第一章-流体力学绪论教学文案
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（2）在市政工程中的应用 桥涵孔径设计；大跨度桥 梁的抗风问题；城市排水、管网计算、泵站和水塔的 设计、取水工程、输水配水工程、水处理等。
（3）在城市防洪工程中的应用 河道的过流能力、 防洪闸堤的过流能力、堤坝的作用力和渗流问题等。
（4）在建筑环境和设备工程中的应用 供热、通 风、空调设计和设备选用等。
海洋石油钻井平台
用多相流动理论设计制造的大型气轮机、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。
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的理论知识。
长江三峡工程
流体力学在土木工程中的应用：
（1）在建筑工程中的应用 解决风对高层建筑物的荷 载作用、建筑物外墙的风压、建筑物在强风作用下的 摆动等结构安全性问题，即风振问题；基坑排水、地 下水渗透、水下和地下建筑物的受力分析；围堰修建； 海洋平台在水中的受力和抵抗外界扰动的稳定性等。
理想流体平衡 微分方程
流体静力学
欧拉：瑞士数学家、力学 家、天文学家、物理学家， 变分法的奠基人，复变函 数论的先驱者，理论流体 力学的创始人。
理想流体运动 微分方程
流体动力学基础
纳维尔
斯托克斯
N－S方程
黏性流体运动微分方程 流体动力学基础
第四阶段（19世纪末以来）流体力学飞跃发展
• 理论分析与试验研究相结合 • 量纲分析和相似性原理起重要作用
（5）水利水电工程中的应用 水利水电工程对流体 力学的要求更广、更深，需要水力学课程的知识， 才能满足工程设计的需要。
1.1.2 流体力学发展史
第一阶段（16世纪以前）：流体力学形成的萌芽阶段
公元前250年
论浮体
流体力学第一部著作
阿基米德：古希腊数学家、力学 家，静力学和流体静力学的奠基 人
流体静力学
能量方程 动量方程
2、流体力学研究方法
理论研究方法（较严密的数学推理） 力学模型→物理基本定律→求解数学方程→分析和揭示流 体运动的本质和规律。
实验方法 相似理论→建立物理模型→模型实验→揭示流体的规律。
数值模拟方法（计算机现代分析手段） 建立数学物理方程→数值计算→求解方程，得到模拟区域 内任意时刻任意位置力和运动要素的值。
第一章-流体力学绪论
1、 航空航天航海 由于空气动力学的发展，使飞机能够飞上蓝天。
人类研制出3倍音速的战斗机。
使重量超过3百吨，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，创造了人 类技术史上的奇迹。
Baidu Nhomakorabea
排水量达50万吨以上的超大型运输船
2、能源动力交通 单价超过10亿美元，能抵御大风浪的海上采油平台
周培源（ 1902－1993)。 1902年8月28日出生，江苏宜兴人。理
论学家、流体力学家主要从事物理学的基 础理论中难度最大的两个方面即爱因斯坦 广义相对论引力论和流体力学中的湍流理 论的研究与教学并取得出色成果。
吴仲华（Wu Zhonghua）在1952年发表的《在 轴流式、径流式和混流式亚声速和超声速叶 轮机械中的三元流普遍理论》和在1975年发 表的《使用非正交曲线坐标的叶轮机械三元 流动的基本方程及其解法》两篇论文中所建 立的叶轮机械三元流理论，至今仍是国内外 许多优良叶轮机械设计计算的主要依据。
1.1.3 流体力学的任务
流体力学是力学的一个分支。研究流体的平 衡和运动规律，以及这些规律在工程中的应用。
研究对象： 液体和气体。本课程主要介绍液体。
1、研究内容
平衡规律
绝对静止 相对静止
流体静力学 压力分布 压力计算
流动规律
流体运动
流体运动学 微团运动
势流运动
流体动力学
流、固体相互作用
力与流动关系
1883年 雷诺——雷诺实验（判断流态） 1903年 普朗特——边界层概念（绕流运动） 1933-1934年 尼古拉兹——尼古拉兹实验（确定阻 力系数） …… 流体力学与相关的邻近学科相互渗透，形成很多新分支和 交叉学科。
1883年
