流体力学张兆顺课后答案
【篇一：流体力学知识点大全】
书籍：
《全美经典-流体动力学》
《流体力学》张兆顺、崔桂香
《流体力学》吴望一
《一维不定常流》
《流体力学》课件清华大学王亮主讲
目录：
第一章绪论
第二章流体静力学
第三章流体运动的数学模型
第四章量纲分析和相似性
第五章粘性流体和边界层流动
第六章不可压缩势流
第七章一维可压缩流动
第八章二维可压缩流动气体动力学
第九章不可压缩湍流流动
第十章高超声速边界层流动
第十一章磁流体动力学
第十二章非牛顿流体
第十三章波动和稳定性
第一章绪论
1、牛顿流体：
剪应力和速度梯度之间的关系式称为牛顿关系式，遵守牛顿关系式的流体是牛顿流体。
2没有内摩擦，也就没有内耗散和损失。
层流：纯粘性流体，流体分层，流速比较小；
湍流：随着流速增加，流线摆动，称过渡流，流速再增加，出现漩涡，混合。因
为流速增加导致层流出现不稳定性。
定常流：在空间的任何点，流动中的速度分量和热力学参量都不随时间改变，
3、欧拉描述：空间点的坐标；
拉格朗日：质点的坐标；
4、流体的粘性引起剪切力，进而导致耗散。
5、无黏流体—无摩擦—流动不分离—无尾迹。
6、流体的特性：连续性、易流动性、压缩性不可压缩流体：d??0
dt
??const是针对流体中的同一质点在不同时刻保持不变，即不可压
缩流体的密度在任何时刻都保持不变。是一个过程方程。
7、流体的几种线
流线：是速度场的向量线，是指在欧拉速度场的描述；
同一时刻、不同质点连接起来的速度场向量线；
??dr?u?x,t??dr?u?0
迹线：流体质点的运动轨迹，是流体质点运动的几何描述；
同一质点在不同时刻的位移曲线；
??????涡线：涡量场的向量线，????u,dr???x,t??dr???0
涡线的切线和当地的涡量或准刚体角速度重合，所以，涡线是流体
微团准刚体转动方向的连线，形象的说：涡线像一根柔性轴把微团
穿在一起。
第二章流体静力学
1、压强：p?lim?fdf??a?0?ada
静止流场中一点的应力状态只有压力。
2、流体的平衡状态：
1）、流体的每个质点都处于静止状态，==整个系统无加速度；
2）、质点相互之间都没有相对运动，==整个系统都可以有加速度；由于流体质点之间都没有相对运动，导致剪应力处处为零，故只有：体积力(重力、磁场力)和表面力(压强和剪切力)存在。
3、表面张力：两种不可混合的流体之间的分界面是曲面，则在曲面
两边存在一
个压强差。
4、正压流场：流体中的密度只是压力(压强)的单值函数。?dp ?p
5、涡量不生不灭定理
拉格朗日定理：理想正压流体在势力场中运动时，如某一时刻连续
流场无旋，则
????流场始终无旋。???nda?0,????u,
???u??x??有斯托克斯公式得：??????nda?0,
l0a
拉格朗日定理是判断理想正压流体在势力场中运动是否无旋的理论依据。涡量的产生原因：
(a) 流体的粘性；非理想流体；
(b) 非正压流体；大气和海洋中的密度分层(非正压)导致漩涡；
(c) 非有势力场；气流科氏力(非有势力)作用导致漩涡；
(d) 流场的间断，高速气流中的曲面激波后，产生有旋流流场；
第三章流体运动的数学模型
1、积分型的流体方程
a)、质量守恒定律：
物理意义：流出控制体表面的净质量流量等于控制体内质量对时间的减少率。
????v?da???d? ???tc.sc.v
b)、动量守恒：牛顿第二定律
????????fs?表面力?+?b?d??体积
力??f??vd????vv?da ??tc.vc.vc.s
c)、角动量
???????????r?dfs+?r?b?d??r??vd???r??vv?da ???tc.vc.sc. vc.s????
每一项物理意义：
c.s???r?dfs：控制面上的力对原点的力矩，
c.v???r?b?d?：体积力对原点的力矩，
???r??vd?：质量元的角动量，控制体内流体的总角动
量， ??tc.v??
