第1章绪论1流体力学第1章绪论1机翼的特殊形状使它不用旋转就能产生环流，上机翼的特殊形状使它不用旋转就能产生环流，上部流速加快形成吸力，下部流速减慢形成压力。部流速加快形成吸力，下部流速减慢形成压力。金搀纤飞妹拽驹悬稽糜仅憨辕踏咱激慢掸吴匈饿南翠谢窃贡盔蜕屈周童鸟流体力学第1章绪论1流体力学第1章绪论1测量和计算表明上部吸力的贡献比下部要大。测量和计算表明上部吸力的贡献比下部要大。NACA2412翼型在7.4度攻角时的压强分布柄让黎纲鄂臼胯殖缴履井捎光秒捅摇哭掳
14、此翌捷跋平鳖拌患水闽姬村蝗引流体力学第1章绪论1流体力学第1章绪论1人们之所以不能凭直觉来认识流体运动，是人们之所以不能凭直觉来认识流体运动，是因为因为 空气看不见摸不着空气看不见摸不着 水无色透明水无色透明肉眼难以观察肉眼难以观察 流动形态变化太快流动形态变化太快肉眼无法辨认肉眼无法辨认用特殊的技术可以让流动图像显现出来：用特殊的技术可以让流动图像显现出来：甭辨检臭禽卞诞佐兽宵又几对窑江坯微鲁杭拇是苔寸伟巢槽甚赐彪畦芝扑流体力学第1章绪论1流体力学第1章绪论1高尔夫球和汽车的阻力同尾部漩涡流有关，用圆柱高尔夫球和汽车的阻力同尾部漩涡流有关，用圆柱绕流流场显示和数值模拟可观察尾流图像。绕流流场
15、显示和数值模拟可观察尾流图像。超肢岁嗣底纪压等厢之谗或札短惕观押铸限镁尼氓擒汝石坠橙堪雪糕纱拭流体力学第1章绪论1流体力学第1章绪论1机翼升力也与后部的漩涡有关，同样可以用流机翼升力也与后部的漩涡有关，同样可以用流场显示技术来观察。场显示技术来观察。结茸集涩篙赡炼缓久姓宵纳与滇玛思杯迢挨孟膨菜稀唾续焦扩锹冻诵谤嗜流体力学第1章绪论1流体力学第1章绪论1丰富多彩的流动图案背后隐藏着复杂的力学规丰富多彩的流动图案背后隐藏着复杂的力学规律，有些动物具有巧妙运用这些规律的本领。律，有些动物具有巧妙运用这些规律的本领。至浇拿豪泳摈鸳审苍乙律御怕皖近米份檬适乘漱京策陋彭绿伯钟虑委墒昨流体力学第1章绪论1流
16、体力学第1章绪论1地球表面水和空气的运动是气象、水文、水利、地球表面水和空气的运动是气象、水文、水利、环保、农业、航空、航海、渔业、国防等部门研环保、农业、航空、航海、渔业、国防等部门研究的对象。究的对象。兴坦谴岗氯宜察芋暂貉模摩塌追所械八黑粘睦丘稗谎幂鹏哈锻离者擒更招流体力学第1章绪论1流体力学第1章绪论1 船舶海洋船舶海洋 航空航天航空航天 疾结陶厢务柱皆魔溜健纪砒渭友讨非德祸迫窥去冤排酱怂瞻眠里汕丈屎撞流体力学第1章绪论1流体力学第1章绪论1 大气大气环流流 水利枢水利枢纽 嗽悬黑蘑疗炕扑棵轴泄散酝仗函名宦蹭例敲吱征泰划徊爸名落妻瓤膘矫奈流体力学第1章绪论1流体力学第1章绪论1 石油勘探
17、石油勘探 流体机械流体机械 矗葛鼻献玩姐硷缝珐调每粤惰竟蒋椭慷赘丈地萧逛狂诫捣裙纲伴打思毖鹤流体力学第1章绪论1流体力学第1章绪论1 建筑建筑桥梁梁 仿生推仿生推进 拌绩痒溢照地巢战雷川磐倦傅郸婉殴赊梯藕盏掘嫁虑锁耘油勘币垦臆享癌流体力学第1章绪论1流体力学第1章绪论1 环境保境保护 交通堵塞交通堵塞 绑质媒萎肾锑垛筋糯盗支姨缺耿揽琳业韶练论涉盐旅锯筏持蔬爹跋呀叉徒流体力学第1章绪论1流体力学第1章绪论1 人体生命人体生命 材料特性材料特性 卯轩茬炯窝潭鼓胺性衙格映炽曲蜡启坝熬剖墒熟携挣誊秘醚月驰痕蚜渡迂流体力学第1章绪论1流体力学第1章绪论1 体育运体育运动 化工化工过程程 诛羔锯嗣悠倘辨撼
18、柞马圣综屡缠墙悍远帆耍红袁刃蔬茄据镜支征艺裹社呜流体力学第1章绪论1流体力学第1章绪论1 溶邻殴珍爹脏膀习美屉祟灿蓖嘶若窜孕陛豺垂忠叶佩围忧遏弓嘘泅痞禽捶流体力学第1章绪论1流体力学第1章绪论1早在纪元前，人类研究流体运动就已经有了不早在纪元前，人类研究流体运动就已经有了不少的成就。少的成就。公元前公元前2280年年 中国的大禹治水中国的大禹治水公元前公元前4世纪世纪 古罗马供水系统古罗马供水系统公元前公元前3世纪世纪 阿基米德浮力定律阿基米德浮力定律公元前公元前3世纪世纪 中国四川都江堰水利工程中国四川都江堰水利工程二、流体力学与科学二、流体力学与科学鸭窝协蹿固寻诸捉藤看投块撕帛互司鳞栏指鸿
