流体的主要物理力学性质省公共课一等奖全国赛课获奖课件.pptx
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1、第第第第1 1 1 1章章章章 绪论绪论绪论绪论过程装备与控制工程教研室过程装备与控制工程教研室1工程流体力学工程流体力学过程装备与控制工程教研室过程装备与控制工程教研室李洪亮李洪亮 第1页第第第第1 1 1 1章章章章 绪论绪论绪论绪论过程装备与控制工程教研室过程装备与控制工程教研室2l你想知道你想知道高尔夫球高尔夫球飞得远应表面光滑还是粗糙吗?飞得远应表面光滑还是粗糙吗?l你想知道你想知道汽车阻力汽车阻力来至前部还是尾部吗?来至前部还是尾部吗?l你想知道你想知道机翼升力机翼升力来至下部还是上部吗?来至下部还是上部吗?l你想知道同一容器上同高同径孔口和管嘴泄流谁你想知道同一容器上同高同径孔口
2、和管嘴泄流谁流速流速大、大、谁谁流量流量大吗?大吗?l第2页第第第第1 1 1 1章章章章 绪论绪论绪论绪论过程装备与控制工程教研室过程装备与控制工程教研室3l工程流体力学工程流体力学是热能与动力工程等专业一门是热能与动力工程等专业一门主要主要专业基础课专业基础课,它为学好专业课和今后从事专,它为学好专业课和今后从事专业技术工作以及科学研究工作打下必要流体力学业技术工作以及科学研究工作打下必要流体力学基础。基础。第3页第第第第1 1 1 1章章章章 绪论绪论绪论绪论过程装备与控制工程教研室过程装备与控制工程教研室4l课程安排课程安排n计划课时:计划课时:6464n周课时:周课时:4 4n课程性
3、质:课程性质:必修必修n考试(考查)方式:考试(考查)方式:考试考试第4页第第第第1 1 1 1章章章章 绪论绪论绪论绪论过程装备与控制工程教研室过程装备与控制工程教研室5l使用教材:使用教材:n孔珑孔珑主编主编流体力学流体力学,高等教育出版社,高等教育出版社l参考教材:参考教材:n黄卫星黄卫星主编主编工程流体力学工程流体力学,化学工业出版社,化学工业出版社n陈卓如陈卓如主编主编工程流体力学工程流体力学,高等教育出版社,高等教育出版社n张也影张也影主编主编流体力学流体力学,高等教育出版社,高等教育出版社n吴望一吴望一主编主编流体力学流体力学,北京大学出版社,北京大学出版社第5页第第第第1 1
4、1 1章章章章 绪论绪论绪论绪论过程装备与控制工程教研室过程装备与控制工程教研室6l本课程内容本课程内容n第第1 1章章 绪论绪论n第第2 2章章 流体静力学流体静力学n第第3 3章章 流体运动学和动力学基础流体运动学和动力学基础n第第4 4章章 相同原理和量纲分析相同原理和量纲分析n第第5 5章章 管流损失和水力计算管流损失和水力计算n第第6 6章章 气体一维定常流动气体一维定常流动n第第7 7章章 理想流体多维流动基础理想流体多维流动基础n第第8 8章章 粘性流体多维流动基础粘性流体多维流动基础第6页第第第第1 1 1 1章章章章 绪论绪论绪论绪论过程装备与控制工程教研室过程装备与控制工程
5、教研室7l高尔夫球表面为何有很多小凹坑?高尔夫球表面为何有很多小凹坑?n最早高尔夫球最早高尔夫球n现在高尔夫球现在高尔夫球第7页第第第第1 1 1 1章章章章 绪论绪论绪论绪论过程装备与控制工程教研室过程装备与控制工程教研室8l高尔夫球表面为何有很多小凹坑?高尔夫球表面为何有很多小凹坑?n高尔夫球表面之所以设计有许多小凹坑,其目标是让高尔夫球飞高尔夫球表面之所以设计有许多小凹坑,其目标是让高尔夫球飞得更远。得更远。n高尔夫球表面小凹坑能够降低空气阻力,增加球升力。高尔夫球表面小凹坑能够降低空气阻力,增加球升力。n通常说来,尾流范围越小,球体后方压力就越大,空气对球阻力通常说来,尾流范围越小,球
