流体的主要物理力学性质省公共课一等奖全国赛课获奖课件.pptx

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1、第第第第1 1 1 1章章章章 绪论绪论绪论绪论过程装备与控制工程教研室过程装备与控制工程教研室1工程流体力学工程流体力学过程装备与控制工程教研室过程装备与控制工程教研室李洪亮李洪亮 第1页第第第第1 1 1 1章章章章 绪论绪论绪论绪论过程装备与控制工程教研室过程装备与控制工程教研室2l你想知道你想知道高尔夫球高尔夫球飞得远应表面光滑还是粗糙吗？飞得远应表面光滑还是粗糙吗？l你想知道你想知道汽车阻力汽车阻力来至前部还是尾部吗？来至前部还是尾部吗？l你想知道你想知道机翼升力机翼升力来至下部还是上部吗？来至下部还是上部吗？l你想知道同一容器上同高同径孔口和管嘴泄流谁你想知道同一容器上同高同径孔口

2、和管嘴泄流谁流速流速大、大、谁谁流量流量大吗？大吗？l第2页第第第第1 1 1 1章章章章 绪论绪论绪论绪论过程装备与控制工程教研室过程装备与控制工程教研室3l工程流体力学工程流体力学是热能与动力工程等专业一门是热能与动力工程等专业一门主要主要专业基础课专业基础课，它为学好专业课和今后从事专，它为学好专业课和今后从事专业技术工作以及科学研究工作打下必要流体力学业技术工作以及科学研究工作打下必要流体力学基础。基础。第3页第第第第1 1 1 1章章章章 绪论绪论绪论绪论过程装备与控制工程教研室过程装备与控制工程教研室4l课程安排课程安排n计划课时：计划课时：6464n周课时：周课时：4 4n课程性

3、质：课程性质：必修必修n考试（考查）方式：考试（考查）方式：考试考试第4页第第第第1 1 1 1章章章章 绪论绪论绪论绪论过程装备与控制工程教研室过程装备与控制工程教研室5l使用教材：使用教材：n孔珑孔珑主编主编流体力学流体力学，高等教育出版社，高等教育出版社l参考教材：参考教材：n黄卫星黄卫星主编主编工程流体力学工程流体力学，化学工业出版社，化学工业出版社n陈卓如陈卓如主编主编工程流体力学工程流体力学，高等教育出版社，高等教育出版社n张也影张也影主编主编流体力学流体力学，高等教育出版社，高等教育出版社n吴望一吴望一主编主编流体力学流体力学，北京大学出版社，北京大学出版社第5页第第第第1 1

4、1 1章章章章 绪论绪论绪论绪论过程装备与控制工程教研室过程装备与控制工程教研室6l本课程内容本课程内容n第第1 1章章 绪论绪论n第第2 2章章 流体静力学流体静力学n第第3 3章章 流体运动学和动力学基础流体运动学和动力学基础n第第4 4章章 相同原理和量纲分析相同原理和量纲分析n第第5 5章章 管流损失和水力计算管流损失和水力计算n第第6 6章章 气体一维定常流动气体一维定常流动n第第7 7章章 理想流体多维流动基础理想流体多维流动基础n第第8 8章章 粘性流体多维流动基础粘性流体多维流动基础第6页第第第第1 1 1 1章章章章 绪论绪论绪论绪论过程装备与控制工程教研室过程装备与控制工程

5、教研室7l高尔夫球表面为何有很多小凹坑？高尔夫球表面为何有很多小凹坑？n最早高尔夫球最早高尔夫球n现在高尔夫球现在高尔夫球第7页第第第第1 1 1 1章章章章 绪论绪论绪论绪论过程装备与控制工程教研室过程装备与控制工程教研室8l高尔夫球表面为何有很多小凹坑？高尔夫球表面为何有很多小凹坑？n高尔夫球表面之所以设计有许多小凹坑，其目标是让高尔夫球飞高尔夫球表面之所以设计有许多小凹坑，其目标是让高尔夫球飞得更远。得更远。n高尔夫球表面小凹坑能够降低空气阻力，增加球升力。高尔夫球表面小凹坑能够降低空气阻力，增加球升力。n通常说来，尾流范围越小，球体后方压力就越大，空气对球阻力通常说来，尾流范围越小，球

6、体后方压力就越大，空气对球阻力就越小。就越小。n高尔夫球自旋大约提供了二分之一升力，另外二分之一则是来自高尔夫球自旋大约提供了二分之一升力，另外二分之一则是来自小凹坑小凹坑 。第8页第第第第1 1 1 1章章章章 绪论绪论绪论绪论过程装备与控制工程教研室过程装备与控制工程教研室9l汽车阻力来自前部还是后部？汽车阻力来自前部还是后部？n汽车创造于汽车创造于1919世纪末，当初人们认为汽车阻力主要来自前部对空世纪末，当初人们认为汽车阻力主要来自前部对空气撞击，所以早期汽车后部是陡峭，称为箱型车，阻力系数气撞击，所以早期汽车后部是陡峭，称为箱型车，阻力系数C CD D很很大，约为大，约为0.80.8