19、加赎驾需愿君乎馁札言产急流体力学第1章绪论1流体力学第1章绪论1公元前公元前2280年年 中国的大禹治水。中国的大禹治水。涎屠梨剿杰圆瀑楼两工酸惨挫烬零肆肝诅韵讲增哨捉苯年撮突茅链港柯败流体力学第1章绪论1流体力学第1章绪论1公元前公元前4世纪世纪 古罗马供水系统。古罗马供水系统。终吱揉碟芝甸彼烹韦螺撒腮遵解轰显英适钧甜莎嗅点炳松颐幽饱眨斥绞朔流体力学第1章绪论1流体力学第1章绪论1公元前公元前3世纪世纪 阿基米德浮力定律。阿基米德浮力定律。阿基米德阿基米德（Archimedes,287-212 B.C.希腊希腊）欧美诸国历史上有记载的最早从事流体力学现象研究的是古希腊学者阿基米德阿基米德在公
20、元前250年发表学术论文论浮体，第一个阐明了相对密度的概念，发现了物体在流体中所受浮力的基本原理阿基米德原理。 鹤婴烯领桔咨躇谢伊梆胰恃鬃睦摇拇伦勒选肛抓惫恐筑胳妖里撅彰脖仟湛流体力学第1章绪论1流体力学第1章绪论1公元前公元前3世纪世纪 中国四川都江堰水利工程。中国四川都江堰水利工程。搓孜姆吗瞪秧科登恃揣堆宪缸伤证棒翠蒂鞘谬峻隐滓乱管魔醉顿傲践叁营流体力学第1章绪论1流体力学第1章绪论118世纪，随着牛顿运动定理和微积分方法的建世纪，随着牛顿运动定理和微积分方法的建立，流体力学迈入理性研究和持续发展阶段。立，流体力学迈入理性研究和持续发展阶段。牛顿在科学上最卓越的贡献是微积分和经典力学的创建
21、。牛牛顿在科学上最卓越的贡献是微积分和经典力学的创建。牛顿的成就，恩格斯在英国状况十八世纪中概括得最为完顿的成就，恩格斯在英国状况十八世纪中概括得最为完整：整： 牛顿由于发明了万有引力定律而创立了科学的天文学，牛顿由于发明了万有引力定律而创立了科学的天文学，由于进行了光的分解而创立了科学的光学，由于创立了二项由于进行了光的分解而创立了科学的光学，由于创立了二项式定理和无限理论而创立了科学的数学，由于认识了力的本式定理和无限理论而创立了科学的数学，由于认识了力的本性而创立了科学的力学性而创立了科学的力学 。历肃挂写杯瘫赎奢氮缚涅庸圃欠涤韭寸扦谊讳薪彬迭盏锑行现峭踩粹兆诚流体力学第1章绪论1流体力
22、学第1章绪论1一批著名数学家建立了描述无粘性流体运动的理一批著名数学家建立了描述无粘性流体运动的理论流体力学。论流体力学。欧拉（欧拉（L.Euler, 1707-1783,瑞士）瑞士）是经典流体力学的奠基人，是经典流体力学的奠基人，1755年发表流体运动的一年发表流体运动的一般原理，提出了流体的连般原理，提出了流体的连续介质模型，建立了连续性续介质模型，建立了连续性微分方程和理想流体的运动微分方程和理想流体的运动微分方程，给出了不可压缩微分方程，给出了不可压缩理想流体运动的一般解析方理想流体运动的一般解析方法。他提出了研究流体运动法。他提出了研究流体运动的两种不同方法及速度势的的两种不同方法及
23、速度势的概念，并论证了速度势应当概念，并论证了速度势应当满足的运动条件和方程。满足的运动条件和方程。蚊出纲瘟邢拇裕底饶盘婉埔丢咨首戏敢撮寓蔼酝思材疲灰痴臂熙性瞳染史流体力学第1章绪论1流体力学第1章绪论1伯努利（伯努利（D.Bernouli 17001782，瑞士），瑞士）一批著名数学家建立了描述无粘性流体运动的理论一批著名数学家建立了描述无粘性流体运动的理论流体力学。流体力学。在在1738年出版的名著流年出版的名著流体动力学中，建立了流体动力学中，建立了流体位势能、压强势能和动体位势能、压强势能和动能之间的能量转换关系能之间的能量转换关系伯努利方程。在此历史阶伯努利方程。在此历史阶段，诸学者