6、体后方压力就越大,空气对球阻力就越小。就越小。n高尔夫球自旋大约提供了二分之一升力,另外二分之一则是来自高尔夫球自旋大约提供了二分之一升力,另外二分之一则是来自小凹坑小凹坑 。第8页第第第第1 1 1 1章章章章 绪论绪论绪论绪论过程装备与控制工程教研室过程装备与控制工程教研室9l汽车阻力来自前部还是后部?汽车阻力来自前部还是后部?n汽车创造于汽车创造于1919世纪末,当初人们认为汽车阻力主要来自前部对空世纪末,当初人们认为汽车阻力主要来自前部对空气撞击,所以早期汽车后部是陡峭,称为箱型车,阻力系数气撞击,所以早期汽车后部是陡峭,称为箱型车,阻力系数C CD D很很大,约为大,约为0.80.8
7、。第9页第第第第1 1 1 1章章章章 绪论绪论绪论绪论过程装备与控制工程教研室过程装备与控制工程教研室10l汽车阻力来自前部还是后部?汽车阻力来自前部还是后部?n实际上汽车阻力主要来自后部形成尾流,称为形状阻力。实际上汽车阻力主要来自后部形成尾流,称为形状阻力。第10页第第第第1 1 1 1章章章章 绪论绪论绪论绪论过程装备与控制工程教研室过程装备与控制工程教研室11l汽车阻力来自前部还是后部?汽车阻力来自前部还是后部?n2020世纪世纪3030年代起,人们开始利用流体力学原理改进汽车尾部形状,年代起,人们开始利用流体力学原理改进汽车尾部形状,出现甲壳虫型,阻力系数降至出现甲壳虫型,阻力系数
8、降至0.60.6。第11页第第第第1 1 1 1章章章章 绪论绪论绪论绪论过程装备与控制工程教研室过程装备与控制工程教研室12l汽车阻力来自前部还是后部?汽车阻力来自前部还是后部?n2020世纪世纪50506060年代改进为船型,阻力系数为年代改进为船型,阻力系数为0.450.45。第12页第第第第1 1 1 1章章章章 绪论绪论绪论绪论过程装备与控制工程教研室过程装备与控制工程教研室13l汽车阻力来自前部还是后部?汽车阻力来自前部还是后部?n8080年代经过风洞试验系统研究后,又改进为鱼型,阻力系数为年代经过风洞试验系统研究后,又改进为鱼型,阻力系数为0.30.3。第13页第第第第1 1 1
9、 1章章章章 绪论绪论绪论绪论过程装备与控制工程教研室过程装备与控制工程教研室14l汽车阻力来自前部还是后部?汽车阻力来自前部还是后部?n以后深入改进为楔型,阻力系数为以后深入改进为楔型,阻力系数为0.20.2。第14页第第第第1 1 1 1章章章章 绪论绪论绪论绪论过程装备与控制工程教研室过程装备与控制工程教研室15l汽车阻力来自前部还是后部?汽车阻力来自前部还是后部?n9090年代后,科研人员研制开发未来型汽车,阻力系数仅为年代后,科研人员研制开发未来型汽车,阻力系数仅为0.1370.137。第15页第第第第1 1 1 1章章章章 绪论绪论绪论绪论过程装备与控制工程教研室过程装备与控制工程
10、教研室16l汽车阻力来自前部还是后部?汽车阻力来自前部还是后部?n经过近经过近8080年研究改进,汽车阻力系数从年研究改进,汽车阻力系数从0.80.8降至降至0.1370.137,阻力减小,阻力减小为原来为原来1/5 1/5。n当前,在汽车外形设计中流体力学性能研究已占主导地位,合理当前,在汽车外形设计中流体力学性能研究已占主导地位,合理外形使汽车含有更加好动力学性能和更低耗油率。外形使汽车含有更加好动力学性能和更低耗油率。第16页第第第第1 1 1 1章章章章 绪论绪论绪论绪论过程装备与控制工程教研室过程装备与控制工程教研室17l机翼升力来至下部还是上部?机翼升力来至下部还是上部?第17页第
