工程流体力学绪论..

绪 论

采油工程：油气渗透、抽油机、注水驱油、振荡解堵、原油集输， 油-水-气分离、清洗炮眼等
绪 论

储运工程：管道及泵功率的设计、船舶运输等
绪 论

炼油工程：设备流程设计、设备清洗
绪 论
三流体力学在其他领域中的应用

医疗（高压水射流手术刀、人工心脏）、食品加工、飞机制造、 跑道清洗、除尘、水利工程等


1717年~1783年：达朗贝尔（d’Alembert）提出流体 连续性方程。在《动力学》一书中提出了达朗贝尔 原理，把动力学问题转化为静力学问题处理。 （§2） 1707年~1783年：欧拉（Euler）建立了理想不可 压缩流体运动的微分方程（欧拉方程）。（§3） 1785年~1863年：纳维尔（Navier）将欧拉流体运动 方程加以推广，加入粘性项，导出了粘性流体运动 方程。 （§4） 1819年~1903年：斯托克斯（Stokes）从不同的出 发点也导出了粘性流体运动方程。 （§4） 绪 论
课 程 结 构
（ 石 油 资 源 系 ）
第二章 流 体 静 力 学
第三章 流体运动学与动力学 流体运动规律及流固作用 第四章 流动阻力和水头损失 工程应用-压力管路水力计算
第五章 压力管路的水头计算
绪 论


流体的基本分类： 按流体的压缩性可分为：可压缩流体和不可压缩流体 按流体的变形特点可分为：牛顿流体和非牛顿流体 从学科上看，属于这一范畴的有理论流体力学、水力学、工程流 体力学。
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第二阶段：理论阶段
17世纪～19世纪一些水力原理论著出现，标志着流 体力学的发展进入了理论阶段。

1643年：托里拆利提出孔口泄流定理。 1650年：巴斯加提出压强传递定律。（§2）


1686年：牛顿（Newton）提出液流内摩擦定理。 （§1） 1700年~1783年：伯努利（Daniel Bernoulli）提 出无粘流动流速和压强的关系式，即Bernoulli 能量方程。 （§3） 绪 论




1820年~1872年：兰金（Rankine）发展了源汇理论。 1821年~1894年：亥姆霍兹（Helmholtz）提出速度势，建立了 旋涡运动和间断运动理论。 1824年~1887年：客希霍夫继续研究间断运动及阻力。 1842年~1912年：雷诺（O.Reynolds）通过小直 径圆管中的粘性流体流动试验提出层、紊流流 态理论。 （§4）


第三阶段 20世纪初至中叶，流体力学理论、实验全面展开，航空航天迅速 发展，湍流理论、稳定性理论逐渐完善。
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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
绪 论
ms思考：高尔夫球表面光滑还是粗糙？
起初，人们认为表面光滑的球飞行阻力小。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20世纪建立流体力学边界 层理论后才解开。
绪 论
ms思考：高尔夫球表面光滑还是粗糙？
球在运动过程中，将有气流边界层形成并自分离点发生分离。经 分析得出：表面有凹坑的小球的分离点滞后，这在很大程度上减 小了小球阻力。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。 绪 论
理论流体力学
侧重于用数学 分析方法进行 理论探讨
水力学
侧重于用物理分 析和实验方法进 行实用计算
工程流体力学
从实用角度，对工程中涉 及的问题建立相应的理论 基础，并进行计算 绪 论
二、流体力学的发展简况

第一阶段：经验阶段 17世纪前，主要是人们在与大自然斗争中的经验总结。例如，四 川都江堰工程，隋代大运河，汉代张衡发明的水力浑天仪，古代 铜壶滴漏计时等。
一、工程流体力学的研究对象

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流体力学与其他力学课程的研究对象、内容、范围比较
分类 一般力学 课程 理论力学 材料力学 固体力学 研究对象 刚体 弹性杆件 研究内容和范围 刚体的静、动力学 杆件在拉、压、剪、弯、扭状态 下的应力、位移分析
弹性力学
塑性力学
弹性体
塑性体 杆系结构 流体
复杂构件结构的应力、位移分析
的研究与教学并取得出色成果。

第四阶段
多学科互相渗透：工业流体力学、实验流体力学、地球流体
力学、非牛顿流体力学、生物流体力学、多相流体力学、物理— 化学流体力学、渗流力学等，都已形成相对独立的学科。
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三、流体力学在石油工业中的地位和作用

钻井工程：洗井液、钻头水力学、泵、射流及喷射钻井、钻井浮 船及平台设计等



1847年~1921年：茹可夫斯基（Joukowski）是实验和理论空气 动力学的创始人，提出了著名的环量升力定理。 1868年~1945年：兰彻斯特（Lanchester）研究了升力原因的 环量概念。 绪 论


1875年~1953年：普朗特（Prandtl）在1904年提出 边界层理论，从而使粘性流体和无粘性流体的概念 协调起来。 1881年~1963年：冯·卡门（Von Karman），超声 速时代之父，师从普朗特教授。提出卡门涡街理 论、边界层控制理论以及超声速相似律等。是我国 著名学者钱学森教授的导师。
思考：船舶航行中的船吸现象的原理是什么？
建于公元前256年，是战国时 期秦国蜀郡太守李冰及其子率 众修建的一座大型水利工程。 都江堰不仅是中国古代水利工 程技术的伟大奇迹，也是世界 水利工程的璀璨明珠。最伟大 之处是建堰2260多年来经久 不衰，而且发挥着愈来愈大的 效益。工程主要有鱼嘴分水堤、 飞沙堰溢洪道、宝瓶口进水口 三大部分，科学地解决了江水 自动分流、自动排沙、控制进 水流量等问题，消除了水患， 使川西平原成为“水旱从人” 的“天府之国”。 都江堰工程
结构的塑性分析 杆系结构的内力和位移 流体的位移、速度、应力等
工程力学 流体力学
结构力学 流体力学
绪 论
一、工程流体力学的研究对象

流体力学是研究流体的平衡和运动的规律、流体与固体相互作用 的力学规律、以及这些规律在实际工程中的应用的一门科学。
第一章 流体及其物理性质 流体平衡和运动的内因 流 体 平 衡 规 律