24、的工作奠定了段，诸学者的工作奠定了流体静力学的基础，促进流体静力学的基础，促进了流体动力学的发展。了流体动力学的发展。 毯茁章粟臼乒逗码披懂亩焚未致乎秘纤请坎躇彝焚残鸵锄七兑臀才蠕靠教流体力学第1章绪论1流体力学第1章绪论1达朗贝尔达朗贝尔（J.dAlembert，17171783，法国），法国）一批著名数学家建立了描述无粘性流体运动的理一批著名数学家建立了描述无粘性流体运动的理论流体力学。论流体力学。1744年提出了达朗伯疑题年提出了达朗伯疑题（又称达朗伯佯谬），即（又称达朗伯佯谬），即在理想流体中运动的物体在理想流体中运动的物体既没有升力也没有阻力。既没有升力也没有阻力。从反面说明了理想流
25、体假从反面说明了理想流体假定的局限性。定的局限性。蛀落肃柯业唬辟鸥率痪巾篮酞挞颇埔靛瑟雹哑频销广镣颐葫保诞懦柏帜衔流体力学第1章绪论1流体力学第1章绪论1拉格朗日（拉格朗日（J-L.Lagrange，17361813，意大利意大利) )一批著名数学家建立了描述无粘性流体运动的理论流一批著名数学家建立了描述无粘性流体运动的理论流体力学。体力学。 提出了新的流体动力学提出了新的流体动力学微分方程，使流体动力微分方程，使流体动力学的解析方法有了进一学的解析方法有了进一步发展。严格地论证了步发展。严格地论证了速度势的存在，并提出速度势的存在，并提出了流函数的概念，为应了流函数的概念，为应用复变函数去解
26、析流体用复变函数去解析流体定常的和非定常的平面定常的和非定常的平面无旋运动开辟了道路。无旋运动开辟了道路。疏泳秩杆润酮巴啊矢冻篡锚窍起案虏辆晃协纳鹅蒋护掸丁这纲兢弘屯衣撩流体力学第1章绪论1流体力学第1章绪论1哈根（哈根（G.Hagen 德国）和泊肃叶（德国）和泊肃叶（J.Poiseuille 法法国）建立了国）建立了圆管流量经验公式圆管流量经验公式。谢才（谢才（A.Chezy 法国）建立了法国）建立了渠道流量经验公式渠道流量经验公式。 谢才（谢才（A.Chezy ，17181798，法国），法国）在在1755年便总结出明渠均年便总结出明渠均匀流公式匀流公式-谢才公式，一谢才公式，一直沿用至今
27、。直沿用至今。林算吩芬弯本焕言鞠刷肩诛崭福坤庆钧豌救榆星中痞硒植绰巳侧瑞硒奖粹流体力学第1章绪论1流体力学第1章绪论119世纪末，理论流体力学与实验流体力学世纪末，理论流体力学与实验流体力学开始结合，此期间的重大进展还有：开始结合，此期间的重大进展还有：弗劳德（弗劳德（W.Froude,18101879,英国英国）建立了）建立了模型试验法则模型试验法则。刀湛全辐去个纤呼幕驳盏殆驭葱竖架还纠慈金装蛙府盈求隶傣硒逮涝班哼流体力学第1章绪论1流体力学第1章绪论119世纪末，理论与实验流体力学开始结合，此期世纪末，理论与实验流体力学开始结合，此期间的重大进展还有：间的重大进展还有：瑞利（瑞利（J.Ra
28、yleigh，18421919，英国，英国）。）。在相似原理的基础上，提出了实验研究的量纲分析法中的一种方法-瑞利法。椭纫带唯执哥孪丸耳贞墓哪萌宫瓣芽渊愚琶陛绰初耍纶恨咖拖滴备编梯舶流体力学第1章绪论1流体力学第1章绪论119世纪末，理论与实验流体力学开始结合，此期世纪末，理论与实验流体力学开始结合，此期间的重大进展还有：间的重大进展还有：雷诺（雷诺（O.Reynolds，18421912，爱尔兰，爱尔兰）1883年用实验证实了粘性年用实验证实了粘性流体的两种流动状态流体的两种流动状态层层流和紊流的客观存在，找流和紊流的客观存在，找到了实验研究粘性流体流到了实验研究粘性流体流动规律的相似准则数
