流体力学

流体力学的背景及其发展姓名：王灿学号：106030123摘要：这篇文章主要描述流体力学的背景及其发展。

从欧洲工业革命以后，资本经济的良性运作带动了自然科学的发展，在众多的自然科学起得耀眼成绩之下，流体力学也得到了空前的发展。

许多科学家在流体的研究中起得的重大成果，并推动流体力学的发展。

比如比较有代表性的科学家有：伽利略，帕斯卡，伯努利等伟大的科学家。

他们关于流体力学的众多科学研究成果，关系到与流体有关的产业良好的发展。

有了他们，才有了今天的航空工业水利工程，电力工业，石油工业等产业的发展，这些都离不开流体力学。

尤其是航空航天事业的发展。

流体力的背景从大约十四世纪左右，我们伟大的科学家们就开始了对流体的研究，并起得了许多重要的成就：伽利略的虚位移原理，并首先提出，运动物体的阻力随着流体介质的密度的增大和速度的提高而增大；帕斯卡提出密闭容器能传递压强原理；伯努利出版《流体的力学》，在书中提出流体位势能，压强势能和动能之间的转换关系著名的伯努利方程；等众多的科学家都提出了很多理论原理，为流体力学的发展做出了巨大的贡献。

流体的定义：流体：在任何微小切力的作用下都能够发生联系性变形的物质叫做流体。

通常所说的能流动的物质叫流体。

液体，气体统称流体。

液体，气体都有有利于流动的共同特征，但是也有不同的特征。

气体分子与液体分子的大小并没有明显的差异，但是气体分子间的距离是液体分子间距离的1000倍左右，所以气体容易压缩，分子能高度地自由运动，而液体且不能像气体那样自由的运动，但是还是能在相比气体分子小的空间里自由运动，气体流动性比液体的好。

在工业生产中，根据流体的不同特性选择不同的流体加以应用。

流体的特征：当流体在受力的时候，将会产生联系性变形，即是流动的特征，这与固体是不同的。

流体力学研究的内容及其方法流体力学是研究流体平衡和宏观运动规律的科学，它的平衡条件及压强分布的规律，流云的基本规律，流体扰流物体或者通过通道似的速度分布，压强分布，能量损失，流体与固体之间的相互作用。

流体力学的研究方法：理论分析法，实验研究法，数值计算法。

人类在认识自然规律的时候，总是有简单到复杂，由浅入深，需要具体的实验去验证，也要有理论指导。

对于流体力学，他不仅是一门新兴的学科，而且我认为这是一门经验性比强的学科，需要建立在大量统计分析的基础上的。

定理只适用于一定的范围。

任何定理都是这样的，因为我们所在的世界是相对的。

（一）帕斯卡定理密闭容器内的液体能够向各个方向传递压强。

（二）伯努利定理经过大量的实验和理论分析，伯努利总结得出，动能+重力势能+压力势能=常数，有如下关系：ρ=流体的密度，v=流动速度，p=流体所受的压强，h=流体处于的高度(从某参考点计)，g=地心加速度(地球)。

在日常生活中发现，一个流体系统，比如气流、水流中，流速越快，流体产生的压力就越小，这些相关的类似情况都可以用这个方程来解释。

这个方程实质上是机械能守恒定律的另一形式。

（三）伽利略理论伽利略的虚位移原理，并首先提出，运动物体的阻力随着流体介质的密度的增大和速度的提高而增大；这也是一个重要的发现，在流体力学中有着重要的应用。

还有许多关于流体力学方面的理论在这里不作介绍了，感兴趣的读者可以自己去了解更多关于流体力学方面的相关知识，来充实自己。

流体力学作为新的学科具有新的内涵和应用，他将为我们的日常生活和科学发展带果。

流体力学的理论完善在之后的发展中相继诞生了：牛顿的流体内摩擦定理；欧拉的《流体运动的一般原理》，提出了流体联系介质的模型，建立了联系性微分方程和理想流体的运动微分方程。