7、。第9页第第第第1 1 1 1章章章章 绪论绪论绪论绪论过程装备与控制工程教研室过程装备与控制工程教研室10l汽车阻力来自前部还是后部？汽车阻力来自前部还是后部？n实际上汽车阻力主要来自后部形成尾流，称为形状阻力。实际上汽车阻力主要来自后部形成尾流，称为形状阻力。第10页第第第第1 1 1 1章章章章 绪论绪论绪论绪论过程装备与控制工程教研室过程装备与控制工程教研室11l汽车阻力来自前部还是后部？汽车阻力来自前部还是后部？n2020世纪世纪3030年代起，人们开始利用流体力学原理改进汽车尾部形状，年代起，人们开始利用流体力学原理改进汽车尾部形状，出现甲壳虫型，阻力系数降至出现甲壳虫型，阻力系数

8、降至0.60.6。第11页第第第第1 1 1 1章章章章 绪论绪论绪论绪论过程装备与控制工程教研室过程装备与控制工程教研室12l汽车阻力来自前部还是后部？汽车阻力来自前部还是后部？n2020世纪世纪50506060年代改进为船型，阻力系数为年代改进为船型，阻力系数为0.450.45。第12页第第第第1 1 1 1章章章章 绪论绪论绪论绪论过程装备与控制工程教研室过程装备与控制工程教研室13l汽车阻力来自前部还是后部？汽车阻力来自前部还是后部？n8080年代经过风洞试验系统研究后，又改进为鱼型，阻力系数为年代经过风洞试验系统研究后，又改进为鱼型，阻力系数为0.30.3。第13页第第第第1 1 1

9、 1章章章章 绪论绪论绪论绪论过程装备与控制工程教研室过程装备与控制工程教研室14l汽车阻力来自前部还是后部？汽车阻力来自前部还是后部？n以后深入改进为楔型，阻力系数为以后深入改进为楔型，阻力系数为0.20.2。第14页第第第第1 1 1 1章章章章 绪论绪论绪论绪论过程装备与控制工程教研室过程装备与控制工程教研室15l汽车阻力来自前部还是后部？汽车阻力来自前部还是后部？n9090年代后，科研人员研制开发未来型汽车，阻力系数仅为年代后，科研人员研制开发未来型汽车，阻力系数仅为0.1370.137。第15页第第第第1 1 1 1章章章章 绪论绪论绪论绪论过程装备与控制工程教研室过程装备与控制工程

10、教研室16l汽车阻力来自前部还是后部？汽车阻力来自前部还是后部？n经过近经过近8080年研究改进，汽车阻力系数从年研究改进，汽车阻力系数从0.80.8降至降至0.1370.137，阻力减小，阻力减小为原来为原来1/5 1/5。n当前，在汽车外形设计中流体力学性能研究已占主导地位，合理当前，在汽车外形设计中流体力学性能研究已占主导地位，合理外形使汽车含有更加好动力学性能和更低耗油率。外形使汽车含有更加好动力学性能和更低耗油率。第16页第第第第1 1 1 1章章章章 绪论绪论绪论绪论过程装备与控制工程教研室过程装备与控制工程教研室17l机翼升力来至下部还是上部？机翼升力来至下部还是上部？第17页第

11、第第第1 1 1 1章章章章 绪论绪论绪论绪论过程装备与控制工程教研室过程装备与控制工程教研室18第第 1 1 章章绪绪 论论第18页第第第第1 1 1 1章章章章 绪论绪论绪论绪论过程装备与控制工程教研室过程装备与控制工程教研室19l本章内容本章内容n1.1 1.1 流体力学发展史简述流体力学发展史简述n1.2 1.2 流体力学研究内容、研究方法和应用流体力学研究内容、研究方法和应用 n1.3 1.3 流体定义和特征流体定义和特征 连续介质模型连续介质模型 n1.4 1.4 作用在流体上力作用在流体上力 n1.5 1.5 流体主要物理性质流体主要物理性质第19页第第第第1 1 1 1章章章章

12、 绪论绪论绪论绪论过程装备与控制工程教研室过程装备与控制工程教研室201.1 1.1 流体力学发展史简述流体力学发展史简述第20页第第第第1 1 1 1章章章章 绪论绪论绪论绪论过程装备与控制工程教研室过程装备与控制工程教研室21l流体力学在中国流体力学在中国l大禹治水大禹治水l4000多年前大禹治水，说明我国古代已经有大规多年前大禹治水，说明我国古代已经有大规模治河工程。模治河工程。l(公元前公元前256-2)l秦代，在公元前秦代，在公元前256-前前2间便修建了都江堰、郑国间便修建了都江堰、郑国渠、灵渠三大水利工程，说明当初对明槽水流和渠、灵渠三大水利工程，说明当初对明槽水流和堰流流动规律