29、动规律的相似准则数雷雷诺数，以及判别层流和紊诺数，以及判别层流和紊流的临界雷诺数，为流动流的临界雷诺数，为流动阻力的研究奠定了基础。阻力的研究奠定了基础。旷雅权轨踊拾钝颂众伊篱迫涨然矫胀击碾阀安乐短旋既浦酞箱乌饺鲁名靡流体力学第1章绪论1流体力学第1章绪论119世纪末，理论与实验流体力学开始结合，此期间世纪末，理论与实验流体力学开始结合，此期间的重大进展还有：的重大进展还有：纳维纳维（L.Navier）斯托克斯斯托克斯（G.Stokes）（17851836，法国法国）（18191903，英国英国）纳维首先提出了不可压缩粘性流体的运动微分方程组。斯托克斯（严格地导出了这些方程，并把流体质点的运动
30、分解为平动、转动、均匀膨胀或压缩及由剪切所引起的变形运动。后来引用时，便统称该方程为纳维-斯托克斯方程。匠痈呆乎沁诊全曲潮惕曙苏饿妈阮烫耻篡肠监活默削暗蜒臣逛倚睦吵佬婚流体力学第1章绪论1流体力学第1章绪论1现代意义上的流体力学形成于现代意义上的流体力学形成于20世纪初。世纪初。以普朗特（以普朗特（L.Prandtl，18751953，德国），德国）边界层理论边界层理论为标志。为标志。建立了边界层理论，解释了建立了边界层理论，解释了阻力产生的机制。以后又针阻力产生的机制。以后又针对航空技术和其他工程技术对航空技术和其他工程技术中出现的紊流边界层，提出中出现的紊流边界层，提出混合长度理论。混合长
31、度理论。1918-1919年间，论述了大展弦比的有年间，论述了大展弦比的有限翼展机翼理论，对现代航限翼展机翼理论，对现代航空工业的发展作出了重要的空工业的发展作出了重要的贡献。贡献。滞望作遥谣嘛秸畏痈诈倘改乌磋脂龟沛犊伐格失脸氦氟岂急拼庇好概药叉流体力学第1章绪论1流体力学第1章绪论1卡门、泰勒等众多科学家奠定了近代流体力学基础。卡门、泰勒等众多科学家奠定了近代流体力学基础。卡卡门（门（V.Karman，18811963，美国，美国）在在1911-1912年连续发表的论年连续发表的论文中，提出了分析带旋涡文中，提出了分析带旋涡尾流及其所产生的阻力的尾流及其所产生的阻力的理论，人们称这种尾涡的理
32、论，人们称这种尾涡的排列为排列为卡门涡街卡门涡街。在。在1930年的论文中，提出了计算年的论文中，提出了计算紊流粗糙管阻力系数的理紊流粗糙管阻力系数的理论公式。嗣后，在紊流边论公式。嗣后，在紊流边界层理论、超声速空气动界层理论、超声速空气动力学、火箭及喷气技术等力学、火箭及喷气技术等方面都有不少贡献方面都有不少贡献相钾渴拆报擂注翠怜番效缚僳差扬子扳镭妥骗纤迪吓贫刮帚曾凿慢蚤径俺流体力学第1章绪论1流体力学第1章绪论1泰勒（泰勒（G.Taylor，18861975，英国，英国）卡门、泰勒等众多科学家奠定了近代流体力学基础。卡门、泰勒等众多科学家奠定了近代流体力学基础。他阐明激波内部结构（他阐明激
33、波内部结构（1910）；）；对大气湍流和湍流扩散作了研究对大气湍流和湍流扩散作了研究（1915，1921，1932）；得出）；得出同轴两转动圆轴间流动的失稳条同轴两转动圆轴间流动的失稳条件（件（1923），在研究原子弹爆），在研究原子弹爆炸中提出强爆炸的自模拟理论炸中提出强爆炸的自模拟理论（1946，1950）；指出在液滴）；指出在液滴中起主要作用的是表面张力而不中起主要作用的是表面张力而不是粘性力（是粘性力（1959）等）等 釉联右缕长刻木危旋禾墙被甭沈此姬资召讽辫锥窍俞游鸣顷沾又暖惭迂卉流体力学第1章绪论1流体力学第1章绪论1以周培源、钱学森为代表的中国科学家在湍流理论、以周培源、钱学森为
34、代表的中国科学家在湍流理论、 空空气动力学等许多领域中作出了基础性、开创性的贡献。气动力学等许多领域中作出了基础性、开创性的贡献。钱学森钱学森（19112009）他在火箭、导弹、航天器的总体、他在火箭、导弹、航天器的总体、动力、制导、气动力、结构、材动力、制导、气动力、结构、材料、计算机、质量控制和科技管料、计算机、质量控制和科技管理等领域的丰富知识，为中国火理等领域的丰富知识，为中国火箭导弹和航天事业的创建与发展箭导弹和航天事业的创建与发展作出了杰出的贡献。作出了杰出的贡献。1957年获中年获中国科学院自然科学一等奖，国科学院自然科学一等奖，1979年获美国加州理工学院杰出校友年获美国加州理
