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1、 流体力学的研究内容流体力学的研究内容 流体力学的发展历史流体力学的发展历史 流体力学的研究方法流体力学的研究方法 流体力学的应用流体力学的应用绪论绪论 流体通常是指流体通常是指易于流动易于流动的物质的物质，包括液体和气体包括液体和气体。物质的存在形态包括物质的存在形态包括固态固态、液态液态和和气态气态。流动流动变形变形什么是流体？什么是流体？空气空气蒸汽蒸汽水水燃气燃气 流体与固体的变形有何差异流体与固体的变形有何差异？固体弹性变形固体弹性变形流体持续变形流体持续变形 在作用力下在作用力下有限程度有限程度变形变形 变形量变形量与作用力成正比与作用力成正比 遵循遵循胡克定律胡克定律 在作用力下
2、会在作用力下会持续持续变形变形 变形变形与作用力的关系与作用力的关系？遵循遵循什么定律什么定律？流体与固体的显著区别流体与固体的显著区别 流体力学是研究流体的流体力学是研究流体的平衡平衡与与运动规律运动规律的一门学科。的一门学科。流体力学可分为：流体力学可分为：理论理论流体力学和流体力学和应用应用流体力学。流体力学。应用流体力学的主要内容包括：应用流体力学的主要内容包括：流体力学的研究内容流体力学的研究内容基本方程基本方程流体与固体相互作用力流体与固体相互作用力能量转化与阻力损失能量转化与阻力损失参数的分布与变化参数的分布与变化 流体力学的研究内容流体力学的研究内容 流体力学的发展历史流体力学
3、的发展历史 流体力学的研究方法流体力学的研究方法 流体力学的应用流体力学的应用绪论绪论经验阶段经验阶段起源阶段起源阶段创立阶段创立阶段近现代阶段近现代阶段当代阶段当代阶段15世纪世纪18世纪世纪20世纪世纪21世纪世纪经验阶段经验阶段起源阶段起源阶段创立阶段创立阶段近现代阶段近现代阶段当代阶段当代阶段水利工程水利工程灌溉机械灌溉机械计时计时造船造船浮力定律浮力定律经验阶段经验阶段起源阶段起源阶段创立阶段创立阶段近现代阶段近现代阶段当代阶段当代阶段秦朝秦朝都江堰都江堰水利工程水利工程决江遏水，灌数郡田决江遏水，灌数郡田水利工程水利工程灌溉机械灌溉机械计时计时造船造船浮力定律浮力定律经验阶段经验阶
4、段起源阶段起源阶段创立阶段创立阶段近现代阶段近现代阶段当代阶段当代阶段水利工程水利工程灌溉机械灌溉机械计时计时造船造船浮力定律浮力定律古罗马古罗马引水渠引水渠满足了整个罗马城供水需求满足了整个罗马城供水需求经验阶段经验阶段起源阶段起源阶段创立阶段创立阶段近现代阶段近现代阶段当代阶段当代阶段水利工程水利工程灌溉机械灌溉机械计时计时造船造船浮力定律浮力定律西汉西汉龙骨水车龙骨水车龙骨车鸣水入塘，雨来犹可望丰穰龙骨车鸣水入塘，雨来犹可望丰穰经验阶段经验阶段起源阶段起源阶段创立阶段创立阶段近现代阶段近现代阶段当代阶段当代阶段灌溉机械灌溉机械计时计时造船造船浮力定律浮力定律唐代唐代高筒转车高筒转车水能利
5、物，轮乃曲成水能利物，轮乃曲成经验阶段经验阶段起源阶段起源阶段创立阶段创立阶段近现代阶段近现代阶段当代阶段当代阶段灌溉机械灌溉机械计时计时造船造船浮力定律浮力定律元代元代铜壶滴漏铜壶滴漏利用小孔出流的原理计量时间利用小孔出流的原理计量时间经验阶段经验阶段起源阶段起源阶段创立阶段创立阶段近现代阶段近现代阶段当代阶段当代阶段灌溉机械灌溉机械计时计时造船造船浮力定律浮力定律广口瓶水钟广口瓶水钟公元十二世纪公元十二世纪 阿拉伯阿拉伯经验阶段经验阶段起源阶段起源阶段创立阶段创立阶段近现代阶段近现代阶段当代阶段当代阶段灌溉机械灌溉机械计时计时造船造船浮力定律浮力定律南北朝时期祖冲之造千里船南北朝时期祖冲之
6、造千里船不因风水，施机自运，不劳人力不因风水，施机自运，不劳人力经验阶段经验阶段起源阶段起源阶段创立阶段创立阶段近现代阶段近现代阶段当代阶段当代阶段灌溉机械灌溉机械计时计时造船造船浮力定律浮力定律卡拉维尔船卡拉维尔船十五世纪十五世纪 葡萄牙葡萄牙经验阶段经验阶段起源阶段起源阶段创立阶段创立阶段近现代阶段近现代阶段当代阶段当代阶段灌溉机械灌溉机械计时计时造船造船浮力定律浮力定律阿基米德阿基米德（287212 B.C.）哲学家、科学家哲学家、科学家阿基米德原理阿基米德原理物体在静止流体中所受浮力物体在静止流体中所受浮力=FgV浮液排孔口出流孔口出流基本原理基本原理经验阶段经验阶段起源阶段起源阶段创