13、认识已经到达相当水平。堰流流动规律认识已经到达相当水平。l龙首渠（公元前龙首渠（公元前156-前前87）l西汉武帝时期，为引洛水浇灌农田，在黄土高原西汉武帝时期，为引洛水浇灌农田，在黄土高原上修建了龙首渠，创造性地采取了井渠法，即用上修建了龙首渠，创造性地采取了井渠法，即用竖井沟通长十余里穿山隧洞，有效地预防了黄土竖井沟通长十余里穿山隧洞，有效地预防了黄土塌方。塌方。第21页第第第第1 1 1 1章章章章 绪论绪论绪论绪论过程装备与控制工程教研室过程装备与控制工程教研室22l流体力学在中国流体力学在中国n水利风力机械水利风力机械u在在古古代代，以以水水为为动动力力简简单单机机械械也也有有了了长

14、长足足发发展展，比比如如用用水水轮轮提提水水，或或经经过过简简单单机机械械传传动动去去碾碾米米、磨磨面面等等。东东汉汉杜杜诗诗任任南南阳阳太太守守时时（公公元元3737年年）曾曾创创造造水水排排（水水力力鼓鼓风风机机），利利用用水水力力，经经过过传传动动机机械械，使使皮皮制制鼓鼓风风囊囊连连续续开开合合，将将空空气气送送入入冶冶金金炉炉，较较西西欧欧约约早早了一千一百年。了一千一百年。第22页第第第第1 1 1 1章章章章 绪论绪论绪论绪论过程装备与控制工程教研室过程装备与控制工程教研室23l流体力学在中国流体力学在中国n真州船闸真州船闸u北北宋宋（960 960-11261126）时时期期，

15、在在运运河河上上修修建建真真州州船船闸闸与与十十四四世世纪纪末末荷荷兰兰同同类类船船闸相比，约早三百多年。闸相比，约早三百多年。n潘季顺潘季顺u明明朝朝水水利利家家潘潘季季顺顺（1521 1521-15951595）提提出出了了“筑筑堤堤防防溢溢，建建坝坝减减水水，以以堤堤束束水水，以以水水攻攻沙沙”和和“借借清清刷刷黄黄”治治黄黄标标准准，并并著著有有两两河河管管见见、两两河河经经略略和和河防一揽河防一揽。n流量流量u清清朝朝雍雍正正年年间间，何何梦梦瑶瑶在在算算迪迪一一书书中中提提出出流流量量等等于于过过水水断断面面面面积积乘乘以以断断面平均流速计算方法面平均流速计算方法。第23页第第第第

16、1 1 1 1章章章章 绪论绪论绪论绪论过程装备与控制工程教研室过程装备与控制工程教研室24l流体力学在中国流体力学在中国n李冰（公元前李冰（公元前302-235302-235）第24页第第第第1 1 1 1章章章章 绪论绪论绪论绪论过程装备与控制工程教研室过程装备与控制工程教研室25l流体力学在中国流体力学在中国n钱学森钱学森u浙江省杭州市人，浙江省杭州市人，他在火箭、导弹、航天器总体、动他在火箭、导弹、航天器总体、动力、制导、气动力、结构、材料、计算机、质量控制和力、制导、气动力、结构、材料、计算机、质量控制和科技管理等领域丰富知识，为中国科技管理等领域丰富知识，为中国火箭导弹和航天事业火

17、箭导弹和航天事业创建与发展作出了出色贡献。创建与发展作出了出色贡献。19571957年获中国科学院自然科学一等奖年获中国科学院自然科学一等奖19791979年获美国加州理工学院出色校友奖年获美国加州理工学院出色校友奖19851985年获国家科技进步奖特等奖年获国家科技进步奖特等奖19891989年获小罗克维尔奖章和世界级科学与工程名人称号年获小罗克维尔奖章和世界级科学与工程名人称号19911991年被国务院、中央军委授予年被国务院、中央军委授予“国家出色贡献科学家国家出色贡献科学家”荣誉称号和一级英模奖章荣誉称号和一级英模奖章第25页第第第第1 1 1 1章章章章 绪论绪论绪论绪论过程装备与控

18、制工程教研室过程装备与控制工程教研室26l流体力学在中国流体力学在中国l周培源（周培源（19021993）l198月月28日出生，江苏宜兴人。理日出生，江苏宜兴人。理论学家、流体力学家，主要从事物论学家、流体力学家，主要从事物理学基础理论中难度最大两个方面理学基础理论中难度最大两个方面（即爱因斯坦广义相对论引力论和（即爱因斯坦广义相对论引力论和流体力学中湍流理论）研究与教学，流体力学中湍流理论）研究与教学，并取得出众结果。并取得出众结果。第26页第第第第1 1 1 1章章章章 绪论绪论绪论绪论过程装备与控制工程教研室过程装备与控制工程教研室27l流体力学在中国流体力学在中国n吴仲华（吴仲华（W