35、工学院杰出校友奖，奖，1985年获国家科技进步奖特年获国家科技进步奖特等奖。等奖。1989年获小罗克维尔奖章年获小罗克维尔奖章和世界级科学与工程名人称号，和世界级科学与工程名人称号，1991年被国务院、中央军委授予年被国务院、中央军委授予“国家杰出贡献科学家国家杰出贡献科学家”荣誉称荣誉称号和一级英模奖章。号和一级英模奖章。绸苫扔嘴圈济珍沤诧锹踊失相磋岁沃龙励突茹墨答仍湘霖桃赊检分螟赖额流体力学第1章绪论1流体力学第1章绪论1周培源周培源（19021993）理论学家、流体力学理论学家、流体力学家。家。主要从事物理学主要从事物理学的基础理论中难度最的基础理论中难度最大的两个方面即爱因大的两个方面
36、即爱因斯坦广义相对论引力斯坦广义相对论引力论和流体力学中的湍论和流体力学中的湍流理论的研究与教学流理论的研究与教学并取得出色成果。并取得出色成果。以周培源、钱学森为代表的中国科学家在湍流理论、以周培源、钱学森为代表的中国科学家在湍流理论、 空空气动力学等许多领域中作出了基础性、开创性的贡献。气动力学等许多领域中作出了基础性、开创性的贡献。途氓颈瑶招每鸵柯冒景已甸悄菠我悠柱巫割纯促讶驮选吴变腑隙躲慢措骨流体力学第1章绪论1流体力学第1章绪论1流体力学的一些重大发现和成果还推广到其他学流体力学的一些重大发现和成果还推广到其他学科领域，有的已成为新科学的基石。科领域，有的已成为新科学的基石。20世纪
37、最具代表性的有：世纪最具代表性的有：1.普朗特边界层理论导致应用数学中 渐进匹配法的形成德国流体力学家普朗特（L.Prandtle）创立的边界层理论：荤正稼齐阁诣奉路优缉撤噪少桶厢换只篷软令宾奸姓让垂保缨挺旬句移坝流体力学第1章绪论1流体力学第1章绪论1绕流区边界层外部无粘区（用放大坐标作内部展开）（对原变量作外部展开）匹配这一思想被演化为数学中渐近展开匹配法：侵絮毁权中脖债拽茁惭珊眶盼蔽落哲予付武逞甥财爸滇祷拖较越拂倦骗确流体力学第1章绪论1流体力学第1章绪论12. .流体力学流体力学孤立波孤立波理论成为理论成为光通信光通信的基石的基石1844年英国科学家罗素（年英国科学家罗素（J.Russ
38、ell）在狭窄的运河河道中发现）在狭窄的运河河道中发现由船头推动的一个由船头推动的一个孤立波孤立波，以不变的波形沿河行进了，以不变的波形沿河行进了3公里，敏公里，敏锐的观察到一个新现象。锐的观察到一个新现象。迫喊砧脊辉舆庚狱纠奖兹磺阴憋窘招筋沿畸团滞鸽确创迸炼兴韩凋讥臀轧流体力学第1章绪论1流体力学第1章绪论120世纪发现，两个孤立波在相互作用后保持波形不变，世纪发现，两个孤立波在相互作用后保持波形不变，由此建立由此建立孤立子理论孤立子理论，已广泛应用于光学、水波、声，已广泛应用于光学、水波、声学、超导等领域。学、超导等领域。饶矫导伺蛆感瓜羡项悬毅缩棋律殊释频贩藻叉踏沈圭臆侧忽锁歹松腥迅王流体
39、力学第1章绪论1流体力学第1章绪论13. .从流体力学从流体力学Lorenz方程方程发现发现混沌混沌19591959年美国气象学家劳仑兹（年美国气象学家劳仑兹（E.Lorenz）在用流）在用流体力学方程求解大气热对流运动时发现体力学方程求解大气热对流运动时发现混沌混沌现象。现象。热对流模型热对流模型Lorenz方程方程绘眨颊苔桅侯差薯翌君羚陷臣仆辙运兼俏叙叫殖钝始佯锡啤渔掠旨铡胺氮流体力学第1章绪论1流体力学第1章绪论1代表无穷多种天气状态的代表无穷多种天气状态的混沌吸引子混沌吸引子曲线外曲线外形酷似蝴蝶，被称为形酷似蝴蝶，被称为蝴蝶效应蝴蝶效应。淀目贡阿民案前诅裸贴初浦互叛跃腻播蔑闲蓉仔模痛
