流体力学(刘鹤年)第一章.pptVIP

* 河南城建学院 武晓刚 流体力学 海洋 水利 航空航天 交通运输 环境 气象 石油化工 机械冶金 生物 空气和水是地球上广泛存在的物质，所以与流体运动关联的力学问题是很普遍的。流体力学在许多学科和工程领域有着广泛的应用，对水利水电建筑工程专业来讲，其重要性不言而喻。 与流体力学相关的工程领域和学科 * 河南城建学院 武晓刚 排球 足球 网球 游泳 赛艇 铁饼 高尔夫球 赛跑 赛车 标枪 乒乓球 羽毛球 大部分竞技体育项 目与流体力学有关 * 河南城建学院 武晓刚 ?你想知道高尔夫球飞得远应表面光滑还是粗糙吗？ ?你想知道汽车阻力来至前部还是尾部吗？ ?你想知道机翼升力来至下部还是上部吗？ ?你想知道同一容器上同高同径孔口和管嘴泄流谁 的流速大谁的流量大吗？ ……… ————请学习流体力学 * 河南城建学院 武晓刚 最早的高尔夫球 现在的高尔夫球 * 河南城建学院 武晓刚 高尔夫球表面之所以设计有许多小凹坑，其目的是让高尔夫球飞得更远。统计发现，一颗表面平滑的高尔夫球，经职业选手击出后，飞行距离大约只是表面有凹坑的高尔夫球的一半。为了找出最佳发射条件，高尔夫产业的工程师和科学家对球杆和球之间的撞击进行了深入的研究。撞击通常只维持1/2000秒，它决定了球的速度、发射角以及球体的自旋速度。接着，球的飞行轨迹会受到重力以及空气动力学的影响。因此，空气动力学的最佳化设计便成为让高尔夫球飞得远的关键。 空气对于任何在其中运动的物体，包括高尔夫球，都会施加作用力。把你的手伸出行驶中的车外，可以很容易地说明这个现象。空气动力学家把这个力分成两部分：升力及阻力。阻力的作用方向与运动方向相反，而升力的作用方向则朝上。高尔夫球表面的小凹坑可以减少空气的阻力，增加球的升力。 一颗高速飞行的高尔夫球，其前方会有一高压区。空气流经球的前缘再流到后方时会与球体分离。同时，球的后方会有一个紊流尾流区，在此区域气流起伏扰动，导致后方的压力较低。尾流的范围会影响阻力的大小。通常说来，尾流范围越小，球体后方的压力就越大，空气对球的阻力就越小。小凹坑可使空气形成一层紧贴球表面的薄薄的紊流边界层，使得平滑的气流顺着球形多往后走一些，从而减小尾流的范围。因此，有凹坑的球所受的阻力大约只有平滑圆球的一半。 小凹坑也会影响高尔夫球的升力。一个表面不平滑的回旋球，会像飞机机翼般偏折气流以产生升力。球的自旋可使球下方的气压比上方高，这种不平衡可以产生往上的推力。高尔夫球的自旋大约提供了一半的升力。另外一半则是来自小凹坑，它可以提供最佳的升力。 大多数的高尔夫球有300～500个小凹坑，每个坑的平均深度约为0.025厘米。阻力及升力对凹坑的深度很敏感：即使只有0.0025厘米这么小的差异，也可以对轨迹和飞行距离造成很大的影响。小凹坑通常是圆形的，但其他的形状也可以有极佳的空气动力性能，例如某些公司生产的高尔夫球采用的是六角形 * 河南城建学院 武晓刚 汽车发明于19世纪末，当时人们认为汽车的阻力主要来自前部对空气的撞击，因此早期的汽车后部是陡峭的，称为箱型车，阻力系数CD很大，约为0.8。 * 河南城建学院 武晓刚 实际上汽车阻力主要来自后部形成的尾流，称为形状阻力。 * 河南城建学院 武晓刚 20世纪30年代起，人们开始运用流体力学原理改进汽车尾部形状，出现甲壳虫型，阻力系数降至0.6。 * 河南城建学院 武晓刚 20世纪50－60年代改进为船型，阻力系数为0.45。 * 河南城建学院 武晓刚 80年代经过风洞实验系统研究后，又改进为鱼型，阻力系数为0.3。 以后进一步改进为楔型，阻力系数为0.2。 * 河南城建学院 武晓刚 90年代后，科研人员研制开发的未来型汽车，阻力系数仅为0.137。 经过近80年的研究改进，汽车阻力系数从0.8降至0.137，阻力减小为原来的1/5 。 目前，在汽车外形设计中流体力学性能研究已占主导地位，合理的外形使汽车具有更好的动力学性能和更低的耗油率。 * 河南城建学院 武晓刚 * 河南城建学院 武晓刚 课程地位 流体力学是一门重要的专业基础课程，它是连接前期基础课程和后续专业课程的桥梁。课程的学习将有利于数理、力学基础知识的巩固与提高，培养分析、解决实际问题的能力，为专业课程的学习打下坚实基础。 数理、力学 基础课程 流体力学 专业基础课程 水利学科 有关专业课程 * 河南城建学院 武晓刚 水工建筑物及河槽所受水力荷载 水工建筑物及河槽过水能力 水流流动形态 水流能量消耗和利用 土木工程专