19、u ZhonghuaWu Zhonghua）u在在19521952年年发发表表在在轴轴流流式式、径径流流式式和和混混流流式式亚亚声声速速和和超超声声速速叶叶轮轮机机械械中中三三元元流流普普遍遍理理论论和和在在19751975年年发发表表使使用用非非正正交交曲曲线线坐坐标标叶叶轮轮机机械械三三元元流流动动基基本本方方程程及及其其解解法法两两篇篇论论文文中中所所建建立立叶叶轮轮机机械械三三元元流流理理论论，至至今今仍仍是是国国内内外外许许多优良叶轮机械设计计算主要依据。多优良叶轮机械设计计算主要依据。第27页第第第第1 1 1 1章章章章 绪论绪论绪论绪论过程装备与控制工程教研室过程装备与控制工程

20、教研室28l流体力学西方史流体力学西方史n阿基米德（阿基米德（ArchimedesArchimedes，公元前，公元前287-212287-212）l古希腊数学家、力学家，静力学和流体古希腊数学家、力学家，静力学和流体静力学奠基人静力学奠基人l论浮体论浮体l历史上有记载最早从事流体力学现象研历史上有记载最早从事流体力学现象研究究第28页第第第第1 1 1 1章章章章 绪论绪论绪论绪论过程装备与控制工程教研室过程装备与控制工程教研室29l流体力学西方史流体力学西方史n列奥纳德列奥纳德.达达.芬奇芬奇 （Leonardo.da.Vinci,1452-1519Leonardo.da.Vinci,14

21、52-1519）l著著名名物物理理学学家家和和艺艺术术家家 设设计计建建造造了了一一小小型型水水渠渠，系系统统地地研研究究了了物物体体沉沉浮浮、孔孔口口出出流流、物物体体运运动动阻阻力力以以及及管管道道、明明渠渠中中水水流流等问题。等问题。第29页第第第第1 1 1 1章章章章 绪论绪论绪论绪论过程装备与控制工程教研室过程装备与控制工程教研室30l流体力学西方史流体力学西方史n伽利略（伽利略（Galileo,1564-1642Galileo,1564-1642）l在流体静力学中应用了虚位移原理，在流体静力学中应用了虚位移原理，并首先提出，运动物体阻力伴随流体并首先提出，运动物体阻力伴随流体介质

22、密度增大和速度提升而增大。介质密度增大和速度提升而增大。第30页第第第第1 1 1 1章章章章 绪论绪论绪论绪论过程装备与控制工程教研室过程装备与控制工程教研室31l流体力学西方史流体力学西方史n托里析利（托里析利（E.Torricelli,1608-1647E.Torricelli,1608-1647）l论证了孔口出流基本规律论证了孔口出流基本规律第31页第第第第1 1 1 1章章章章 绪论绪论绪论绪论过程装备与控制工程教研室过程装备与控制工程教研室32l流体力学西方史流体力学西方史n帕斯卡（帕斯卡（B.Pascal,1623-1662B.Pascal,1623-1662）l提出了密闭流体能

23、传递压强原理提出了密闭流体能传递压强原理-帕斯卡原理帕斯卡原理。第32页第第第第1 1 1 1章章章章 绪论绪论绪论绪论过程装备与控制工程教研室过程装备与控制工程教研室33l流体力学西方史流体力学西方史n牛顿（牛顿（1642-17271642-1727）l英国英国伟大数学家、物理学家、天文伟大数学家、物理学家、天文学家和自然哲学家学家和自然哲学家。l流体粘性流体粘性l牛顿内摩擦定律牛顿内摩擦定律第33页第第第第1 1 1 1章章章章 绪论绪论绪论绪论过程装备与控制工程教研室过程装备与控制工程教研室34l流体力学西方史流体力学西方史n伯努利（伯努利（D.BernoulliD.Bernoulli，

24、1700170017821782）l瑞士科学家，曾在俄国彼得堡科学瑞士科学家，曾在俄国彼得堡科学院任教。院任教。l在流体力学、气体动力学、微分方在流体力学、气体动力学、微分方程和概率论等方面都有重大贡献，程和概率论等方面都有重大贡献，是理论流体力学创始人。是理论流体力学创始人。l伯努利方程伯努利方程第34页第第第第1 1 1 1章章章章 绪论绪论绪论绪论过程装备与控制工程教研室过程装备与控制工程教研室35l流体力学西方史流体力学西方史n欧拉（欧拉（L.EulerL.Euler，1707170717831783）l瑞士数学家、力学家、天文学家、物理学瑞士数学家、力学家、天文学家、物理学家，变分法

25、奠基人，复变函数论先驱者，家，变分法奠基人，复变函数论先驱者，理论流体力学创始人。理论流体力学创始人。l连续介质模型连续介质模型l理想流体平衡微分方程理想流体平衡微分方程l理想流体运动微分方程理想流体运动微分方程第35页第第第第1 1 1 1章章章章 绪论绪论绪论绪论过程装备与控制工程教研室过程装备与控制工程教研室36l流体力学西方史流体力学西方史n拉格朗日（拉格朗日（J.-L.Lagrange,1736J.-L.Lagrange,173618131813）l提提出出了了新新流流体体动动力力学学微微分分方方程程，使使流流体体动动力学解析方法有了深入发展。力学解析方法有了深入发展。l严严格格地地