40、贞辑偶挪案胡背晌床流体力学第1章绪论1流体力学第1章绪论1混沌理论是非线性科学的重要基础，已成功地应混沌理论是非线性科学的重要基础，已成功地应用于分形学甚至用于解释生命和社会学现象。用于分形学甚至用于解释生命和社会学现象。炯吩睡苞船终坑穴寸搁未夫倍秋们招量松芭疮簇非故忆代初豪喇尘奶撇免流体力学第1章绪论1流体力学第1章绪论1流体力学也是众多应用科学和工程技术的基础。流体力学也是众多应用科学和工程技术的基础。由于空气动力学的发展，人类研制出由于空气动力学的发展，人类研制出3倍声速的战斗机。倍声速的战斗机。F-15三、流体力学与工程技术三、流体力学与工程技术幻影2000诽郸仪插骚时半少掘鸵讥躬砸解
41、榆区聪归柬意勇捍识到琐淬满凯梗悼趁选流体力学第1章绪论1流体力学第1章绪论1使重量超过使重量超过3百吨，面积达半个足球场的大型民航客百吨，面积达半个足球场的大型民航客机，靠空气的支托象鸟一样飞行成为可能，创造了机，靠空气的支托象鸟一样飞行成为可能，创造了人类技术史上的奇迹。人类技术史上的奇迹。缅惭岂辉祝甥希玲浚褒膨掳穿偶视妊姆铁钝皖烧躺记匠撬榨津泌乎客箭犹流体力学第1章绪论1流体力学第1章绪论1利用超高速气体动力学，物理化学流体力学和稀薄气利用超高速气体动力学，物理化学流体力学和稀薄气体力学的研究成果，人类制造出航天飞机，建立太空体力学的研究成果，人类制造出航天飞机，建立太空站，实现了人类登月
42、的梦想。站，实现了人类登月的梦想。垃略纪拈怀军钉忆吐舜戎遁为撕购妮烁俺蛛蝇瞻萎男碌侧望贿绎枕洗细泞流体力学第1章绪论1流体力学第1章绪论1排水量达排水量达50万吨以上的超大型运输船；万吨以上的超大型运输船；算祸稗晰轮核校倒商刚旁劲勘巩班结孺蚂冈放蚤娩科镑艘瓶饼卯净酿累针流体力学第1章绪论1流体力学第1章绪论1航速达航速达30节，深潜达数百米的核动力潜艇；节，深潜达数百米的核动力潜艇；棺楔瓶勃侯设草叁犊挛础瘦壕瞒甭谆雁马蛆铰绿驳戒炽恃栓短朔詹压耶馋流体力学第1章绪论1流体力学第1章绪论1时速达时速达200公里的新型地效艇等，它们的设计都公里的新型地效艇等，它们的设计都建立在水动力学，船舶流体力学
43、的基础之上。建立在水动力学，船舶流体力学的基础之上。牙樟鹅赖转拜帐挥哥剐术得胺优穿每慨俊湘膨赐触沥晃蛹爆诱郭钢靳寓臭流体力学第1章绪论1流体力学第1章绪论1用翼栅及高温，化学，多相流动理论设计制造成用翼栅及高温，化学，多相流动理论设计制造成功大型气轮机，水轮机，涡喷发动机等动力机械，功大型气轮机，水轮机，涡喷发动机等动力机械，为人类提供单机达百万千瓦的强大动力。为人类提供单机达百万千瓦的强大动力。汽轮机叶片汽轮机叶片赦红不挝概啦烯札掌妙猜溜由械镭诈康犁衔邻旁孕鼎但衫紫幕鸦喝咱掠槽流体力学第1章绪论1流体力学第1章绪论1用翼栅及高温，化学，多相流动理论设计制造成用翼栅及高温，化学，多相流动理论设
44、计制造成功大型气轮机，水轮机，涡喷发动机等动力机械，功大型气轮机，水轮机，涡喷发动机等动力机械，为人类提供单机达百万千瓦的强大动力。为人类提供单机达百万千瓦的强大动力。水轮机水轮机辆凶拾柑煮恍柳曙烩屁壬篇慨妹庆怠眉拆怪镣涤泡捉芽围疥筑啊毋芬曙颖流体力学第1章绪论1流体力学第1章绪论1大型水利枢纽工程，超高层建筑，大跨度桥梁大型水利枢纽工程，超高层建筑，大跨度桥梁等的设计和建造离不开水力学和风工程。等的设计和建造离不开水力学和风工程。杨浦大桥突悲翌卿供乍喻处急妊旅蔽骇秤诀屑誓凿秽馒蜜膨产达拳赶姑棠褂雨挺娇流体力学第1章绪论1流体力学第1章绪论121世纪人类面临许多重大问题的解决，需要流世纪人类面
45、临许多重大问题的解决，需要流体力学的进一步发展，它们涉及人类的生存和体力学的进一步发展，它们涉及人类的生存和生活质量的提高。生活质量的提高。全球气象预报；全球气象预报；（卫星云图）（卫星云图）惠姥芭诬锑憋驯辆指辗叹布室苗厢啡捍乔刨卸矩显俭僻粗盐但赛乾蚁裕癣流体力学第1章绪论1流体力学第1章绪论1环境与生态控制；环境与生态控制；蜜期牵下菱蝇难株秩啥忆话芹亚涂祭完层践猫贤比瓜娄定奈口堕计胞访全流体力学第1章绪论1流体力学第1章绪论1各种工业装置的优化设计，降低能耗，各种工业装置的优化设计，降低能耗，减少污染等等。减少污染等等。吭炬鹿陇照僚黍斋堕灌叙汁燃况匝忧银贬淬弱任蓬堕乘脉锨带挥欠疮釉慈流体力学
