工程流体力学课件第1章

• 液体和气体的共同点：
两者均具有易流动性，故二者统称为流体。
二、流体力学的发展历史
• 古典水动力学（流体力学） • 实验流体力学 • 现代流体力学 同学们了解哪些有关流体力学运用的工程实例?
实际工程1
实际工程2
流体力学运用
卡洛斯的精彩香蕉球
机翼自由涡
流体力学的发展历史
第一阶段（16世纪以前）： 流体力学形成的萌芽阶段 第二阶段（16世纪文艺复兴以后-18世纪中叶）：
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
1586年 1650年 1612年 1686年 1738年 1775年 斯蒂芬——水静力学原理 帕斯卡——“帕斯卡原理” 伽利略——物体沉浮的基本原理 牛顿——牛顿内摩擦定律 伯努利——理想流体的运动方程即伯努利方程 欧拉——理想流体的运动方程即欧拉运动微分 方程
7）
《水力学》于布主编，华南理工大学出版社；
8） 《流体力学、水力学题解》莫乃榕编，华中科 技大学出版社； 9）陈卓如《工程流体力学》第二版 高等教育出版 社2004.1 5.学习网站 1) http://www.fluid.net.cn
2) http://www.chinawater.net.cn
经典流体力学的奠基人，1755年
发表《流体运动的一般原理》，提 出了流体的连续介质模型，建立了 连续性微分方程和理想流体的运动 微分方程，给出了不可压缩理想流
体运动的一般解析方法。他提出了
研究流体运动的两种不同方法及速 度势的概念，并论证了速度势应当 满足的运动条件和方程。
流体力学的西方史 达朗伯（J.le R.d‘Alembert,1717－1783） 1744年提出了达朗伯疑题（又称达朗伯佯谬）， 即在理想流体中运动的物体既没有升力也没有阻力。 从反面说明了理想流体假定的局限性。 拉格朗日（J.-L.Lagrange,1736 －1813） 提出了新的流体动力学微 分方程，使流体动力学的解析 方法有了进一步发展。严格地 论证了速度势的存在，并提出 了流函数的概念，为应用复变 函数去解析流体定常的和非定 常的平面无旋运动开辟了道路。
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、伯努 利（实验）
•
工程技术快速发展，提出很多经验公式
1769年 1895年 1732年 1797年 谢才——谢才公式（计算流速、流量） 曼宁——曼宁公式（计算谢才系数） 比托——比托管（测流速） 文丘里——文丘里管（测流量）
•
理论
列奥纳德.达.芬奇 （Leonardo.da.Vinci,1452－1519） 著名物理学家和艺术家 设计建造了一 小型水渠，系统地研究了物体的沉浮、孔 口出流、物体的运动阻力以及管道、明渠 中水流等问题。
斯蒂文（S.Stevin,1548-1620）将用于研究固体平衡 的凝结原理转用到流体上。 伽利略（Galileo,1564-1642） 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。 托里析利（E.Torricelli,1608-1647）论证了孔口出流 的基本规律。
应用流体力学的概念及发展历史 一、物质的三态
在地球上，物质存在的主要形式有：固体、液体和气体。
• 流体和固体的区别： 从力学分析的意义上看，在于它们对外力抵抗的能力不同。
固体
流体
• 液体和气体的区别：
1. 气体易于压缩，而液体难于压缩； 2. 液体有一定的体积，气体能充满任意形状的容器， 无一定的形状。
流体力学在中国 水利风力机械 在古代，以水为动力的简单机械也有了长足的发展， 例如用水轮提水，或通过简单的机械传动去碾米、磨 面等。东汉杜诗任南阳太守时（公元37年）曾创造水 排（水力鼓风机），利用水力，通过传动机械，使皮 制鼓风囊连续开合，将空气送入冶金炉，较西欧约早 了一千一百年。
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》。
流体力学的西方史 阿基米德（Archimedes，公元 前287－212） 欧美诸国历史上有记载的 最早从事流体力学现象研究的 是古希腊学者阿基米德在公元 前250年发表学术论文《论浮 体》，第一个阐明了相对密度 的概念，发现了物体在流体中 所受浮力的基本原理──阿基 米德原理。
流体力学的西方史
流体力学的西方史
帕斯卡（B.Pascal,1623-1662） 提出了密闭流体能传递压强的原理 --帕斯卡原理。 牛 顿 英国伟大的数学家、物理学家、天 文学家和自然哲学家。1642年12月25日生 于英格兰林肯郡格兰瑟姆附近的沃尔索普村， 1727年3月20日在伦敦病逝。牛顿在科学上最 卓越的贡献是微积分和经典力学的创建。牛顿 的成就，恩格斯在《英国状况十八世纪》中概 括得最为完整：“牛顿由于发明了万有引力定律 而创立了科学的天文学，由于进行了光的分解 而创立了科学的光学，由于创立了二项式定理 和无限理论而创立了科学的数学，由于认识了 力的本性而创立了科学的力学"。
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。
流体力学在中国 钱学森 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。
《工程流体力学》
Engineering fluid mechanics 主讲：华中农业大学工学院 肖新棉