同时提出速度势的概念，并论证速度势应该满足的运动条件和方程，还是涡轮机的奠基人；雷诺实验证实了粘性流体的两种流动状态层流和紊流的客观存在，找到了实验研究粘性流体运动规律的相似准则数雷诺数，以及判别层流和紊流的零界雷诺数，为流动阻力的研究打下坚实的基础。

卡门提出计算紊流粗糙管阻力系数的理论公式，之后在紊流边界层理论，超声速空气动力学，火箭和喷气技术等方面有着重要贡献；继卡门之后，我国杰出科学家钱学森提出了平板可压缩层流边界层的解法，他在空气动力学，航空工程，喷气推进，工程控制论等技术科学领域做出很大的贡献。

新中国成立后，他冲破了种种难关，返回中国，为我国的火箭，导弹，航天事业的创建和发展做出了巨大贡献。

20世纪以来，这一全新的科学体系，目前包括：（普通）流体力学，粘性流体力学，流变学，气体动力学，稀薄流体力学，水动力学，渗流力学，非牛顿流体力学，多相流体力学，磁流体力学，化学流体力学，生物流体力学，地球流体力学，计算流体力学等科学。

流体力学的工业应用流体力学在很多工业生产中有着重要的应用。

水利工程建设，造船工业的发展是同水静力学的建立和水动力学的发展密切相关的。

航空工业中各种飞机和飞行器的设计都要依据空气动力学和气体动力学。

在电力工业中，不论是水电站还是火电站，核电站，地热电站，他们的工作介质都是流体，所有的动力设备的设计都要符合流体的运动规律。

机械工业中的润滑剂，冷却剂，液压制动，气体运输，采矿工业中的矿井通风，矿产品的水利输出，在石油工业中的油气自喷问题，油水渗流，抽吸和运输问题，在土木工程中的给水排水，供热通风，空气调节，燃气供应，在人体中的循环系统是流体系统，这些众多的工业技术都要依靠流体力学的发展，他们才能起得相应的发展。

当代高度重视流体力学的发展与应用。

培养了很多从事热能与动力工程的，其中包括热能工程，动力机械，热力发电机，能源工程，制冷与低温技术，工程热物理，核工程与和技术专业设计制造运行管理，实验研究等方面的工程技术人才。

一热能过程中热电厂为例，来描述其工作过程及其原理。

流体力学与能量转化在电厂里煤是怎么转变为电能的：首先，煤粉随着空气经喷燃器产生的涡流和扰动充分汇合，喷入锅炉的燃烧室，燃烧超高温燃气。

燃气的热量加热水冷凝管中的水，蒸发成水蒸气，经气化水分离器将少量地水出去后进入过热器，在加热成过热蒸汽，至此，煤燃烧的化学能转换成过热蒸汽的热能。

过热蒸汽在汽轮叶栅流道中膨胀加速成高速蒸汽流，以推动汽轮机旋转，输出机械能，整齐的热能转换成汽轮机旋转的机械能。

汽轮机带动发电机，发出交流电，机械能转变成电能。

可见，在煤的化学能转变成电能的过程中流体是其中的重要工作介质。

接下来讲一下，流体力学在内燃机中的应用。

柴油机中的柴油是怎么转化为机械能的。

随着活塞的运动下行，空气经过滤清器被徐入气缸，直至完全进气的过程，随着或是赛的上行，气缸内的气体被压缩，压强增大，温度升高，直至完全压缩过程。

通常在接近死点的时候，柴油经喷嘴喷入气缸，和扰动压缩空气充分混合，完成雾化。

当温度到达自然温度时，瞬时爆燃，并迅速波及全部混合气体，燃烧成高温高压的燃气，柴油的化学能转换成燃气的内能。

高温高压的燃气推动活塞下行通过联干机构转化为旋转动能，输出机械能，直至完成膨胀过程，燃气的热能转化为机械能。

在整个过程中流体起着很重要的作用。

流体力学的发展应用（一）飞机的问世在古代，人们就有了一个梦想，这个梦想就是，飞向深蓝的天空。

曾今不知道多少人为之奋斗过。

茫茫宇宙一直以其特有的魅力吸引着人类的注意力。

由于科技水平的局限，古代的人们只能将飞天的梦想变成美丽的神话和传说。

如今，随着现代科技的发展，人类的梦想即将成真飞机的问世源于伯努利的伟大定理及其他相关的流体理论，他们建立起了理论系统，才有了事件的依据，才能发明并研制出今天的飞机。