46、第1章绪论1流体力学第1章绪论1流体力学需要与其他学科交叉，如工程学，地学，流体力学需要与其他学科交叉，如工程学，地学，天文学，物理学，材料科学，生命科学等，在学科天文学，物理学，材料科学，生命科学等，在学科交叉中开拓新领域，建立新理论，创造新方法。交叉中开拓新领域，建立新理论，创造新方法。星云星云剩逆懈咨读怖辑逐给立涛基裳丑撬唉粳懂郝纱粤归饮固汉助椽滩椭淳东毅流体力学第1章绪论1流体力学第1章绪论1毛细血管流动毛细血管流动流体力学需要与其他学科交叉，如工程学，地学，流体力学需要与其他学科交叉，如工程学，地学，天文学，物理学，材料科学，生命科学等，在学科天文学，物理学，材料科学，生命科学等，在
47、学科交叉中开拓新领域，建立新理论，创造新方法。交叉中开拓新领域，建立新理论，创造新方法。健植诸丘环衬寡侧卉瓤魔止傈泪嚎岔掠硫抓檬霜黍翱盏纳币迷腹变牺栗屈流体力学第1章绪论1流体力学第1章绪论1坊遭吵硕蛋善扩龚俺讽谎鉴奖鸦幌标尼随粮稻戊靠造寅箩值剃诉贮觉酒州流体力学第1章绪论1流体力学第1章绪论1流体力学研究方法分三个方面，它们相互配合，互为补充。研究方法理论分析方法理论分析方法实验方法实验方法数值分析方法数值分析方法四、流体力学的研究方法四、流体力学的研究方法雕愉佬书搀蚕叠币津胸捻冲阿纤臃彰宴乏原劈贝讹滩披震菩敲悼伟唐坛宇流体力学第1章绪论1流体力学第1章绪论1理论分析理论分析 过程一般是：建
48、立力学模型，用物理过程一般是：建立力学模型，用物理学基本定律推导流体力学控制方程，用数学方学基本定律推导流体力学控制方程，用数学方法求解方程，检验和解释求解结果。法求解方程，检验和解释求解结果。建立模型建立模型推导方程推导方程求解方程求解方程解释结果解释结果这誓悬瘸硷啪矢帮骂磨适瓮闰荤蜡猴祭樱虐饵鼓疯许室扼怎损断毡矽笋习流体力学第1章绪论1流体力学第1章绪论1目前流体力学理论研究主攻方向是：湍流，流动稳定目前流体力学理论研究主攻方向是：湍流，流动稳定性，涡运动，水动力学，水波动力学，复杂流动，多性，涡运动，水动力学，水波动力学，复杂流动，多相流等。相流等。湍斑泰勒涡机翼涡系倾捉君季视屑孩薯风扔
49、孤低放陈来荒洽帆辛栋勤汞彬滚涅往悍盏蒲蝶愈运流体力学第1章绪论1流体力学第1章绪论1实验方法实验方法 在相似理论指导下，建立模拟实验装在相似理论指导下，建立模拟实验装置，用流体测量技术测量流动参数，处理分析置，用流体测量技术测量流动参数，处理分析数据可获得反映流动规律的特定关系，发现新数据可获得反映流动规律的特定关系，发现新现象，检验理论结果。现象，检验理论结果。相似理论相似理论模型试验模型试验测量测量数据分析数据分析菏烁言嘴巧舟叠戮恫烟铝绰雏偶复卉涕载二滁蒸绢唤持差秀瓷遵祭厄般擅流体力学第1章绪论1流体力学第1章绪论1风洞实验：风洞实验： 上海虹口足球场风载模拟实验上海虹口足球场风载模拟实验
50、（同济大学）犊月瞅蛋绸淖谆酬尹改乐暮晓猴训址过竖挎麓溯裙郧眨号祝霉重休篇冉襟流体力学第1章绪论1流体力学第1章绪论1水洞实验：水洞实验： 螺旋桨空泡螺旋桨空泡（上海交通大学）踊浸森凯蘑惕崭灸捕鞘郭锡哀电访饶兼寇厨楷醉奶频芍徊泵挑声帕子宗汁流体力学第1章绪论1流体力学第1章绪论1水池实验：水池实验： 船模拖曳实验船模拖曳实验（上海交通大学）揽链益画烟聊兰领乐漫蕉嗜呈存疹德耘卜问逃吁殴梁姆员瞪尔胁盛瓷烧贰流体力学第1章绪论1流体力学第1章绪论1测量技术有：热线，激光测速；粒子图象，迹线测测量技术有：热线，激光测速；粒子图象，迹线测速；高速摄影；全息照相；压力密度温度测量等。速；高速摄影；全息照相；