?
c.s?????r??vv?da：通过控制面的角动量流出率， ?
d)、能量守恒 (热力学第一定律)q?w??e
??dqdws????ed????e?p???v?dadtdt?tc?.vc.s
????d???edv??f?udv?t?uda??qdv??n??tda n?????????dtd*?t?d*?t??*?t?d*?t??*?t?
质量体内的总能量增长率：d
体积力所作的功率：
质量体内的生成热：dtd*??t??edv,1e?e?u2 2??d*?t??
*?f?udv；表面力所作的功率：???tn?uda ?*?t???d?t????边界面上因热传导输入的热量：??qdv?n????tda ?*?t?
e)、热力学第二定律ds?dq?0,ts是系统的熵
2、有积分形式到微分形势的方程，有三种方法：
(1)、应用矢量的微积分；
(2)、积分应用于体积元，有体积元趋于零，取极限推得；
(3)、将系统的方程直接应用体积元，再将积分表达式取极限；
欧拉坐标，即：笛卡尔坐标，v?v?r,t??v?x,y,z,t?； ?
?????拉格朗日，刚体描述，速度、加速度分别为：r,r
3、微分型的流体方程
1)、连续性方程：单位时间流入控制体的质量等于控制体内质量的
增加。
????t????v?0
?定常流???t?0????v?0
?不可压缩：d?dt?0???v?0 ????
11??2a2v2 一维定常流：?1av
2)、动量方程：单位时间流入控制体的动量以及作用于控制体上的
外力之和，等于控制体动量的增加。
应力张量：代表剪应力和正应力；
应力张量一定是对称的；否则，当体积元收缩成无限小时，必将以
无
限大的角速度旋转。因此，应力张量只能有六个分量。
局部加速度：非定常流动，对流加速度：面积的变化；
欧拉坐标系和拉格朗日中的速度和加速度其大小和方向都不会改变； ?dvdt?r???欧拉?????拉格朗日??
?涡量：速度矢量的旋度，????v?
?1?1??无旋流动角速度：??2??2??v??0
???v
?t???????????vv??b???f ?
?体积力，?面积力； f?b:
3)、能量方程：单位时间流入流体的能量、外界传入的热量、外力
做功的总和，等于控制体内能量的增加。
????????e??????ev??b?v???p?v???q??qr?t
增加量流入量体积力做功表面力做功热传导非传导热????
12??e?e?v,??2??????q=??t,fourier热传导定
律? ??q=????t，??????：热传导系数，?????qr：非热传导热，即：热辐射、化学生成热，?????
几种特殊情况：
?=0； ?t
?(2)、绝热过程：??q=qr=0，没有外界热传入； (1)、定常流体：
?(3)、质量力有势：b???g；
???(4)、理想流体：p=pn??np。
本构方程：——求解方程组，
流体微团的应力状态和微团变形运动状态间的物性关系式；
本构方程是张量方程；
使得控制方程得以封闭，可以求解方程；
控制方程+热力学状态方程+本构方程
边界条件：
1.固体壁面的不可穿透条件；垂直于壁面的；
????u?n?ub?n, ??????