26、论论证证了了速速度度势势存存在在，并并提提出出了了流流函函数数概概念念，为为应应用用复复变变函函数数去去解解析析流流体体定定常常和非定常平面无旋运动开辟了道路。和非定常平面无旋运动开辟了道路。第36页第第第第1 1 1 1章章章章 绪论绪论绪论绪论过程装备与控制工程教研室过程装备与控制工程教研室37l流体力学西方史流体力学西方史n纳维（纳维（C.L.M.H.NavierC.L.M.H.Navier，1785-18361785-1836）斯托克斯（斯托克斯（G.G.Stokes,1819-1903G.G.Stokes,1819-1903）l纳维纳维首先提出了不可压缩粘性流体运动微首先提出了不可压

27、缩粘性流体运动微分方程组。分方程组。斯托克斯斯托克斯严格地导出了这些方严格地导出了这些方程，并把流体质点运动分解为平动、转动、程，并把流体质点运动分解为平动、转动、均匀膨胀或压缩及由剪切所引发变形运动。均匀膨胀或压缩及由剪切所引发变形运动。以后引用时，便统称该方程为以后引用时，便统称该方程为纳维纳维-斯托克斯托克斯方程斯方程。第37页第第第第1 1 1 1章章章章 绪论绪论绪论绪论过程装备与控制工程教研室过程装备与控制工程教研室38l流体力学西方史流体力学西方史n雷诺（雷诺（O.ReynoldsO.Reynolds，1842-19121842-1912）l英国力学家、物理学家和工程师，出英国力

28、学家、物理学家和工程师，出色试验科学家。色试验科学家。l层流与紊流层流与紊流雷诺数雷诺数l雷诺应力雷诺应力第38页第第第第1 1 1 1章章章章 绪论绪论绪论绪论过程装备与控制工程教研室过程装备与控制工程教研室39l流体力学西方史流体力学西方史n卡门卡门(T.von K(T.von K rmrm n n，1881-1963)1881-1963)l美国著名空气动力学家美国著名空气动力学家l卡门涡街卡门涡街l解释机翼张线解释机翼张线 线鸣线鸣、水下螺旋桨、水下螺旋桨 嗡嗡鸣鸣 第39页第第第第1 1 1 1章章章章 绪论绪论绪论绪论过程装备与控制工程教研室过程装备与控制工程教研室40l流体力学西方

29、史流体力学西方史n普朗特（普朗特（L.PrandtlL.Prandtl，1875187519531953）l德国力学家，当代流体力学创始人之德国力学家，当代流体力学创始人之一。一。l边界层理论、风洞试验技术、机翼理边界层理论、风洞试验技术、机翼理论、紊流理论等方面都作出了主要贡论、紊流理论等方面都作出了主要贡献，被称作空气动力学之父。献，被称作空气动力学之父。第40页第第第第1 1 1 1章章章章 绪论绪论绪论绪论过程装备与控制工程教研室过程装备与控制工程教研室41l流体力学西方史流体力学西方史n谢才（谢才（A.de ChA.de Ch zyzy法国）法国）l在在17551755年便总结出明渠

30、均匀流公式年便总结出明渠均匀流公式-谢才公式，一直沿用至今。谢才公式，一直沿用至今。第41页第第第第1 1 1 1章章章章 绪论绪论绪论绪论过程装备与控制工程教研室过程装备与控制工程教研室42l流体力学西方史流体力学西方史n瑞利（瑞利（L.J.W.ReyleighL.J.W.Reyleigh，1842-19191842-1919）l在相同原理基础上，提出了试验研究在相同原理基础上，提出了试验研究量纲分析法中一个方法量纲分析法中一个方法-瑞利法瑞利法。第42页第第第第1 1 1 1章章章章 绪论绪论绪论绪论过程装备与控制工程教研室过程装备与控制工程教研室43l流体力学西方史流体力学西方史n儒科夫

31、斯基（儒科夫斯基（.,1847-1921.,1847-1921）l二二维维升升力力理理论论、螺螺旋旋桨桨涡涡流流理理论论以以及及低速翼型和螺旋桨桨叶剖面等。低速翼型和螺旋桨桨叶剖面等。l对对空空气气动动力力学学理理论论和和试试验验研研究究都都有有主主要要贡贡献献，为为近近代代高高效效能能飞飞机机设设计计奠奠定定了基础。了基础。第43页第第第第1 1 1 1章章章章 绪论绪论绪论绪论过程装备与控制工程教研室过程装备与控制工程教研室44l流体力学西方史流体力学西方史n弗劳德（弗劳德（W.FroudeW.Froude，1810-18791810-1879）l对船舶阻力和摇摆研究颇有贡对船舶阻力和摇摆