《工程流体力学》课件 Engineering fluid mechanics 制作者 肖新棉 工学院
电子信箱：xiaoxinmian@mail.hzau.edu.cn
适用专业：机械制造、农业机械化和机电专业 授课对象： 本科生 选用教材 :《流体力学泵与风机》（第五版）
流体力学在中国
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Baidu Nhomakorabea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。
3) http://www.watertech.net.cn
4) http://www.simwe.com
5) http://www.ansys.com.cn/cae/cfd.php
工程流体力学课程的学习要求
通过本课程的学习
1.掌握流体力学的基本理论，基本原理； 2.能运用流体力学的基本理论解决工程实际中的问题； 3.掌握流体力学的基本计算技巧，熟练运用“三大方程” 进 行实际工程的计算和设计； 4.了解水泵(风机)的类型、性能及结构特点； 5.掌握水泵(风机)各种性能参数(流量、扬程、功率)的计算； 6.能根据工程的设计要求进行水泵(风机)选型、安装和调节。
3.实验报告和作业一起算平时成绩，占总评的20% ；
工程流体力学课件
Engineering fluid mechanics 制作者 肖新棉 工学院
第一章 绪论 第二章 流体静力学 第三章 一元流体动力学基础
第四章 流动阻力和能量损失
第五章 孔口管嘴管路流动
第六章 离心泵与风机的理论基础
第七章 离心泵与风机的性能
（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
流体力学的发展简史
流体力学在中国 大禹治水 4000多年前的大禹治水，说明我国古代已有大规模的 治河工程。 (公元前256~210年) 秦代，在公元前256-前210年间便修建了都江堰、 郑国渠、灵渠三大水利工程，说明当时对明槽水流和 堰流流动规律的认识已经达到相当水平。 龙首渠（公元前156-前87） 西汉武帝时期，为引洛水灌溉农田，在黄土高原上修 建了龙首渠，创造性地采用了井渠法，即用竖井沟通 长十余里的穿山隧洞，有效地防止了黄土的塌方。
本课程有一定的习题，希望同学按要求完成
1.作业根据要求抄题、画图、写出计算公式，具体计算步 骤和结果； 2.作业须按时交，课程结束时没完成作业者，不能参加考试； 3.作业的成绩占总评成绩的20% ；
本课程有实验，希望同学按要求完成
1.按照规定的时间、地点进行上好实验课； 2.课前须预习实验指导书，实验后按规定的时间交实验报告；
流体力学成为一门独立学科的基础阶段
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、伯努利
第四阶段（19世纪末以来）：
流体力学飞跃发展
第一阶段（16世纪以前）：流体力学形成的萌芽阶段
• 公元前2286年－公元前2278年 大禹治水——疏壅导滞（洪水归于河） • 公元前300多年 李冰 都江堰 • 公元584年－公元610年 隋朝 南北大运河、船闸应用 埃及、巴比伦、罗马、希腊、印度等地水利、造 船、航海产业发展 • 系统研究 古希腊哲学家阿基米德《论浮体》 （公元前250年）奠定了流体静力学的基础
4.参考书 1)《工程流体力学》袁恩熙主编 石油工业出版社； 2)
《工程流体力学》山东工学院,东北电力学院合编，
水利电力出版社；
3)
4) 5)
《工程流体力学》徐文鹃编
《工程流体力学》潘文全编 《工程流体力学》詹德心编
哈尔滨工程大学出版社；
清华大学出版社； 湖北科学技术出版社；
6）《流体力学》张也影主编，高等教育出版社；
蔡增基主编 中国建筑工业出版社 2009.11
工程流体力学课程的学习安排
1.内容简介
从课程名称来讲《工程流体力学》，即流体力学在实际 工程中的运用，其内容包括两部分：流体力学基础、流体机 械（泵与风机）。
2.学时安排
本课程共32学时，讲课26学时，实验6学时，(3次实验)；
3.课程的相关联系
先修课：高等数学——物理——理论力学——材料力学； 工程流体力学（专业基础课） 后续课：专业课程（液压传动）。
1823年纳维，1845年斯托克斯分别提出粘性流体运 动方程组（N-S方程）
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 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
流体力学的西方史 伯努利（D.Bernoulli， 1700－1782）瑞士科学家 在1738年出版的名著 《流体动力学》中，建立 了流体位势能、压强势能 和动能之间的能量转换关 系──伯努利方程。在此 历史阶段，诸学者的工作 奠定了流体静力学的基础， 促进了流体动力学的发展。
流体力学的西方史 欧 拉（L.Euler，1707－1783）
流体力学的西方史 弗劳德（W.Froude，1810-1879）对船舶阻力和摇摆 的研究颇有贡献，他提出了船模试验的相似准则数-弗劳德数，建立了现代船模试验技术的基础。 亥姆霍兹（H.von Helmholtz,1821-1894）和基尔霍 夫（G.R.Kirchhoff,1824-1887）对旋涡运动和分离流 动进行了大量的理论分析和实验研究，提出了表征旋 涡基本性质的旋涡定理、带射流的物体绕流阻力等学 术成就。