??ub为固壁的速度，u为同一点的流体质点的速度；
2.无穷远条件无穷远处，流体保持静止状态；x??,u?0,p?p?,????,
3.绕流条件
【篇二：流体力学学习】
>先说说在学习流体力学之前要具备哪些基础知识，用学校里的行话叫先学哪些先修课。首先当然是要学习一些数学知识。这里只谈在初学习流体力学这门课的先修课，成为业内翘楚是另一个话题，需要学的东西更多一些。
流体力学这门课主要是在连续介质假设下展开的，也就是要把流体看作连续介质，把流体运动看作连续运动。在宏观运动范围内，除了在激波处速度、密度、压强等参数有突变，其它情况下，流体运动确实是连续的，流体质点分布也是连续无间断的。这个连续是数学意义上的连续，做这个假设的好处其实就是便于使用微积分工具研究流体的动力学问题。于是
择你看得懂的书就可以，就不特别推荐哪本书了。
不过最近刚看到王元先生写的《高等微积分》，内容跟上面说的那些《高等微积分》不同，主要讲微分流形及在一般力学中的应用。这本书专门设置了一个第零章，用于讨论数学语言问题。我觉得还是值得一看的。根据过去学习数学的教训，数学上看不懂和理解错误的
地方往往是对其语言不了解的地方。王元先生专门谈这个问题，看来也是知道很多学生虽然学了很多年数学其实还没有掌握数学的基本语法。
对圆柱绕流那么感兴趣，直到现在还有很多涉及圆柱绕流的文章在
发表。我想其原因一方面是圆柱绕流是简单几何形体，容易把某种
影响流动的因素孤立出来，
另一方面就是圆柱绕流的实验、数值经验比较丰富，容易让人做个
对比（特别是在验证一些新算法的时候），最后一个原因就是有一
个位势流理论，可以把圆柱绕流的结果推而广之到一些复杂形体中去。虽然现在已经可以用数值方法求解全ns方程，但是位势流理论
并没有推出舞台，在很多工程应用（比如翼型设计等）中还在发挥
作用，还是构成流体力学基础理论的一个特别部分。这部分内容除
了可以让你掌握一种求解方法，还为你提供了机理分析的工具，其
价值还是非常
有些学校在高等数学课上学习，有些学校在连续介质力学课上学习，还有些学校是单独作为一门课在学习，无论怎样，只要掌握会用就
可以。这方面的内容只要看吴望一老师的《流体力学》上册第一章
就足够。这一章中还包括了曲线坐标系的内容，对于学习球坐标、
柱坐标等坐标系下方程形式的变化是很有帮助的。
显然是要掌握的。热力学方面除了经典热力学知识（热力学第一、
第二定律、热力学状态函数等）外，在学习高超声速空气动力学时
还需要用到开放体系的热力学知识，涉及平衡、非平衡体系的热力
学问题，因此按照循序渐进的方式，在学习流体力学基础课之前应
掌握经典热力学的基本知识，在进一步学习时则要用到开放体系
（耗散体系）的热力学知识。当然除了高超声速外，在研究流体的
微观、宏观问题时也要涉及分子动力学（现在叫动理学，即英文中
的kinetics一词）知识。
包括统计力学在内，这些内容一般都被划归热力学范畴。两相流中
的结晶、凝固、熔化等问题也都与热力学直接相关，因此热力学是
流体力学的重要支柱之一。
二、流体力学基础篇
流体力学的核心部分是建立在连续介质假设基础之上的，其最经典
最核心的部分是单相流体的宏观运动规律和动力学机理。遵循一般
的认识规律，这方面的知识对于“人类”来说当然也是经历了“认识－
提高－再认识”的过程。在流体力学作为一个学科出现之前，人类就
从河流的流动上获得了对流体的基本认识，据说对空气的认识要晚
一些，因为空气是透明的，因而显得要抽象一些。不过虽然没有形
成文字知识，很早以前人类就已经学会利用流体，比如李冰父子在
阿基米德发现浮力定律之前就建设好了都江堰这样庞大的水利工程。阿拉伯、印度、古罗马等地出土的遗址也表明这些地方在数千年前
就知道如何建立复杂的水利系统。在中国这样的农业国家很早以前（少说也有几千年）就知道用土墙、树木建立防风带，防止庄稼被
风吹倒。山西出土的最早的箭头据考证是2万年前制造的，竟然也
有流线型外形。很难相信那时候的人（新石器时代）就知道空气动
力学原理，我猜他们大概是根据刀的形状设计了那个箭头。
流体力学课的基础内容一般都是从连续介质假设说其，然后是力的
分类（引入应力张量），