流体力学发展迅速，成为今天的重要学科，尤其在航空航天事业的发展方面有着突出的发展前景。

它在不段地向前发展中，展示了其生命活力与应用价值。

在航空航天方面的发展中：气体动力学，空气动力学，伯努利定理起了决定性作用。

飞机的问世影响了发展中的一代又一代。

在飞机的发明方面，美国的莱特兄弟作出了杰出的贡献，他们是飞机的鼻祖。

莱特兄弟为飞机的发明开了先河。

早期是根据滑翔机的模型改变而来的，结构比较简单，是单台发动机的，但是单台发动机在飞行中发生了很多问题故障。

于是莱特兄弟就开始研究开发双台发动机的系统，在当时这是一个重要的进步，把飞机的结构渐渐的完善并向前发展。

再后来，坐舱仪表和领航设备的研制起得了进步，并且陀螺技术也用到了飞行仪表上，这对于飞机飞行确定位置和飞行高度有着重要的作用。

随后人们进行模拟飞行实验，把计算机系统，模拟驾驶舱，运动系统，伏在操作系统和实景系统安装在上，进行有意义的实验。

以上模拟实验的各种装置都是现代航空科研，教学，实验所不可缺少的设备。

之后，又研究了活塞式驱动飞机，喷气式飞机，螺旋桨飞机，实用性直升机。

随着科学技术的发展，飞机得到不断改进和发展，至今已成为一种重要的运输工具。

他现在已经成为现当代不可缺少的工具了。

他大大的缩短连点之间的航程，深刻的影响着人们的生活。

现在错综复杂的空中航线，把世界联系在一起，从此险峻的高山，一望无际的大海不会再让人们望而生畏，把不同地区的不同种族，不同肤色的人们，联系在一起。

通过不断的交流，人们播种友谊，传达信息，达到相互沟通相互交流的水平，相互理解相互促进，共同推进世界文明进程。

飞机在战争中的作用不言而知，是现代战争的标志。

广阔无垠的宇宙，曾带给我们无尽的遐想……航天技术的飞速发展，让我们逐渐可以触摸到心中的期盼（二）火箭导弹火箭导弹这一名称是在近代才开始进入人类的语言里面的，因为他是现代战争的产物，只有在现代高技术战争中才能出现的。

然而火箭的前身却是在中国，在中国古代战争中，用过以火箭类似的原理，制造了一些古代武器，在战争中发挥了重要作用。

后来这种简单的原理流入西方，在西方科学家们地认真思考研究下，他们完成了综合性较强的，系统的理论建设，最终形成一套完整的理论，指导西方国家对近代先进武器的研发，因此他们不仅向中国学习，而且把中国的东西加以改造，形成新的东西，并掌握先进的技术。

很多高科技的技术，最开始于一个国家的战略国防需要。

军队建设是过去现在未来一个国家高度重视的问题。

首先为国防的需要进行高科技研发，应用于国防和战争中。

当军需得到满足时，他就可以拓展到民用生产，高科技是先进的生产力，他可以为社会，为一个国家的经济发展带来契机。

并因此扩展波及到其他领域。

现代化的火箭，是一种自带燃烧剂和氧化剂，不依靠空气中的氧气而能在大气中及外层空间运行的飞行器，它依靠向后喷射高压气体的反作用力而推进----火箭是以热气流高速向后喷出，利用产生的反作用力向前运动的喷气推进装置。

它自身携带燃烧剂与氧化剂，不依赖空气中的氧助燃，既可在大气中，又可在外层空间飞行。

火箭是目前唯一能使物体达到宇宙速度，克服或摆脱地球引力，进入宇宙空间的运载工具。

火箭有很多种类，其中最常见的是航天运载火箭，用于应在武器和卫星。

其结构由动力系统，控制系统，结构系统组成。