雷诺：英国力学家、物理学家和 工程师。杰出的实验科学家。
层流、紊流
第二阶段（16世纪文艺复兴以后-18世纪中叶）流体力学成 为一门独立学科的基础阶段
实验方法了解水流形态 沉浮、孔口出流、物体的运动阻力以及管 道、明渠中水流等问题
水力学
1612年
潜体的沉浮原理
在流体静力学中应用了虚位移原理，并 首先提出，运动物体的阻力随着流体介 质密度的增大和速度的提高而增大。
雷诺应力
黏性流体的一维定常 流动
1904年
普朗特
德国力学家。现代流体力学的创始 人之一。边界层理论、风洞实验技 术、机翼理论、紊流理论等方面都 作出了重要的贡献，被称作空气动 力学之父。
1912年
卡门涡街
卡 门：美国著名 空气动力学家
解释机翼张线的"线鸣 "、水下螺旋桨的"嗡 鸣"
流体力学在中国
真州船闸 北宋（960-1126）时期，在运河上修建的真州船闸与十四世纪 末荷兰的同类船闸相比，约早三百多年。 潘季顺
明朝的水利家潘季顺（1521-1595）提出了“筑堤防溢，建 坝减水，以堤束水，以水攻沙”和“借清刷黄”的治黄原则， 并著有《两河管见》、《两河经略》和《河防一揽》。 流量
清朝雍正年间，何梦瑶在《算迪》一书中提出流量等于过 水断面面积乘以断面平均流速的计算方法。
伽利略
流体静力学
1643年
托里切利
1650年
帕斯卡
孔口泄流公式 液体中压力传递定律
1686年
《自然哲学的数学原理》
流体黏性
牛顿内摩擦定律
牛顿：英国伟大的数学 家、物理学家、天文学 家和自然哲学家。
第三阶段（18世纪中叶-19世纪末）流体力学沿着两个方向 发展——欧拉（理论）、伯努利（实验） 1755年
（公元前302-235）
都江堰
李冰
钱学森，浙江省杭州市人， 他在火箭、 导弹、航天器的总体、动力、制导、气 动力、结构、材料、计算机、质量控制 和科技管理等领域的丰富知识，为中国 火箭导弹和航天事业的创建与发展作出 了杰出的贡献。1957年获中国科学院自 然科学一等奖，1979年获美国加州理工 学院杰出校友奖，1985年获国家科技进 步奖特等奖。1989年获小罗克维尔奖章 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“国家杰出贡 献科学家”荣誉称号和一级英模奖章。
（3）在城市防洪工程中的应用 河道的过流能力、 防洪闸堤的过流能力、堤坝的作用力和渗流问题等。
（4）在建筑环境和设备工程中的应用 供热、通 风、空调设计和设备选用等。
海洋石油钻井平台
用多相流动理论设计制造的大型气轮机、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。
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的理论知识。
长江三峡工程
流体力学在土木工程中的应用：
（1）在建筑工程中的应用 解决风对高层建筑物的荷 载作用、建筑物外墙的风压、建筑物在强风作用下的 摆动等结构安全性问题，即风振问题；基坑排水、地 下水渗透、水下和地下建筑物的受力分析；围堰修建； 海洋平台在水中的受力和抵抗外界扰动的稳定性等。
理想流体平衡 微分方程
流体静力学
欧拉：瑞士数学家、力学 家、天文学家、物理学家， 变分法的奠基人，复变函 数论的先驱者，理论流体 力学的创始人。
理想流体运动 微分方程
流体动力学基础
纳维尔
斯托克斯
N－S方程
黏性流体运动微分方程 流体动力学基础
第四阶段（19世纪末以来）流体力学飞跃发展
• 理论分析与试验研究相结合 • 量纲分析和相似性原理起重要作用
（5）水利水电工程中的应用 水利水电工程对流体 力学的要求更广、更深，需要水力学课程的知识， 才能满足工程设计的需要。
1.1.2 流体力学发展史
第一阶段（16世纪以前）：流体力学形成的萌芽阶段
公元前250年
论浮体
流体力学第一部著作
阿基米德：古希腊数学家、力学 家，静力学和流体静力学的奠基 人
流体静力学
能量方程 动量方程
2、流体力学研究方法
理论研究方法（较严密的数学推理） 力学模型→物理基本定律→求解数学方程→分析和揭示流 体运动的本质和规律。
实验方法 相似理论→建立物理模型→模型实验→揭示流体的规律。