7、立阶段创立阶段近现代阶段近现代阶段当代阶段当代阶段帕斯卡帕斯卡定律定律牛顿内摩牛顿内摩擦定律擦定律伯努利伯努利原理原理欧拉欧拉方程方程纳维纳维-斯托斯托克斯方程克斯方程雷诺雷诺实验实验普朗特边普朗特边界层理论界层理论卡门卡门涡街涡街164316431653165316861686172617261755175518271827188318831904190419111911孔口出流孔口出流基本原理基本原理起源阶段起源阶段创立阶段创立阶段近现代阶段近现代阶段当代阶段当代阶段帕斯卡帕斯卡定律定律牛顿内摩牛顿内摩擦定律擦定律伯努利伯努利原理原理欧拉欧拉方程方程纳维纳维-斯托斯托克斯方程克斯方程雷诺雷
8、诺实验实验普朗特边普朗特边界层理论界层理论卡门卡门涡街涡街164316431653165316861686172617261755175518271827188318831904190419111911经验阶段经验阶段孔口出流孔口出流基本原理基本原理起源阶段起源阶段创立阶段创立阶段近现代阶段近现代阶段当代阶段当代阶段帕斯卡帕斯卡定律定律牛顿内摩牛顿内摩擦定律擦定律伯努利伯努利原理原理欧拉欧拉方程方程纳维纳维-斯托斯托克斯方程克斯方程雷诺雷诺实验实验普朗特边普朗特边界层理论界层理论卡门卡门涡街涡街16431643165316531686168617261726175517551827182718
9、8318831904190419111911托里拆利托里拆利（16081647）物理学家、数学家物理学家、数学家经验阶段经验阶段vhh孔口出流孔口出流基本原理基本原理起源阶段起源阶段创立阶段创立阶段近现代阶段近现代阶段当代阶段当代阶段帕斯卡帕斯卡定律定律牛顿内摩牛顿内摩擦定律擦定律伯努利伯努利原理原理欧拉欧拉方程方程纳维纳维-斯托斯托克斯方程克斯方程雷诺雷诺实验实验普朗特边普朗特边界层理论界层理论卡门卡门涡街涡街卡门卡门-钱学钱学森公式森公式16431643165316531686168617261726175517551827182718831883190419041911191119391
10、939帕斯卡帕斯卡（16231662）物理学家、数学家物理学家、数学家经验阶段经验阶段孔口出流孔口出流基本原理基本原理起源阶段起源阶段创立阶段创立阶段近现代阶段近现代阶段当代阶段当代阶段帕斯卡帕斯卡定理定理牛顿内摩牛顿内摩擦定律擦定律伯努利伯努利原理原理欧拉欧拉方程方程纳维纳维-斯托斯托克斯方程克斯方程雷诺雷诺实验实验普朗特边普朗特边界层理论界层理论卡门卡门涡街涡街164316431653165316861686172617261755175518271827188318831904190419111911牛顿牛顿（164316431727 1727）物理学家、数学家物理学家、数学家经验阶段经
11、验阶段ddfuTAy=卡门卡门-钱学钱学森公式森公式19391939伯努利伯努利原理原理孔口出流孔口出流基本原理基本原理起源阶段起源阶段创立阶段创立阶段近现代阶段近现代阶段当代阶段当代阶段帕斯卡帕斯卡定理定理牛顿内摩牛顿内摩擦定律擦定律欧拉欧拉方程方程纳维纳维-斯托斯托克斯方程克斯方程雷诺雷诺实验实验普朗特边普朗特边界层理论界层理论卡门卡门涡街涡街164316431653165316861686172617261755175518271827188318831904190419111911经验阶段经验阶段伯努利伯努利欧拉欧拉无黏流动无黏流动纳维纳维斯托克斯斯托克斯雷诺雷诺有黏流动有黏流动卡门卡