因素的时候，这个简化是有效的。在普朗特提出边界层理论之前，
流体力学中存在着两个分支，一个是水动力学，一个是水力学。前
者以理论分析为主，后者以工程经验和应用为主。
以理论为主的水动力学其实就是以理想流体为主要研究内容的一个
分支。理想流体中旋涡的动力学理论是研究旋涡问题的基础，或者
说是一个参照。理想流体动量方程积分后得到的伯努力方程可以用
来解释联系速度和压强之间的关系，解释低速翼型的升力原理，管
道流动中压强的变化等等，因此有广泛的工程应用。理想流中的位
势流理论是理想流在数学处理上的一个独具特色的部分，与边界层
修正相结合，至今在翼型设计、飞机气动性能估算等方面仍然是应
用最广泛的方法之一。另外，水波动力学也是理想流体的主要内容。在不考虑激波边界层干扰的问题中，气体动力学也经常用欧拉方程（理想流控制方程）来进行研究。当然，真实流体都是有粘性的，
普朗特之所以被称为“现代流体力学之父”，关键就在stokes在以前
也曾经提出的以太将随着地球表面一起运动。哇，这不是我们今天
耳熟能详的无滑移条件吗？然而真正系统提出边界层概念，并应用
这种概念解决实际问题的还是普朗特。就好比当年浮力定律的提出
一样：阿基米德发现了浮力定律，不仅是定性地发现，而且可以定
量地计算，并且最终写成《浮力的原理》一书，由此标志着流体力
学的诞生，浮力定律的发现权无疑也归功于阿基米德。
一般的教科书中对于粘性的介绍大致分三个步骤，第一步是在绪论
中介绍牛顿内摩擦定律，引入粘度概念—动力粘度和运动粘度，并
且介绍粘度随温度的变化规律。由于气体和液体粘度随温度变化规
律不同，这个地方常常是考试的一个传统内容。作为粘度概念的一
个自然延伸，通常还会介绍非牛顿流体的粘度。第二步是介绍边界
层理论，除了边界层的表观参
数（位移厚度等）外，还介绍边界层由层流向湍流的转捩以及分离
现象，转捩与分离之间的关系等等，最后从ns方程出发，通过量级
分析得到边界层方程。在介绍完边界层理论后，很自然地就会提到
转捩的原因，进而进入对流动稳定性的讨论。层流转捩成为湍流，
自然又要提到湍流的基本概念和处理方法。由于湍流的复杂性，作
为基础的教科书的介绍通常以时均法得到雷诺平均的ns方程（rans）即告结束。再下去将计算管道内湍流的速度分布，并与层流管流的
解相对比，显示二者在宏观特性上的区别。
batchelor家可以根据需要找来看看。之所以经典，不仅因为体系
完备，而且数学推导干净利落，思路清晰，多看几遍才能发现其好处。不过对于初学者，这本书难度略高，我感觉还是更适合于专业
人士阅读，也就是适合于对流体力学已经比较熟悉的人阅读。作为
初学者，我认为最好能首先建立正确的流体概念，就像普朗特提倡
的那样，
先反复观察流体的行为，对流体运动有直观的观察和感受之后，再
去寻找它背后的机理和数学处理方法才是最有效的方法。在这但是
物理概念清晰明了，很有普朗特的思想特色，
开卷有益，看看定有收获。这本书很早以前就由郭永怀、
陆士嘉翻译成中文，各个图书馆中都能看到。
版的流体力学书中我曾经在论坛中推荐过吴望一老师的《流体力学（上下册）》
，这里推荐大
是很好的参考书。
忘了一本书，van dyke曾经整理过一本《流体运动图集》——album of fluid motion，里面汇集了很多流体流动的图片，对于培
养流体的观察能力，流体教学等都很有帮助。这本书（确切说叫图集）书店里看不到，但是网上能找到。我们网站很早以前曾经发布
过的圆球绕流的图片（层流、加拌线强制转捩为湍流）就是那本图
集中收录的图片。另外，网上有很多圆柱绕流随雷诺数变化的图片
也是从这本图集中摘录的。
刚发现武际可、黄克服两位老先生的一篇文章《力学教材的简单历史》，后面附录中有对流体力学教材的推荐书目。
学习的一本书来看。特别是那些即将成为流体工程师的网友应该看
看这本书，里面讲了流体力学在各个工程领域内的应用，可以让你
把学校学习到的流体力学基础知识与工程问题很好地衔接起来。继
续深造准备做研究生的也应该看这本书，因为里面也提供了与流动稳定性、奇点划分相关的内容。还有一本书是mit现在使