11、第第第1 1 1 1章章章章 绪论绪论绪论绪论过程装备与控制工程教研室过程装备与控制工程教研室18第第 1 1 章章绪绪 论论第18页第第第第1 1 1 1章章章章 绪论绪论绪论绪论过程装备与控制工程教研室过程装备与控制工程教研室19l本章内容本章内容n1.1 1.1 流体力学发展史简述流体力学发展史简述n1.2 1.2 流体力学研究内容、研究方法和应用流体力学研究内容、研究方法和应用 n1.3 1.3 流体定义和特征流体定义和特征 连续介质模型连续介质模型 n1.4 1.4 作用在流体上力作用在流体上力 n1.5 1.5 流体主要物理性质流体主要物理性质第19页第第第第1 1 1 1章章章章
12、 绪论绪论绪论绪论过程装备与控制工程教研室过程装备与控制工程教研室201.1 1.1 流体力学发展史简述流体力学发展史简述第20页第第第第1 1 1 1章章章章 绪论绪论绪论绪论过程装备与控制工程教研室过程装备与控制工程教研室21l流体力学在中国流体力学在中国l大禹治水大禹治水l4000多年前大禹治水,说明我国古代已经有大规多年前大禹治水,说明我国古代已经有大规模治河工程。模治河工程。l(公元前公元前256-2)l秦代,在公元前秦代,在公元前256-前前2间便修建了都江堰、郑国间便修建了都江堰、郑国渠、灵渠三大水利工程,说明当初对明槽水流和渠、灵渠三大水利工程,说明当初对明槽水流和堰流流动规律
13、认识已经到达相当水平。堰流流动规律认识已经到达相当水平。l龙首渠(公元前龙首渠(公元前156-前前87)l西汉武帝时期,为引洛水浇灌农田,在黄土高原西汉武帝时期,为引洛水浇灌农田,在黄土高原上修建了龙首渠,创造性地采取了井渠法,即用上修建了龙首渠,创造性地采取了井渠法,即用竖井沟通长十余里穿山隧洞,有效地预防了黄土竖井沟通长十余里穿山隧洞,有效地预防了黄土塌方。塌方。第21页第第第第1 1 1 1章章章章 绪论绪论绪论绪论过程装备与控制工程教研室过程装备与控制工程教研室22l流体力学在中国流体力学在中国n水利风力机械水利风力机械u在在古古代代,以以水水为为动动力力简简单单机机械械也也有有了了长
14、长足足发发展展,比比如如用用水水轮轮提提水水,或或经经过过简简单单机机械械传传动动去去碾碾米米、磨磨面面等等。东东汉汉杜杜诗诗任任南南阳阳太太守守时时(公公元元3737年年)曾曾创创造造水水排排(水水力力鼓鼓风风机机),利利用用水水力力,经经过过传传动动机机械械,使使皮皮制制鼓鼓风风囊囊连连续续开开合合,将将空空气气送送入入冶冶金金炉炉,较较西西欧欧约约早早了一千一百年。了一千一百年。第22页第第第第1 1 1 1章章章章 绪论绪论绪论绪论过程装备与控制工程教研室过程装备与控制工程教研室23l流体力学在中国流体力学在中国n真州船闸真州船闸u北北宋宋(960 960-11261126)时时期期,
15、在在运运河河上上修修建建真真州州船船闸闸与与十十四四世世纪纪末末荷荷兰兰同同类类船船闸相比,约早三百多年。闸相比,约早三百多年。n潘季顺潘季顺u明明朝朝水水利利家家潘潘季季顺顺(1521 1521-15951595)提提出出了了“筑筑堤堤防防溢溢,建建坝坝减减水水,以以堤堤束束水水,以以水水攻攻沙沙”和和“借借清清刷刷黄黄”治治黄黄标标准准,并并著著有有两两河河管管见见、两两河河经经略略和和河防一揽河防一揽。n流量流量u清清朝朝雍雍正正年年间间,何何梦梦瑶瑶在在算算迪迪一一书书中中提提出出流流量量等等于于过过水水断断面面面面积积乘乘以以断断面平均流速计算方法面平均流速计算方法。第23页第第第第