12、门-钱学钱学森公式森公式19391939伯努利伯努利原理原理孔口出流孔口出流基本原理基本原理起源阶段起源阶段创立阶段创立阶段近现代阶段近现代阶段当代阶段当代阶段帕斯卡帕斯卡定理定理牛顿内摩牛顿内摩擦定律擦定律欧拉欧拉方程方程纳维纳维-斯托斯托克斯方程克斯方程雷诺雷诺实验实验普朗特边普朗特边界层理论界层理论卡门卡门涡街涡街164316431653165316861686172617261755175518271827188318831904190419111911经验阶段经验阶段伯努利伯努利（1700170017821782）数学家、物理学家数学家、物理学家22pvhCgg+=比压能比压能 比动
13、能比动能 比位能比位能v2v1p1p2卡门卡门-钱学钱学森公式森公式19391939伯努利伯努利原理原理孔口出流孔口出流基本原理基本原理起源阶段起源阶段创立阶段创立阶段近现代阶段近现代阶段当代阶段当代阶段帕斯卡帕斯卡定理定理牛顿内摩牛顿内摩擦定律擦定律欧拉欧拉方程方程纳维纳维-斯托斯托克斯方程克斯方程雷诺雷诺实验实验普朗特边普朗特边界层理论界层理论卡门卡门涡街涡街164316431653165316861686172617261755175518271827188318831904190419111911经验阶段经验阶段欧拉欧拉（17071783）数学家、物理学家数学家、物理学家()1pt+=
14、uuu f全加速度全加速度 质量力质量力 压力梯度压力梯度比密度比密度卡门卡门-钱学钱学森公式森公式19391939起源阶段起源阶段创立阶段创立阶段近现代阶段近现代阶段当代阶段当代阶段纳维纳维-斯托斯托克斯方程克斯方程雷诺雷诺实验实验普朗特边普朗特边界层理论界层理论卡门卡门涡街涡街16431643172617261755175518271827188318831904190419111911经验阶段经验阶段斯托克斯斯托克斯（18191903）纳维纳维（17851836）()21pt+=+uuu fu欧拉运动方程欧拉运动方程考虑黏考虑黏性效应性效应卡门卡门-钱学钱学森公式森公式19391939起
15、源阶段起源阶段创立阶段创立阶段近现代阶段近现代阶段当代阶段当代阶段纳维纳维-斯托斯托克斯方程克斯方程雷诺雷诺实验实验普朗特边普朗特边界层理论界层理论卡门卡门涡街涡街16431643172617261755175518271827188318831904190419111911经验阶段经验阶段雷诺雷诺（18421912）工程师工程师层流层流湍流湍流卡门卡门-钱学钱学森公式森公式19391939起源阶段起源阶段创立阶段创立阶段近现代阶段近现代阶段当代阶段当代阶段纳维纳维-斯托斯托克斯方程克斯方程雷诺雷诺实验实验普朗特边普朗特边界层理论界层理论卡门卡门涡街涡街16431643172617261755
16、175518271827188318831904190419111911经验阶段经验阶段师徒三代合影师徒三代合影（左起：普朗特、钱学森、冯（左起：普朗特、钱学森、冯卡门）卡门）卡门卡门-钱学钱学森公式森公式19391939起源阶段起源阶段创立阶段创立阶段近现代阶段近现代阶段当代阶段当代阶段纳维纳维-斯托斯托克斯方程克斯方程雷诺雷诺实验实验普朗特边普朗特边界层理论界层理论卡门卡门涡街涡街16431643172617261755175518271827188318831904190419111911经验阶段经验阶段普朗特普朗特（18751953）力学家力学家卡门卡门-钱学钱学森公式森公式19391
17、939起源阶段起源阶段创立阶段创立阶段近现代阶段近现代阶段当代阶段当代阶段纳维纳维-斯托斯托克斯方程克斯方程雷诺雷诺实验实验普朗特边普朗特边界层理论界层理论卡门卡门涡街涡街16431643172617261755175518271827188318831904190419111911经验阶段经验阶段冯冯卡门卡门（18811963）科学家科学家卡门涡街卡门涡街塔科马吊桥塔科马吊桥卡门卡门-钱学钱学森公式森公式19391939起源阶段起源阶段创立阶段创立阶段近现代阶段近现代阶段当代阶段当代阶段纳维纳维-斯托斯托克斯方程克斯方程雷诺雷诺实验实验普朗特边普朗特边界层理论界层理论卡门卡门涡街涡街1643
