上海交大船舶流体力学课件5

Shanghai Jiao Tong University课程名称：船舶流体力学(NA235) Introduction to Marine Hydrodynamics 主讲人：万德成dcwan@辅导老师：林志良linzhiliang@张驰zhangchi0309@课程安排Shanghai Jiao Tong University课程性质：专业基础课学时数：68 ＝58 (理论课) ＋4 (实验实践)+ 6 (三次课程设计)成绩：作业和课程设计30%，期末考试70%Shanghai Jiao Tong University《水动力学基础》，刘岳元、冯铁城、刘应中编，上海交通大学出版社，1990《流体力学》，许维德，国防工业出版社，1989《流体力学》(上、下册)，吴望一，北京大学出版社，1982《流体力学》(上、中、下册)，丁祖荣，高等教育出版社，2003《流体力学基础》(上、下册)，潘文全等，机械工业出版社，1982《流体力学》，易家训著(章克本、张涤明等)，高等教育出版社，1983Shanghai Jiao Tong UniversityHydrodynamics, H. Lamb, 6th edition, CambridgeUniversity Press, 1932Marine Hydrodynamics, J.N. Newman, MIT Press, 1977An Introduction to Fluid Dynamics, G.R. Batchelor,Cambridge University Press, 1967Introduction to Fluid Mechanics，James A. Fay，MITPress, 1994Fundamentals of Fluid Mechanics，B.R. Munson, D.F.Young & T.H. Okiishi, Wiley Asia Student Edition, 2005 Fluid Mechanics: Fundamentals and Applications, Y.A.Cengel& J.M. Cimbala, McGraw-Hill, 2006Fluid Mechanics，5th Ed., F.M.White, McGraw-Hill.Shanghai Jiao Tong University第0章序论第0章序论Shanghai Jiao Tong University•流体力学与现实生活•流体力学的发展过程•流体力学的研究方法•流体力学的研究内容流体力学与现实生活Shanghai Jiao Tong University船舶工程Shanghai Jiao Tong UniversityShanghai Jiao Tong University 船舶工程船舶工程Shanghai Jiao Tong UniversityShanghai Jiao Tong University 船舶工程Shanghai Jiao Tong University船舶工程Shanghai Jiao Tong University 船舶工程Shanghai Jiao Tong University船舶工程Shanghai Jiao Tong University 船舶工程Shanghai Jiao Tong University螺旋浆船舶工程船舶工程Shanghai Jiao Tong University船舶工程Shanghai Jiao Tong University海洋工程Shanghai Jiao Tong UniversityShanghai Jiao Tong University 海洋工程航空航天Shanghai Jiao Tong University航空航天Shanghai Jiao Tong University航空航天Shanghai Jiao Tong University航空航天Shanghai Jiao Tong UniversityShanghai Jiao Tong University航空航天水利工程Shanghai Jiao Tong University水利工程Shanghai Jiao Tong UniversityShanghai Jiao Tong University 汽车阻力来自前部还是后部？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C D 很大，约为0.8。