过这本书后就能跟搞湍流的同行们正常交流了。因此作为一个合理延续，也推荐大家看这本书。
既然已经说到湍流，自然要提到旋涡和流动稳定性问题。流体力学中波和涡是两大流动现象，牛人有云“旋涡是流体运动的肌腱”，可见学会旋涡是多码的重要。旋涡方面公认写
这本书后来又出过一个英文版，应该是中文版的升级版，研究旋涡的网友肯定要看这本书。流动稳定性方面我看到的书中以drazin的hydrodynamic stability最受人推崇，应该也是最经典的。
流体力学的发展基本上是与科学的整体发展相适应的。其爆发期就在20世纪初和20世纪中叶这两个时期—20世纪初期的时候，人类发明了飞机、电话、电灯，稍晚建立了相对论、量子力学等重大理论。在此期间，风洞开始成为主流试验设备，普朗特提出边界层理论，建立现代流体力学体系；20世纪中叶，人类发明了计算机、汽车普及、人类登月、发现牛胰岛素双螺旋结构。与此同时，湍流模式理论建立、计算流体力学出现、可压缩流理论大发展（面积律、超临界翼型、跨音速理论、高超声速理论貌似都是这个时期出现的）。另外湍流拟序结构是70年代发现的，距离60年代似乎也更近一些。普里高津的耗散结构理论，分形、混沌理论等我记得也是60、70年代提出的，只不过现在熟悉的人更多了而已。因此经典著作大部分都是那个时候出现的也就不奇怪了。
【篇三：工程流体力学】
t>课程名称：工程流体力学
适用专业：石油工程技术
计划学时：64
一、课程性质
《工程流体力学》课程是石油工程技术专业的一门有特色的必修专业基础课程，也是一门知识性、技能性和实践性要求很强的课程。流体力学课程是学生理解掌握现代化石油勘探、设计、运行与管理的知识基础，也是学生继续深造及将来从事研究工作的重要工具，为今后的专业学习和工作实践奠定基础。本课程是石油工程技术专业一门必修的专业基础课程，具有较强的实际应用性，在学生职业能力培养和职业素质养成两个方面起支撑和促进作用。
二、培养目标
《工程流体力学》课程立足于高职院校的人才培养目标，培养拥护党的基本路线，适应社会主义市场经济需要，德、智、体、美全面发展，面向石油工业生产、管理和服务第一线，牢固掌握石化职业岗位 (群)所需的基础理论知识和专业知识，重点掌握从事石化领域实际工作的基本能力利基本技能，具有良好的职业道德、创业精神和健全体魄的高等技术应用型专门人才。
按照职业岗位标准和工作内容的要求，通过对本课程的学习，使学生掌握化学分析中、高级工的应知理论、应会技能和必备的职业素养。成为满足石化企业分析检验岗位对所需人才知识、能力、素质要求的高技能人才。
通过项目导向，教学探究型的教学，加强学生实践技能的培养，培养学生的综合职业能力和职业素养、独立学习及获取新知识、新技能、新方法的能力和与人交往、沟通及合作等方面的态度和能力。通过本课程的实践教学，使学生毕业后可胜任流体力学学科或相邻学科的教学、科研、技术开发与维护工作，能够解决能源化工等工程中遇到的流体力学问题，从而实现本专业的培养目标。
2.1知识目标
（1）使学生掌握流体力学的基本知识、基本理论、基本实验技能。（2）培养学生对流体力学基本概念、基本理论、基本运算原理的应用能力。
（3）使学生具有实验实训室常用仪器、设备的规范使用能力。（4）使学生掌握连续性方程、能量方程、动量方程的应用。
2.2方法能力目标
（1）使学生掌握流体力学的基本原理及分析方法，在进行教学的同时，注重基础理论的发展过程及联系，培养学生解决一般问题的能力。
（2）将一些较典型的属于知识传授性质的内容以及较简单重复的内容通过课外教学的形式传授给学生，培养学生的自学能力。
（3）使学生掌握一定的实验技能与方法，具有测量运动参数、分析实验参数和编写实验报告的能力。
2.3社会能力目标
（1）注重向学生介绍化学的思想及该学科在研究、发展过程中的特色。
（2）树立“绿色”的现代实验理念。
（3）培养学生养成独立思考的习惯。
（4）注重学生严谨、求实科学作风的培养。
（5）养成热爱科学、实事求是的学风和创新意识、创新精神。
（6）具有良好的人文素质和职业道德，能够与人和睦相处，团队意识强。
三、课程理念
应面向全体学生，为学生进入和适应社会打下基础，着眼于学生全