18、1643172617261755175518271827188318831904190419111911经验阶段经验阶段钱学森钱学森（19112009）科学家科学家卡门卡门-钱学钱学森公式森公式19391939()1 2211dd1vvMavv=起源阶段起源阶段创立阶段创立阶段近现代阶段近现代阶段当代阶段当代阶段经验阶段经验阶段起源阶段起源阶段创立阶段创立阶段近现代阶段近现代阶段当代阶段当代阶段经验阶段经验阶段起源阶段起源阶段创立阶段创立阶段近现代阶段近现代阶段当代阶段当代阶段经验阶段经验阶段起源阶段起源阶段创立阶段创立阶段近现代阶段近现代阶段当代阶段当代阶段经验阶段经验阶段起源阶段起源阶段创
19、立阶段创立阶段近现代阶段近现代阶段当代阶段当代阶段经验阶段经验阶段起源阶段起源阶段创立阶段创立阶段近现代阶段近现代阶段当代阶段当代阶段经验阶段经验阶段起源阶段起源阶段创立阶段创立阶段近现代阶段近现代阶段当代阶段当代阶段经验阶段经验阶段 流体力学的研究内容流体力学的研究内容 流体力学的发展历史流体力学的发展历史 流体力学的研究方法流体力学的研究方法 流体力学的应用流体力学的应用绪论绪论流体力学研究方法概述流体力学研究方法概述理论分析理论分析实验研究实验研究数值计算数值计算采用采用数学工具数学工具，通过求解流体运动通过求解流体运动基本方程基本方程，获得获得精确解精确解或或近似解近似解，进而分析流动
20、参进而分析流动参数变化规律的方法数变化规律的方法。流体力学研究方法概述流体力学研究方法概述基于基于模型实验模型实验和和相似原理相似原理，对实际流动问题进行测试和分析的方法对实际流动问题进行测试和分析的方法。利用数值方法利用数值方法求解流体控制方程求解流体控制方程，得到其得到其近似解近似解，进而对流动问题进行分析的方法进而对流动问题进行分析的方法。理论分析理论分析实验研究实验研究数值计算数值计算1515世纪世纪1818世纪世纪2020世纪世纪2121世纪世纪理论分析理论分析实验研究实验研究数值计算数值计算雷诺实验雷诺实验18831883孔口出流孔口出流16431643N N-S S方程方程182
21、71827浮力定律浮力定律公元前三世纪公元前三世纪计算机问世计算机问世19461946卡门涡街卡门涡街实验实验+理论理论19111911航空器研发航空器研发理论理论+实验实验+数值数值流体力学研究方法发展历程流体力学研究方法发展历程研究研究方法方法主主 要要 优优 点点主主 要要 不不 足足理论理论分析分析成本低、周期短成本低、周期短仅限于简单问题仅限于简单问题流体力学三种研究方法对比流体力学三种研究方法对比研究研究方法方法主主 要要 优优 点点主主 要要 不不 足足理论理论分析分析成本低、周期短成本低、周期短仅限于简单问题仅限于简单问题实验实验研究研究真实、准确、可靠真实、准确、可靠成本高、
22、周期长成本高、周期长某些情况实验难以某些情况实验难以进行或无法实现进行或无法实现流体力学三种研究方法对比流体力学三种研究方法对比研究研究方法方法主主 要要 优优 点点主主 要要 不不 足足理论理论分析分析成本低、周期短成本低、周期短仅限于简单问题仅限于简单问题实验实验研究研究真实、准确、可靠真实、准确、可靠成本高、周期长成本高、周期长某些情况实验难以某些情况实验难以进行或无法实现进行或无法实现数值数值计算计算成本低、周期短成本低、周期短代替危险实验或不代替危险实验或不可能进行的实验可能进行的实验可靠性取决于物理可靠性取决于物理模型、控制方程、模型、控制方程、边界条件以及计算边界条件以及计算参数
23、等的准确性参数等的准确性流体力学三种研究方法对比流体力学三种研究方法对比流体力学研究方法综合应用流体力学研究方法综合应用国产国产C919C919大飞机大飞机 理论分析理论分析、实验研究和数值计算各有所长实验研究和数值计算各有所长，把这三种研究方法有机结合起来把这三种研究方法有机结合起来，优优势互补势互补、相得益彰相得益彰，是当前解决复杂工程流动问题的通用方法是当前解决复杂工程流动问题的通用方法。理论分析理论分析风风洞洞实实验验数数值值仿仿真真优化优化验证验证 流体力学的研究内容流体力学的研究内容 流体力学的发展历史流体力学的发展历史 流体力学的研究方法流体力学的研究方法 流体力学的应用流体力学