16、1 1 1 1章章章章 绪论绪论绪论绪论过程装备与控制工程教研室过程装备与控制工程教研室24l流体力学在中国流体力学在中国n李冰(公元前李冰(公元前302-235302-235)第24页第第第第1 1 1 1章章章章 绪论绪论绪论绪论过程装备与控制工程教研室过程装备与控制工程教研室25l流体力学在中国流体力学在中国n钱学森钱学森u浙江省杭州市人,浙江省杭州市人,他在火箭、导弹、航天器总体、动他在火箭、导弹、航天器总体、动力、制导、气动力、结构、材料、计算机、质量控制和力、制导、气动力、结构、材料、计算机、质量控制和科技管理等领域丰富知识,为中国科技管理等领域丰富知识,为中国火箭导弹和航天事业火
17、箭导弹和航天事业创建与发展作出了出色贡献。创建与发展作出了出色贡献。19571957年获中国科学院自然科学一等奖年获中国科学院自然科学一等奖19791979年获美国加州理工学院出色校友奖年获美国加州理工学院出色校友奖19851985年获国家科技进步奖特等奖年获国家科技进步奖特等奖19891989年获小罗克维尔奖章和世界级科学与工程名人称号年获小罗克维尔奖章和世界级科学与工程名人称号19911991年被国务院、中央军委授予年被国务院、中央军委授予“国家出色贡献科学家国家出色贡献科学家”荣誉称号和一级英模奖章荣誉称号和一级英模奖章第25页第第第第1 1 1 1章章章章 绪论绪论绪论绪论过程装备与控
18、制工程教研室过程装备与控制工程教研室26l流体力学在中国流体力学在中国l周培源(周培源(19021993)l198月月28日出生,江苏宜兴人。理日出生,江苏宜兴人。理论学家、流体力学家,主要从事物论学家、流体力学家,主要从事物理学基础理论中难度最大两个方面理学基础理论中难度最大两个方面(即爱因斯坦广义相对论引力论和(即爱因斯坦广义相对论引力论和流体力学中湍流理论)研究与教学,流体力学中湍流理论)研究与教学,并取得出众结果。并取得出众结果。第26页第第第第1 1 1 1章章章章 绪论绪论绪论绪论过程装备与控制工程教研室过程装备与控制工程教研室27l流体力学在中国流体力学在中国n吴仲华(吴仲华(W
19、u ZhonghuaWu Zhonghua)u在在19521952年年发发表表在在轴轴流流式式、径径流流式式和和混混流流式式亚亚声声速速和和超超声声速速叶叶轮轮机机械械中中三三元元流流普普遍遍理理论论和和在在19751975年年发发表表使使用用非非正正交交曲曲线线坐坐标标叶叶轮轮机机械械三三元元流流动动基基本本方方程程及及其其解解法法两两篇篇论论文文中中所所建建立立叶叶轮轮机机械械三三元元流流理理论论,至至今今仍仍是是国国内内外外许许多优良叶轮机械设计计算主要依据。多优良叶轮机械设计计算主要依据。第27页第第第第1 1 1 1章章章章 绪论绪论绪论绪论过程装备与控制工程教研室过程装备与控制工程
20、教研室28l流体力学西方史流体力学西方史n阿基米德(阿基米德(ArchimedesArchimedes,公元前,公元前287-212287-212)l古希腊数学家、力学家,静力学和流体古希腊数学家、力学家,静力学和流体静力学奠基人静力学奠基人l论浮体论浮体l历史上有记载最早从事流体力学现象研历史上有记载最早从事流体力学现象研究究第28页第第第第1 1 1 1章章章章 绪论绪论绪论绪论过程装备与控制工程教研室过程装备与控制工程教研室29l流体力学西方史流体力学西方史n列奥纳德列奥纳德.达达.芬奇芬奇 (Leonardo.da.Vinci,1452-1519Leonardo.da.Vinci,14