面发展和终身发展的需要，有助于学生的终身学习；改变学生的学
习方式，引导学生主动参与、乐于探究、勤于动手，突出创新精神
和实践能力的培养；树立以学生为主体的教学观念，鼓励教师创造
性地探索新的教学途径，改进教学方法和教学手段；促进学生全面
发展、采用灵活多样的评价方法，注重学生学习过程和学习结果的
全程评价；建立评价目标多元、评价方法多样的评价体系体验探究
过程，养成科学的态度，具备适应未来生存和发展所必备的科学素养。
四、课程设计
4.1课程设计理念
以学生就业能力培养为导向，创新人才培养模式，坚持以高职教育
培养目
标为依据，遵循“结合理论联系实际，以应知、应会、必需、够用”
的原则，以培养锻炼职业技能为重点，让每一位学生都能成为社会
和企业必需的优秀的专门型技术人才。
本课程以石化工作岗位的职业能力培养为重点，以岗位职业标准利
工作任务为依据，通过分析石化生产过程、石化分析检测过程任务
设计教学内容，让课程内容与生产工作任务一一对应；突出学生职
业能力培养。
校内实训与企业生产内容相同，按照仿真生产进行，把课程设在实
训室及实训基地，融教学生产为一体，教学做为一体，营造良好的
职业氛围和环境，注重培养学生的专业思维能力和专业实践能力。
通过专业教学与实训实习相结合，体现高职课程的职业性、实践性、开放性，设计教学任务，在教师的指导下让学生自己设计实训项目，自己完成实训项目，培养学生分析问题、解决问题的能力。
4.2课程设计思路
《工程流体力学》课程在设计思想上充分体现一体化，即：理论与
实践内容一体化、知识传授与动手实验一体化、理论与实践教师为
一人的“一体化”，课程采用项目导向，任务驱动的教学模式。
《工程流体力学》的课程内容要经历由企业调研到行业岗位分析到
典型工作任务确定，从典型工作任务对职业核心能力的要求到学习
领域的设定，强调学习领域的教学内容是由多个学习情景的整合，
在每个学习情景构建中分成应知知识点、职业能力要点、职业素质
训练三个部分，为学生素质能力、职业能力、创新能力培养开拓了
新的途径，每一个学习情景对应一个典型工作过程。
4.3与前后课程的联系
该课程前承《油田化学》，后继《采油工程原理》、《内燃机原理》等课程，为后续实习和毕业设计做必要的知识准备；起着承上启下
的关键作用。
4.4对教师的要求
（1）具备物理、化学、高等数学的理论基础知识；
（2）具备操作基本分析实验能力；
（3）有1年以上企业一线生产经验或3年以上企业见习经历；
（4）具备设计基于任务驱动的教学法的设计应用能力。
（5）对学习场地、设施的要求
为保证学生顺利完成项目任务，本课程理论部分需要在多媒体教室
完成教学过程，学生能在图书馆或机房通过网络查找有关资料；实
验实训部分需要在化工综合实验室和分析化学实验室进行。
4.5学习资源的选用
（1）教材选取的原则
以培养实践能力、创新能力和创业能力为指导思想，贯彻高职高专
培养目标，强调理论与实践的结合、教材与实际的结合、操作与管
理的结合。
（2）推荐教材
王楠等工程流体力学 (第三版) 石油工业出版社 2005年
（3）参考的教学资料
袁恩熙工程流体力学石油工业出版社 1995年
张兆顺等流体力学清华大学出版社 2006年
五、教学设计
5.1教学设计的理念和原则
本课程教学以理论“必需、够用”为基本原则，根据学生职业人生设
计教学项目，以职业工作流程为线索，以职场情境创设为导入，以
项目和任务为载体，设计《分析化学》课程。
（1）建立“项目化”的课程结构。重点是突破学科教育重知识系统、重文体知识、重章节结构的课程体系，以职业工作流程为线索，以项目(任务)为载体，对课程内容进行整体设计。
（2）采用“任务驱动”的教学模式。根据课程内容模块，以完成职业任务为核心派生工作项目，以完成工作项目为目标派生工作职责，以胜任工作职责为目的重组理论与实践教学内容。
（3）确定“能力培养为主”的教学方案。为使学生适应本专业就业环境，注重强化训练学生动手、动口和动脑能力。
（4）建立综合实训平台。通过实验实训，让学生在操作过程中对知识和技
能有更进一步的认识和理解。
5.2学习情景设计