32、研究颇有贡献，他提出了船模试验相同准献，他提出了船模试验相同准则数则数弗劳德数弗劳德数，建立了当，建立了当代船模试验技术基础。代船模试验技术基础。第44页第第第第1 1 1 1章章章章 绪论绪论绪论绪论过程装备与控制工程教研室过程装备与控制工程教研室45l流体力学西方史流体力学西方史n亥姆霍兹（亥姆霍兹（H.von Helmholtz,1821-1894H.von Helmholtz,1821-1894）基尔霍夫（基尔霍夫（G.R.Kirchhoff,1824-1887G.R.Kirchhoff,1824-1887）l对对旋涡运动和分离流动旋涡运动和分离流动进行了进行了大量理论分析和试验研究，

33、提大量理论分析和试验研究，提出了表征旋涡基本性质旋涡定出了表征旋涡基本性质旋涡定理、带射流物体绕流阻力等学理、带射流物体绕流阻力等学术成就。术成就。第45页第第第第1 1 1 1章章章章 绪论绪论绪论绪论过程装备与控制工程教研室过程装备与控制工程教研室46l流体力学西方史流体力学西方史l斯蒂文（斯蒂文（S.Stevin,1548-1620）l将用于研究固体平衡凝结原理转用到流体上。将用于研究固体平衡凝结原理转用到流体上。l达朗伯（达朗伯（J.le R.dAlembert,17171783）l1744年提出了达朗伯疑题（又称达朗伯佯谬），即在理想流年提出了达朗伯疑题（又称达朗伯佯谬），即在理想流

34、体中运动物体既没有升力也没有阻力。从反面说明了理想流体中运动物体既没有升力也没有阻力。从反面说明了理想流体假定不足。体假定不足。l库塔（库塔（M.W.Kutta，1867-1944）l19就曾提出过绕流物体上升力理论，但没有在通行刊物上发就曾提出过绕流物体上升力理论，但没有在通行刊物上发表。表。第46页第第第第1 1 1 1章章章章 绪论绪论绪论绪论过程装备与控制工程教研室过程装备与控制工程教研室47l流体力学西方史流体力学西方史l布拉休斯（布拉休斯（H.Blasius）l在在19发表论文中，提出了计算紊流光滑管阻力系数经验公发表论文中，提出了计算紊流光滑管阻力系数经验公式。式。l伯金汉（伯金

35、汉（E.Buckingham）l在在19发表在物理相同系统中量纲方程应用说明论文中，发表在物理相同系统中量纲方程应用说明论文中，提出了著名提出了著名定理，深入完善了量纲分析法。定理，深入完善了量纲分析法。第47页第第第第1 1 1 1章章章章 绪论绪论绪论绪论过程装备与控制工程教研室过程装备与控制工程教研室48l流体力学西方史流体力学西方史n尼古拉兹（尼古拉兹（J.NikuradzeJ.Nikuradze）u在在19331933年发表论文中，公布了他对砂粒粗糙管内水流阻力系数实测结年发表论文中，公布了他对砂粒粗糙管内水流阻力系数实测结果果-尼古拉兹曲线尼古拉兹曲线，据此他还给紊流光滑管和紊流粗

36、糙管理论公式选，据此他还给紊流光滑管和紊流粗糙管理论公式选定了应有系数。定了应有系数。第48页第第第第1 1 1 1章章章章 绪论绪论绪论绪论过程装备与控制工程教研室过程装备与控制工程教研室49l流体力学西方史流体力学西方史n科勒布茹克（科勒布茹克（C.F.ColebrookC.F.Colebrook）u在在19391939年发表论文中，提出了把紊流光滑管区和紊流粗糙管区联络在年发表论文中，提出了把紊流光滑管区和紊流粗糙管区联络在一起一起过渡区阻力系数计算公式过渡区阻力系数计算公式。n莫迪（莫迪（L.F.MoodyL.F.Moody）u在在19441944年发表论文中，给出了他绘制实用管道当量

37、糙粒阻力系数图年发表论文中，给出了他绘制实用管道当量糙粒阻力系数图-莫迪图。至此，有压管流水力计算已渐趋成熟。莫迪图。至此，有压管流水力计算已渐趋成熟。第49页第第第第1 1 1 1章章章章 绪论绪论绪论绪论过程装备与控制工程教研室过程装备与控制工程教研室50l 流体力学已派生出很多新分支流体力学已派生出很多新分支n电磁流体力学电磁流体力学n生物流体力学生物流体力学n化学流体力学化学流体力学n地球流体力学地球流体力学n高温气体动力学高温气体动力学n非牛顿流体力学非牛顿流体力学n爆炸力学爆炸力学n流变学流变学n计算流体力学计算流体力学第50页第第第第1 1 1 1章章章章 绪论绪论绪论绪论过程装