Shanghai Jiao Tong University课程名称：船舶流体力学(NA311) Introduction to Marine Hydrodynamics德成@j主讲人：万德成dcwan@辅导老师：王吉飞wangjifei@Shanghai Jiao Tong University课程性质：专业基础课学时数：54 ＝50 (理论课) ＋4 (实验或上机练习)考试成绩：期中15%，作业15%，期末70%教材：《水动力学基础》，刘岳元、冯铁城、刘应中编，上海交通大学出版社，1990上海交通大学出版社参考书：《流体力学》，许维德，国防工业出版社，1989《流体力学》(上、下册)，吴望，北京大学出版社，1982，吴望一，北京大学出版社，《流体力学》(上、中、下册)，丁祖荣，高等教育出版社，2003Shanghai Jiao Tong University参考书：《流体力学》，林建忠等，清华大学出版社，2005 Introduction to Fluid Mechanics，James A. Fay，MIT Introduction to Fluid Mechanics James A Fay MITPress, 1994Fundamentals of Fluid Mechanics，B.R. Munson, D.F.Young & T.H. Okiishi, Wiley Asia Student Edition, 2005 Fluid Mechanics: Fundamentals and Applications, Y.A.Cengel & J.M. Cimbala, McGraw-Hill, 2006Fluid Mechanics，5th Ed., F.M.White, McGraw-Hill. Marine Hydrodynamics, J.N. Newman, MIT Press, 1977 Marine Hydrodynamics J N Newman MIT Press1977Shanghai Jiao Tong University航空航天Shanghai Jiao Tong University 船舶Shanghai Jiao Tong University 船舶Shanghai Jiao Tong University 船舶Shanghai Jiao Tong University 船舶船舶运动Shanghai Jiao Tong University 潜艇Shanghai Jiao Tong University 海洋平台Shanghai Jiao Tong University 螺旋浆Shanghai Jiao Tong University 汽车Shanghai Jiao Tong University体育运动：高尔夫球、皮筏艇Shanghai Jiao Tong University 体育运动：游泳Shanghai Jiao Tong University 气象科学龙卷风气象云图Shanghai Jiao Tong University 建筑节节能型建筑Shanghai Jiao Tong University 环境Shanghai Jiao Tong University 生物仿生学信天翁滑翔应用广泛已派生出很多新的分支:电磁流体力学、生物流体力学、化学流体力学、地球流体力学高温气体动力学、高速水动力学、非牛顿流体力学、爆炸力学、流变学、多相流体力学等Shanghai Jiao Tong University阿基米德（Archimedes，公元前287－212）欧美诸国历史上有记载的最早从事流体力学现象研究的是古希腊学者阿基米德在公元前250年发表学术论文《论浮体》，第一个阐明了相对密度的概念，发现了物体在流体中所受浮力的基本原理──阿基米德原理。

第五章旋涡理论本章主要研究：旋涡运动，不涉及力，属于运动学范畴。

由于旋涡场的特性不同于一般流场，在这里我们专门对其进行分析研究。

旋涡与船体的阻力、振动、噪声等问题密切相关。

旋涡运动理论广泛地应用于工程实际，比如机翼、螺旋桨理论等。

旋涡的产生：与压力差、质量力和粘性力等因素有关。

根据边界层理论，流体流过固体壁面时，除壁面附近粘性影响严重的一薄层外，其余区域的流动可视为理想流体的无旋运动。

图片：§5.1 旋涡运动的基本概念流体微团：由大量流体质点所组成的，具有线性尺度效应的微小流体团。

刚体的运动是由于平移和绕某瞬时轴的转动两部分组成。

流体微团的运动一般除了平移和绕某瞬时轴的转动之外，还有线变形运动和角变形运动。

一.速度分解定理：设t时刻流场中任一流体微团中某点A(x,y,z)的速度为V x、V y、V z，则与点A相邻的点M(x+dx,y+dy,z+dz)的速度为：dz zv dy y v dx x v v v xx x x mx∂∂+∂∂+∂∂+= dz z v dy y v dx x v v v y y y y my ∂∂+∂∂+∂∂+= dz zvdy y v dx x v v v z z z z mz ∂∂+∂∂+∂∂+= dy y v x v dz x v z v dz x v z v dy x v y v dx x v v v x y z x z x y x x x mx⎪⎪⎭⎫⎝⎛∂∂-∂∂-⎪⎭⎫ ⎝⎛∂∂-∂∂+⎪⎭⎫ ⎝⎛∂∂+∂∂+⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛∂∂+∂∂+∂∂+=∴21212121引入符号： x v x x ∂∂=ε y v y y ∂∂=ε zv z z ∂∂=ε⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛∂∂+∂∂=z v y v y z x 21γ ⎪⎭⎫ ⎝⎛∂∂+∂∂=x v z v z x y 21γ ⎪⎪⎭⎫⎝⎛∂∂+∂∂=y v x v x y z 21γ ⎪⎪⎭⎫⎝⎛∂∂-∂∂=z v y v y zx 21ω ⎪⎭⎫⎝⎛∂∂-∂∂=x v z v z x y 21ω ⎪⎪⎭⎫⎝⎛∂∂-∂∂=y v x v x y z 21ω dy dz dz dy dx v v z y y z x x mx ωωγγε-++++=∴同理：dz dx dx dz dy v v x z z x y y my ωωγγε-++++=dx dy dy dx dz v v y x x y z z mz ωωγγε-++++=上式称为海姆霍茨（Helmholtz ）速度分解定理。