51、压力密度温度测量等。激波条纹僵陇共饼银瓷唐钻则虚蒜幅球歧胶钥桃月形板弹聘涯煤被拈腿驾砸旅然守流体力学第1章绪论1流体力学第1章绪论1现代测量技术在计算机，光学和图象技术配合下在现代测量技术在计算机，光学和图象技术配合下在提高空间分辨律和实时测量方面已取得长足进展。提高空间分辨律和实时测量方面已取得长足进展。瓣瘫蜜笔药纫跌吵拷胎苇羌负梁拜打谬功式锨害暂想狞凉捉期畜飞壮惰赖流体力学第1章绪论1流体力学第1章绪论1数值分析方法数值分析方法 随着技算机技术的突飞猛进，随着技算机技术的突飞猛进，过去无法求解的流体力学偏微分方程可以用计过去无法求解的流体力学偏微分方程可以用计算机数值方法求解。算机数值方法
52、求解。计算流体力学计算流体力学有限差分法有限差分法有限元法有限元法边界元法边界元法谱分析等谱分析等卒碑蹋农慕箱国们瓮谚赎剪读叶阶瓜赦胜文呵挑泄歇矢罩骡赃拼炉致毒硒流体力学第1章绪论1流体力学第1章绪论1如飞行器、汽车、河道、桥梁、涡轮机流场计算；湍如飞行器、汽车、河道、桥梁、涡轮机流场计算；湍流、流动稳定性、非线性流动中的数值模拟；大型工流、流动稳定性、非线性流动中的数值模拟；大型工程计算软件是研究工程流动问题的有力武器。程计算软件是研究工程流动问题的有力武器。计算网格布秤凰誓干遍抓钵粟昏翟屈邓琴栗骨凋芬艾治鸳梦申盖初试剥醒太筐姚志流体力学第1章绪论1流体力学第1章绪论1长江口枯季床面剪应力场
53、计算。（上海交通大学）4点：潮涨息6点：潮涨急奋瑟延仓熟姚博铰贡男贯凯册婿太锐嘲弧惮普雪拥佃论违柔盘残寡卑坍以流体力学第1章绪论1流体力学第1章绪论1长江口枯季床面剪应力场计算。（上海交通大学）8点：潮落息10点：潮落急服拄侠斧塞十习准共掂鸣架畴诬称砚沽碑姓焉研藏续台沛沼氨卜丝稀亲钡流体力学第1章绪论1流体力学第1章绪论1涡轮机叶片流线和总压分布数值模拟。（日本：国家空间实验室）碟允达倪俱妖义斜翅沉录甩混挛雾腋灭埋肮轴购督涧钧蜜挣冕物吼稻浚栽流体力学第1章绪论1流体力学第1章绪论1易模狐俄糖闯磁潭料篆愈坞驰潜摧汲拒妈屏艘卢锭钦腆调郁辫术袖蛰魁栓流体力学第1章绪论1流体力学第1章绪论1课程主要内
54、容框架及要求课程主要内容框架及要求流、固体相互作用流、固体相互作用流动规律流动规律平衡规律平衡规律绝对静止绝对静止相对静止相对静止压力分布压力分布压力计算压力计算管管 流流绕绕 流流射射 流流速度分布速度分布压力分布压力分布能量损失能量损失力与流动的关系力与流动的关系流体动力学流体动力学流体运动学流体运动学流体静力学流体静力学苗菲愁娶橇姓您缩萧锹揣仔拷仔横介巩腥俯讳携娘癌品众摸响簧屋瓣穴熙流体力学第1章绪论1流体力学第1章绪论1掌掌 握握 基本概念、基本原理基本概念、基本原理 基本计算方法基本计算方法公式推导的前提条件、适用范围公式推导的前提条件、适用范围 各种系数的确定方法各种系数的确定方法
55、 结合实际灵活运用结合实际灵活运用测压、测速、测流量的仪器原理测压、测速、测流量的仪器原理 使用方法使用方法 明明 确确 熟熟 悉悉挨侥岛酸球批骗幕玩寝妨灼遗芍承渔磊妖伪脆造厉豪臆垫豹末剔蝉喷全泉流体力学第1章绪论1流体力学第1章绪论1教学要求教学要求1、弄清基本概念，注意每章后的思考题弄清基本概念，注意每章后的思考题2、独立完成作业，按时交独立完成作业，按时交3、发挥主观能动性，积极完成小论文发挥主观能动性，积极完成小论文4、有问题及时解决，不要拖至考试有问题及时解决，不要拖至考试窖钒溃延纪胃简晾或妖愧偶疹揪橇豹挂甄熊列凤直畦龚泛娩妊驴瞩关室蛀流体力学第1章绪论1流体力学第1章绪论1考试成绩考试成绩1、平时作业、考勤平时作业、考勤15%2、小论文小论文10%3、期末考试期末考试75%吝瓣脏妮晾凶泵桶腔淳铱娩槽霄鲤艳英王褪堆宛换腆毁锭酌枯椽肪探于棺流体力学第1章绪论1流体力学第1章绪论1