38、备与控制工程教研室过程装备与控制工程教研室511.2 1.2 流体力学研究内容、流体力学研究内容、研究方法和应用研究方法和应用第51页第第第第1 1 1 1章章章章 绪论绪论绪论绪论过程装备与控制工程教研室过程装备与控制工程教研室52l流体力学是研究流体力学是研究流体平衡和宏观运动规律流体平衡和宏观运动规律科学科学n研究流体平衡条件及其压强分布规律研究流体平衡条件及其压强分布规律n研究流体运动基本规律研究流体运动基本规律n研究流体绕流某物体或流过某流道时速度分布、压强研究流体绕流某物体或流过某流道时速度分布、压强分布、能量损失分布、能量损失n研究流体与固体间相互作用研究流体与固体间相互作用第5

39、2页第第第第1 1 1 1章章章章 绪论绪论绪论绪论过程装备与控制工程教研室过程装备与控制工程教研室53l流体力学研究方法流体力学研究方法n理论分析方法理论分析方法n试验研究方法试验研究方法n数值计算方法数值计算方法第53页第第第第1 1 1 1章章章章 绪论绪论绪论绪论过程装备与控制工程教研室过程装备与控制工程教研室54l流体力学研究方法流体力学研究方法理论分析方法理论分析方法n建立理论模型建立理论模型流体力学模型；流体力学模型；n对模型建立描写流体运动规律封闭方程组以及与之对应边界条件对模型建立描写流体运动规律封闭方程组以及与之对应边界条件和初始条件；和初始条件；n求解方程组；求解方程组；

40、n将结果与实际流动相比较，以确定解准确度。将结果与实际流动相比较，以确定解准确度。第54页第第第第1 1 1 1章章章章 绪论绪论绪论绪论过程装备与控制工程教研室过程装备与控制工程教研室55l流体力学研究方法流体力学研究方法理论分析方法理论分析方法n推导严紧，答案准确；推导严紧，答案准确；n只局限于比较简单理论模型；只局限于比较简单理论模型；n忽略流动次要影响原因，需要用试验方法对结果进行修正；忽略流动次要影响原因，需要用试验方法对结果进行修正；n不能处理复杂流体力学问题不能处理复杂流体力学问题。第55页第第第第1 1 1 1章章章章 绪论绪论绪论绪论过程装备与控制工程教研室过程装备与控制工程

41、教研室56l流体力学研究方法流体力学研究方法试验研究方法试验研究方法n依据相同原理建立试验模型；依据相同原理建立试验模型；n经过试验测定相关相同准则中物理量；经过试验测定相关相同准则中物理量；n将试验数据整理成相同准则数，并经过对试验数据拟合找出准则将试验数据整理成相同准则数，并经过对试验数据拟合找出准则方程式。方程式。第56页第第第第1 1 1 1章章章章 绪论绪论绪论绪论过程装备与控制工程教研室过程装备与控制工程教研室57l流体力学研究方法流体力学研究方法试验研究方法试验研究方法n该方法愈加靠近实际，只要试验模型设计合理，测量无误，准则该方法愈加靠近实际，只要试验模型设计合理，测量无误，准

42、则方程拟合精度高，试验结果是可靠；方程拟合精度高，试验结果是可靠；n设计模型时只能使主要相同准则数相等，试验结果只是近似；设计模型时只能使主要相同准则数相等，试验结果只是近似；n有些流体力学问题，无法在试验室内进行研究。有些流体力学问题，无法在试验室内进行研究。第57页第第第第1 1 1 1章章章章 绪论绪论绪论绪论过程装备与控制工程教研室过程装备与控制工程教研室58l流体力学研究方法流体力学研究方法数值计算方法数值计算方法n建立数学模型；建立数学模型；n合理选取计算方法；合理选取计算方法；n编制计算程序；编制计算程序；n上机计算，分析结果，以确定是否满足要求。上机计算，分析结果，以确定是否满

43、足要求。第58页第第第第1 1 1 1章章章章 绪论绪论绪论绪论过程装备与控制工程教研室过程装备与控制工程教研室59l流体力学研究方法流体力学研究方法数值计算方法数值计算方法n能处理许多用数学方法难以求解问题，从一定意义上讲，这种方法能处理许多用数学方法难以求解问题，从一定意义上讲，这种方法是理论分析方法延伸和拓宽；是理论分析方法延伸和拓宽；n在计算机上用数值计算方法能够很好地模拟流体力学试验，节约研在计算机上用数值计算方法能够很好地模拟流体力学试验，节约研究时间和经费；究时间和经费；n数学模型建立必须以理论分析和试验研究为基础，而且往往难以包数学模型建立必须以理论分析和试验研究为基础，而且往

44、往难以包含实际流动全部物理特征。含实际流动全部物理特征。第59页第第第第1 1 1 1章章章章 绪论绪论绪论绪论过程装备与控制工程教研室过程装备与控制工程教研室60l流体力学研究方法流体力学研究方法n理论分析、试验研究和数值计算这三种方法各有利弊，理论分析、试验研究和数值计算这三种方法各有利弊，相辅相成相辅相成u理论指导试验研究和数值计算；理论指导试验研究和数值计算；u试验用来检验理论分析和数值计算结果正确性；试验用来检验理论分析和数值计算结果正确性；u数值计算能够填补理论分析和试验研究不足，对复杂流体力数值计算能够填补理论分析和试验研究不足，对复杂流体力学问题进行既快又省计算分析。学问题进行

