流体力学的研究进展

流体力学的研究进展

环境工程01班张东元 20106370 摘要：

利用流体力学研究解决不同方面和不同角度的问题，主要是构建数学模型，利用数学模型预测的结果进行分析研究实际情况，从而解决实际问题。

关键词：流体、数学模型、数值模拟、预测

简介：

流体力学是力学的一个分支，它研究流体静止和运动的力学规律，及其在工程技术中的应用。流体力学的研究进展，就是其相关方面的研究的前沿动态。

正文：

流体力学中研究得最多的流体是水和空气。它的主要基础是牛顿运动定律和质量守恒定律，常常还要用到热力学知识，有时还用到宏观电动力学的基本定律、本构方程和物理学、化学的基础知识。

目前来说，流体力学在供热通风和燃气工程中应用的非常广泛。热的供应，空气的调节，燃气的输配，排毒排湿，除尘降温等等，都是一流体作为工作介质，通过流体的各种物理作用，对流体的流动有效地加以组织来实现的。除了上述的两个方面，在地质考察，环境监测，气象观测及海洋评估等多个领域中流体力学都有或多或少的涉猎。下面本文就针对其中几个方面来做个概述。

在环境流体力学方面而言，其本身建立之初，主要是为了研究污染问题，所涉及的尺度小、范围窄，不能在宏观上、整体上把握环境要素的变化规律。近年来，随着流体力学的发展与突破，环境流体力学逐渐趋向于研究多尺度、多科学的综合问题。

在河流水体方面，主要研究水利学中的环境问题，比如像05年的松花江苯类物质污染事件，其中的污染主体是100吨左右的苯类污染物，而根据流体力学的知识，黑龙江省水文局的工程师判断出了污染水团留出哈尔滨市区范围及中国范围的时间，并以此为后续处理工作的计划做了时间上的预算。这里面就涉及了一个叫水质数学模型的概念，是水体中污染物随时间和空间迁移转化规律的描述，表示一个定量关系。从文献中可知，GIS（地理信息系统）对构造这一模型起了十分重要的作用，这也是流体力学中科技的运用。

在大气环境中，流体力学一般研究居住环境的空气质量问题。随着计算机资源的迅速改善，用现代计算流体力学方法数值模拟大气环境效果显著。对于不同的尺度范围，研究对象的物理条件不同，数值模拟方法也随之不同。在城市尺度和居民小区尺度大气环境中，采用大涡数值模拟方法等方法。数值计算的边界条件是实现数值预测城市大气环境的关键，其中包括高空边界条件、计算域侧面的边界条件和下垫面边界条件。在预测中，选择合理的模型就能获得较为接近真实值的预测结果。这种数值模拟能得到所测地的风速风向、颗粒物大小及污染物浓度等方面的预测值，而不需要实地地观测考察，只需要单纯的模拟计算就行了。这样一来，不仅仅是单纯的居住环境的大气研

究，我们甚至可以以此对某些危险系数大的险地甚至是未探测星球上的大气环境进行模拟计算和研究，降低了风险系数和减少了资金的投入。

在航天工业中，也能见到流体力学的身影。实际物体中，封闭空间和半封闭空间占绝大多数，比如说汽车、飞机、载人航天飞行器等都属于封闭空间，房间、城市建筑等都属于半封闭空间。其中就存在了一个通风问题。通风问题分自然通风和强制通风两大类，在太空舱内，依靠强制通风控制气体的热对流程度，对于热控制和气体净化有重要作用。在数值模拟过程中，计算太空舱内的大气湍流流动，以及强制通风系统对舱内大气流速造成的周期性变化。舱内通风系统的风扇的使用，使通风管道内产生压差，使舱内大气和通风管道内气流变速，形成大气流动的波动现象。我们可以仍采用数值模型模拟风扇的工作情况，数值模拟的结果得到了舱内大气流速的分布。

能源，一直是个核心领域，在这个领域中，常涉及的流体不仅仅只有单纯的单相，所以将这里的流体力学称为多相流体力学。例如，在核电站、火力发电站中的各种沸腾管、各式气液混合器、气液分离器、各种热交换设备、精馏塔、化学反应设备、各式冷凝器及蒸发器等都广泛存在气液两相流体的流动和传热现象。以核电方面的气液两相流体为例，核电站中，蒸汽发生器的蒸发管所受到的加热热负荷要比锅炉中的高几倍乃至几十倍。为了避免蒸发管等换热面烧损及传热恶化等问题，许多国家建立了一系列功率为兆瓦级的试验台。经过了大量的实验及研究分析后，得出了一系列相应的计算式。气液两相流

已发展到了一个崭新的阶段。

总结：

我们可以看出，流体力学其实已经和我们的生活息息相关，已如春雨润物细无声般地渗透到人类活动的各个方面。通过从不同的专业及领域中的流体力学的运用，我们得知，因为流体现象的发生往往不能控制并且发生条件的不可重复性，解决流体力学的问题时并不能进行现场试验。因此，建立实验室，在经过理论分析实际情况后并利用数学模型的手段构建模型进行数值模拟，预测结果再结合实际解决问题就成了流体力学的重要研究方法，这也是我们所需要学习的方向。参考文献：

【1】龙天渝、蔡增基.流体力学. 中国建筑工业出版社

【2】朱立明、柯葵.流体力学 .同济大学出版社

【3】赵倩倩、牟新利、张丽等.环境流体力学研究进展.内蒙古石油化工

【4】林宗虎.多相流体力学及其工程应用

【5】百度百科.流体力学