数值模拟方法（计算机现代分析手段） 建立数学物理方程→数值计算→求解方程，得到模拟区域 内任意时刻任意位置力和运动要素的值。
第一章-流体力学绪论
1、 航空航天航海 由于空气动力学的发展，使飞机能够飞上蓝天。
人类研制出3倍音速的战斗机。
使重量超过3百吨，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，创造了人 类技术史上的奇迹。
Baidu Nhomakorabea
排水量达50万吨以上的超大型运输船
2、能源动力交通 单价超过10亿美元，能抵御大风浪的海上采油平台
周培源（ 1902－1993)。 1902年8月28日出生，江苏宜兴人。理
论学家、流体力学家主要从事物理学的基 础理论中难度最大的两个方面即爱因斯坦 广义相对论引力论和流体力学中的湍流理 论的研究与教学并取得出色成果。
吴仲华（Wu Zhonghua）在1952年发表的《在 轴流式、径流式和混流式亚声速和超声速叶 轮机械中的三元流普遍理论》和在1975年发 表的《使用非正交曲线坐标的叶轮机械三元 流动的基本方程及其解法》两篇论文中所建 立的叶轮机械三元流理论，至今仍是国内外 许多优良叶轮机械设计计算的主要依据。
1.1.3 流体力学的任务
流体力学是力学的一个分支。研究流体的平 衡和运动规律，以及这些规律在工程中的应用。
研究对象： 液体和气体。本课程主要介绍液体。
1、研究内容
平衡规律
绝对静止 相对静止
流体静力学 压力分布 压力计算
流动规律
流体运动
流体运动学 微团运动
势流运动
流体动力学
流、固体相互作用
力与流动关系
1883年 雷诺——雷诺实验（判断流态） 1903年 普朗特——边界层概念（绕流运动） 1933-1934年 尼古拉兹——尼古拉兹实验（确定阻 力系数） …… 流体力学与相关的邻近学科相互渗透，形成很多新分支和 交叉学科。
1883年
雷诺：英国力学家、物理学家和 工程师。杰出的实验科学家。
层流、紊流
第二阶段（16世纪文艺复兴以后-18世纪中叶）流体力学成 为一门独立学科的基础阶段
实验方法了解水流形态 沉浮、孔口出流、物体的运动阻力以及管 道、明渠中水流等问题
水力学
1612年
潜体的沉浮原理
在流体静力学中应用了虚位移原理，并 首先提出，运动物体的阻力随着流体介 质密度的增大和速度的提高而增大。
雷诺应力
黏性流体的一维定常 流动
1904年
普朗特
德国力学家。现代流体力学的创始 人之一。边界层理论、风洞实验技 术、机翼理论、紊流理论等方面都 作出了重要的贡献，被称作空气动 力学之父。
1912年
卡门涡街
卡 门：美国著名 空气动力学家
解释机翼张线的"线鸣 "、水下螺旋桨的"嗡 鸣"
流体力学在中国
真州船闸 北宋（960-1126）时期，在运河上修建的真州船闸与十四世纪 末荷兰的同类船闸相比，约早三百多年。 潘季顺
明朝的水利家潘季顺（1521-1595）提出了“筑堤防溢，建 坝减水，以堤束水，以水攻沙”和“借清刷黄”的治黄原则， 并著有《两河管见》、《两河经略》和《河防一揽》。 流量
清朝雍正年间，何梦瑶在《算迪》一书中提出流量等于过 水断面面积乘以断面平均流速的计算方法。
伽利略
流体静力学
1643年
托里切利
1650年
帕斯卡
孔口泄流公式 液体中压力传递定律
1686年
《自然哲学的数学原理》
流体黏性
牛顿内摩擦定律
牛顿：英国伟大的数学 家、物理学家、天文学 家和自然哲学家。
第三阶段（18世纪中叶-19世纪末）流体力学沿着两个方向 发展——欧拉（理论）、伯努利（实验） 1755年
（公元前302-235）
都江堰
李冰
钱学森，浙江省杭州市人， 他在火箭、 导弹、航天器的总体、动力、制导、气 动力、结构、材料、计算机、质量控制 和科技管理等领域的丰富知识，为中国 火箭导弹和航天事业的创建与发展作出 了杰出的贡献。1957年获中国科学院自 然科学一等奖，1979年获美国加州理工 学院杰出校友奖，1985年获国家科技进 步奖特等奖。1989年获小罗克维尔奖章 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“国家杰出贡 献科学家”荣誉称号和一级英模奖章。