45、既快又省计算分析。第60页第第第第1 1 1 1章章章章 绪论绪论绪论绪论过程装备与控制工程教研室过程装备与控制工程教研室61l流体力学在许多工业技术中有着广泛应用流体力学在许多工业技术中有着广泛应用l采矿工业采矿工业l化学工业化学工业l石油工业石油工业l土木建筑工程土木建筑工程l人体循环人体循环l水利工程水利工程l造船工业造船工业l电力工业电力工业l机械工业机械工业l冶金工业冶金工业第61页第第第第1 1 1 1章章章章 绪论绪论绪论绪论过程装备与控制工程教研室过程装备与控制工程教研室62l流体力学在工程中应用流体力学在工程中应用n因为空气动力学发展，人类研制出因为空气动力学发展，人类研制出

46、3 3倍声速战斗机。倍声速战斗机。幻影幻影F-15F-15第62页第第第第1 1 1 1章章章章 绪论绪论绪论绪论过程装备与控制工程教研室过程装备与控制工程教研室63l流体力学在工程中应用流体力学在工程中应用n使重量超出使重量超出3 3百吨，面积达半个足球场大型民航客机，靠空气支托百吨，面积达半个足球场大型民航客机，靠空气支托象鸟一样飞行成为可能，创造了人类技术史上奇迹。象鸟一样飞行成为可能，创造了人类技术史上奇迹。第63页第第第第1 1 1 1章章章章 绪论绪论绪论绪论过程装备与控制工程教研室过程装备与控制工程教研室64l流体力学在工程中应用流体力学在工程中应用n利用超高速气体动力学，物理化

47、学流体力学和稀薄气体力学研究结果，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研究结果，人类制造出航天飞机，建立太空站，实现了人类登月梦想。人类制造出航天飞机，建立太空站，实现了人类登月梦想。第64页第第第第1 1 1 1章章章章 绪论绪论绪论绪论过程装备与控制工程教研室过程装备与控制工程教研室65l流体力学在工程中应用流体力学在工程中应用n单价超出单价超出1010亿美元，能抵抗大风浪海上采油平台亿美元，能抵抗大风浪海上采油平台第65页第第第第1 1 1 1章章章章 绪论绪论绪论绪论过程装备与控制工程教研室过程装备与控制工程教研室66l流体力学在工程中应用流体力学在工程中应用n排水量达

48、排水量达5050万吨以上超大型运输船万吨以上超大型运输船第66页第第第第1 1 1 1章章章章 绪论绪论绪论绪论过程装备与控制工程教研室过程装备与控制工程教研室67l流体力学在工程中应用流体力学在工程中应用n航速达航速达3030节，深潜达数百米核动力潜艇节，深潜达数百米核动力潜艇第67页第第第第1 1 1 1章章章章 绪论绪论绪论绪论过程装备与控制工程教研室过程装备与控制工程教研室68l流体力学在工程中应用流体力学在工程中应用n时速达时速达200200公里新型地效艇等，它们设计都建立在水动力学，船舶公里新型地效艇等，它们设计都建立在水动力学，船舶流体力学基础之上。流体力学基础之上。第68页第第

49、第第1 1 1 1章章章章 绪论绪论绪论绪论过程装备与控制工程教研室过程装备与控制工程教研室69l流体力学在工程中应用流体力学在工程中应用n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，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，为人类提供单机达百万千瓦强大动力。涡喷发动机等动力机械，为人类提供单机达百万千瓦强大动力。第69页第第第第1 1 1 1章章章章 绪论绪论绪论绪论过程装备与控制工程教研室过程装备与控制工程教研室70l流体力学在工程中应用流体力学在工程中应用n大型水利枢纽工程，超高层建筑，大跨度桥梁等设计和建造离不大型水利枢纽

50、工程，超高层建筑，大跨度桥梁等设计和建造离不开水力学和风工程。开水力学和风工程。第70页第第第第1 1 1 1章章章章 绪论绪论绪论绪论过程装备与控制工程教研室过程装备与控制工程教研室71l流体力学在工程中应用流体力学在工程中应用n大型水利枢纽工程，超高层建筑，大跨度桥梁等设计和建造离不大型水利枢纽工程，超高层建筑，大跨度桥梁等设计和建造离不开水力学和风工程。开水力学和风工程。第71页第第第第1 1 1 1章章章章 绪论绪论绪论绪论过程装备与控制工程教研室过程装备与控制工程教研室72l流体力学在工程中应用流体力学在工程中应用n大型水利枢纽工程，超高层建筑，大跨度桥梁等设计和建造离不大型水利枢纽