流体的发展史流体的物理性质流体的描述方法流线迹线

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
海洋石油钻井平台
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。
长江三峡工程
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。
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
黏性
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）
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。
天气预报
毛细血管流动
4.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
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
实验方法了解水流性态 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
F-15
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。
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，建立太空站，实现了人类登 月的梦想。
排水量达50万吨以上的超大型运输船
航速达30节，深潜达数百米的核动力潜艇
流体力学基础
第一章 绪论
❖ §1-1流体力学的发展简史 ❖ §1-2流体的特征和连续介质假设 ❖ §1-3流体的主要物理性质 ❖ §1-4研究流体运动的方法 ❖ §1-5流场的基本概念
§1-1流体力学的任务及发展简史
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
雷诺应力
黏性流体的一 维定常流动
1904年 普朗特
边界层理论
不可压缩流体二 维边界层概述
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"
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。
环境与生态控制
水污染
大气污染
灾害预报与控制
火山与地震预报
龙卷风
★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，在学科交叉 中开拓新领域，建立新理论，创造新方法。
星云
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，在学科交叉 中开拓新领域，建立新理论，创造新方法。
❖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。
（公元前302-235）
李冰
都江堰
钱学森（1911－）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。
1755年
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
N－S方程
纳维尔 斯托克斯
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 ❖ 理论分析与实验研究相结合 ❖ 量纲分析和相似性原理起重要作用
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
能量方程 动量方程
2. 学习目标
掌 握 ——基本概念、基本原理
基本计算方法
明 确 ——公式推导的前提条件、适用范围
各种系数的确定方法 结合实际灵活运用
3. 流体力学的重要性 航空航天航海
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3倍声速的战斗 机。
5. 流体力学研究方法
理论分析方法、实验方法、数值方法相互配合，互为补充 ❖ 理论研究方法
力学模型→物理基本定律→求解数学方程→分析和揭示 本质和规律 ❖ 实验方法 相似理论→模型实验装置 ❖ 数值方法 计算机数值方法是现代分析手段中发展最快的方法之一
Baidu Nhomakorabea 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》。
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