24、的应用绪论绪论流体力学的应用流体力学的应用油气油气储运储运国防国防军工军工生态生态环境环境能源能源动力动力交通交通运输运输机械机械工程工程土木土木工程工程油气油气储运储运能源能源动力动力交通交通运输运输生态生态环境环境国防国防军工军工土木土木工程工程机械机械工程工程油气油气储运储运如何设计储罐实现油气如何设计储罐实现油气安全储存安全储存？流体静力学流体静力学能源能源动力动力交通交通运输运输生态生态环境环境国防国防军工军工土木土木工程工程机械机械工程工程如何设计输油管线实现如何设计输油管线实现节能经济节能经济输送？输送？流体动力学流体动力学能源能源动力动力交通交通运输运输生态生态环境环境国防国防
25、军工军工土木土木工程工程机械机械工程工程油气油气储运储运交通交通运输运输轿车为何一般采用轿车为何一般采用流线型流线型设计？设计？空气动力学空气动力学油气油气储运储运能源能源动力动力生态生态环境环境国防国防军工军工土木土木工程工程机械机械工程工程交通交通运输运输和谐号高铁车头为何采用和谐号高铁车头为何采用子弹头子弹头？空气动力学空气动力学油气油气储运储运能源能源动力动力生态生态环境环境国防国防军工军工土木土木工程工程机械机械工程工程交通交通运输运输生活用水供给及污水排放如何实现？生活用水供给及污水排放如何实现？流体动力学流体动力学油气油气储运储运能源能源动力动力交通交通运输运输生态生态环境环境国
26、防国防军工军工机械机械工程工程土木土木工程工程室内通风系统如何设计？室内通风系统如何设计？空气动力学空气动力学油气油气储运储运能源能源动力动力交通交通运输运输生态生态环境环境国防国防军工军工机械机械工程工程土木土木工程工程雾霾形成、迁移与治理雾霾形成、迁移与治理多相流体力学多相流体力学生态生态环境环境油气油气储运储运能源能源动力动力交通交通运输运输国防国防军工军工土木土木工程工程机械机械工程工程“海绵城市”“海绵城市”如何实现雨水自由迁移？如何实现雨水自由迁移？环境水力学环境水力学生态生态环境环境油气油气储运储运能源能源动力动力交通交通运输运输国防国防军工军工土木土木工程工程机械机械工程工程生
27、态生态环境环境液压传动技术中机械能如何传递？液压传动技术中机械能如何传递？流体静力学流体静力学油气油气储运储运能源能源动力动力交通交通运输运输国防国防军工军工土木土木工程工程机械机械工程工程生态生态环境环境油膜润滑技术中油膜如何形成？油膜润滑技术中油膜如何形成？流体动力学流体动力学油气油气储运储运能源能源动力动力交通交通运输运输国防国防军工军工土木土木工程工程生态生态环境环境机械机械工程工程能源能源动力动力三峡大坝矗立江中如何确保三峡大坝矗立江中如何确保固若金汤固若金汤？流体静力学流体静力学油气油气储运储运交通交通运输运输生态生态环境环境国防国防军工军工土木土木工程工程机械机械工程工程水电站中
28、如何将水电站中如何将水能转化电能水能转化电能？油气油气储运储运交通交通运输运输生态生态环境环境国防国防军工军工土木土木工程工程机械机械工程工程能源能源动力动力油气油气储运储运交通交通运输运输生态生态环境环境国防国防军工军工土木土木工程工程机械机械工程工程水动力学水动力学水电站中如何将水电站中如何将水能转化电能水能转化电能？能源能源动力动力东风东风41战略导弹如何实现全球“战略导弹如何实现全球“使命必达使命必达”？空气动力学空气动力学油气油气储运储运能源能源动力动力交通交通运输运输生态生态环境环境土木土木工程工程机械机械工程工程国防国防军工军工国防国防军工军工航母如何在复杂海洋环境中平稳高速航行？航母如何在复杂海洋环境中平稳高速航行？船舶流体力学船舶流体力学油气油气储运储运能源能源动力动力交通交通运输运输生态生态环境环境土木土木工程工程机械机械工程工程国防国防军工军工