21、52-1519)l著著名名物物理理学学家家和和艺艺术术家家 设设计计建建造造了了一一小小型型水水渠渠,系系统统地地研研究究了了物物体体沉沉浮浮、孔孔口口出出流流、物物体体运运动动阻阻力力以以及及管管道道、明明渠渠中中水水流流等问题。等问题。第29页第第第第1 1 1 1章章章章 绪论绪论绪论绪论过程装备与控制工程教研室过程装备与控制工程教研室30l流体力学西方史流体力学西方史n伽利略(伽利略(Galileo,1564-1642Galileo,1564-1642)l在流体静力学中应用了虚位移原理,在流体静力学中应用了虚位移原理,并首先提出,运动物体阻力伴随流体并首先提出,运动物体阻力伴随流体介质
22、密度增大和速度提升而增大。介质密度增大和速度提升而增大。第30页第第第第1 1 1 1章章章章 绪论绪论绪论绪论过程装备与控制工程教研室过程装备与控制工程教研室31l流体力学西方史流体力学西方史n托里析利(托里析利(E.Torricelli,1608-1647E.Torricelli,1608-1647)l论证了孔口出流基本规律论证了孔口出流基本规律第31页第第第第1 1 1 1章章章章 绪论绪论绪论绪论过程装备与控制工程教研室过程装备与控制工程教研室32l流体力学西方史流体力学西方史n帕斯卡(帕斯卡(B.Pascal,1623-1662B.Pascal,1623-1662)l提出了密闭流体能
23、传递压强原理提出了密闭流体能传递压强原理-帕斯卡原理帕斯卡原理。第32页第第第第1 1 1 1章章章章 绪论绪论绪论绪论过程装备与控制工程教研室过程装备与控制工程教研室33l流体力学西方史流体力学西方史n牛顿(牛顿(1642-17271642-1727)l英国英国伟大数学家、物理学家、天文伟大数学家、物理学家、天文学家和自然哲学家学家和自然哲学家。l流体粘性流体粘性l牛顿内摩擦定律牛顿内摩擦定律第33页第第第第1 1 1 1章章章章 绪论绪论绪论绪论过程装备与控制工程教研室过程装备与控制工程教研室34l流体力学西方史流体力学西方史n伯努利(伯努利(D.BernoulliD.Bernoulli,
24、1700170017821782)l瑞士科学家,曾在俄国彼得堡科学瑞士科学家,曾在俄国彼得堡科学院任教。院任教。l在流体力学、气体动力学、微分方在流体力学、气体动力学、微分方程和概率论等方面都有重大贡献,程和概率论等方面都有重大贡献,是理论流体力学创始人。是理论流体力学创始人。l伯努利方程伯努利方程第34页第第第第1 1 1 1章章章章 绪论绪论绪论绪论过程装备与控制工程教研室过程装备与控制工程教研室35l流体力学西方史流体力学西方史n欧拉(欧拉(L.EulerL.Euler,1707170717831783)l瑞士数学家、力学家、天文学家、物理学瑞士数学家、力学家、天文学家、物理学家,变分法
25、奠基人,复变函数论先驱者,家,变分法奠基人,复变函数论先驱者,理论流体力学创始人。理论流体力学创始人。l连续介质模型连续介质模型l理想流体平衡微分方程理想流体平衡微分方程l理想流体运动微分方程理想流体运动微分方程第35页第第第第1 1 1 1章章章章 绪论绪论绪论绪论过程装备与控制工程教研室过程装备与控制工程教研室36l流体力学西方史流体力学西方史n拉格朗日(拉格朗日(J.-L.Lagrange,1736J.-L.Lagrange,173618131813)l提提出出了了新新流流体体动动力力学学微微分分方方程程,使使流流体体动动力学解析方法有了深入发展。力学解析方法有了深入发展。l严严格格地地
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