工程流体力学1-2.pdfVIP

1 1 11 第 章 绪论 1.1 1.1 11..11流体力学的范畴和发展简史 流体（液体和气体）力学（fluidmechanics)是研究流体所遵循的 基本运动规律以及流体和周围物体之间的相互作用的科学，是一门宏 观力学。流体力学作为宏观力学的一个重要分支，与固体力学一样同 属于连续介质力学的范畴，它利用物理学的基本原理研究流体运动的 规律。流体力学既具有基础学科的性质，又具有鲜明的技术学科的特 点，它在现代科学技术中起着越来越重要的作用。无论在航空、航天、 航海，还是在机械、建筑、化工、气象、海洋、生物工程和民用工程 等各个领域都会涉及流体力学科学。特别是在流体机械中的应用更为 广泛，例如航空发动机、火箭发动机、燃气轮机、风机和压缩机等都 离不开流体力学科学。飞行器在大气中的运动、船舶在海洋中的运动 等也都与流体力学息息相关。因此，流体力学已经涉及到工程的各个 领域，它是一门基础性很强和工程应用性很广的学科。它的研究对象 随着生产的需要和科学的发展在不断的更新、深化和扩展。 从学科上看，属于流体力学这一范畴的有理论流体力学、工程流 体力学、水力学。其中，理论流体力学侧重于用数学分析方法进行理 论探讨；工程流体力学则是从实用的角度，对工程中涉及的问题利用 理论基础，建立相应的模型，并进行计算；水力学是用物理分析和实 验方法进行实用计算。 人类为了生存，自古以来一直持续不断地与自然界进行着不懈的 斗争。流体力学同其他自然科学一样，是在长期的生实践和科学研究 中逐渐被人们认识和总结，发展成自然科学的一个重要分支。人们最 早对于有关流体知识的认识是从治水、灌溉、航行等方面开始的。 流体力学的发展可分为四个阶段： 第一阶段——经验阶段： 十七世纪前，主要是人们与大自然斗争中的经验总结。在我国， 人们对流体的认识可以追溯到四千多年前的大禹治水。在秦代，李冰 父子设计建造的四川都江堰工程，说明我们的祖先当时对明槽水流流 动规律的认识已经达到了相当高的水平。在西方最早从事流体力学现 250 象研究的是希腊哲学家阿基米德，他在公元前 年写成的《论浮体》 一书中提出了流体静力学的基本定律，这是人类历史上最早的水力学 著作。也正是从这时起，流体力学才开始发展成为一门独立的学科。 第二阶段——理论阶段： ~ 十七世纪 十九世纪一些水利原理论著的相继出现，标志着流体 力学的发展进入了理论阶段。欧洲文艺复兴时期开始，西方涌现出了 一大批学者，他们对流体力学理论的形成做出了重要贡献，但是我国 在科学技术方面当时已经逐渐落后了。在阿基米德的《论浮体》一书 提出以后，在相当长一段历史时期中，都没有记载关于流体力学发展 的有关资料。直到奥纳德·达·芬奇比较系统地研究了沉浮问题、孔 口出流、流体在管路和水渠中的流动问题，从而为水利工程和流体力 学问题的研究开辟了一个新的时代。达·芬奇以后，流体力学得到了 飞速的发展。 公元1686年：牛顿提出液体流动内摩擦定律； 1700 1783 D.Bernoulli dAlembert 公元 — 年：相继提出 定律、 方程和 Euler理想流体运动方程； 1785 1863 Navier 公元 — 年： 粘性流体运动方程； 1820 1894 Rankine Helmholtz 公元 — 年： 发展了汇源理论、 提出速度 势，建立了漩涡运动和间断运动理论； 1842 1912 O.Reynolds 公元 — 年： 提出层流和紊流理论；