工程流体力学

1 流体力学 研究流体平衡和运动的力学规律、流体与固体间的相互作用。

第1章 绪论

流体——静力平衡时，不能承受剪切力的物质（液体、气体）

流体的主要物理性质：

易流动性；抗压不抗拉；边界影响，流体特性影响；

表面力：又称面积力，是毗邻流体或其它物体，作用在隔离体表面上的直接施加的接触力。它的大小与作用面积成比例。（剪力、拉力、压力）

质量力：是指作用于隔离体内每一流体质点上的力，它的大小与质量成正比。

（重力、惯性力）

流体的平衡或机械运动取决于：

1.流体本身的物理性质（内因）

2.作用在流体上的力（外因）

理想流体——假想的没有粘性的流体。µ = 0，τ= 0

实际流体——事实上具有粘性的流体。

（流体质点）a.宏观尺寸足够小；b.微观尺寸足够大；c.具有一定的宏观物理量；d.形状可以任意分割；

牛顿通过著名的平板实验，说明了流体的粘滞性，提出了牛顿内摩擦定律。

τ=μ(du/dy)

τ只与流体的性质有关，与接触面上的压力无关。

动力粘度：反映流体粘滞性大小的系数，单位：N•s/m2

运动粘度：ν=μ/ρ

第2章 流体静力学

流体静压强——作用在流体内部单位面积上的力

【方向性】总是沿着作用面的内法线方向，即垂直于作用面，并指向作用面。

【大小性】与其作用面的方位无关，只能由该点的坐标位置决定，即同一点上各方向的静压强大小均相等。

流体平衡微分方程

01-Z01-Y01-Xzpypxp

2 平衡流体任一点压强(c=p0-ρW)

P=pW+c=p0+ρ(W-W0)

静力学基本方程: P=Po+pgh

等压面：压强相等的空间点构成的面。

（1）等压面必为等势面；（2）等压面必然与质量力正交；

绝对压强：以无气体分子存在的完全真空为基准起算的压强 Pabs

相对压强：以当地大气压为基准起算的压强 P

P=Pabs—Pa（当地大气压）

流体力学绪论

第一章流体的基本概念

第二章流体静力学

第三章流体动力学

第四章粘性流体运动及其阻力计算

第五章有压管路的水力计算

第六章明渠定常均匀流

第九章泵与风机绪论

一、流体力学概念

流体力学——是力学的一个独立分支，主要研究流体本身的静止状态和运动状态，以及流体和

固体界壁间有相对运动时的相互作用和流动的规律。

1738年伯努利出版他的专著时，首先采用了水动力学这个名词并作为书名；1880年前后出现了

空气动力学这个名词；1935年以后，人们概括了这两方面的知识，建立了统一的体系，统称为流体

力学。

研究内容：研究得最多的流体是水和空气。1、流体静力学：关于流体平衡的规律，研究流体处于静止（或相对平衡）状态时，作用于流体

上的各种力之间的关系；2、流体动力学：关于流体运动的规律，研究流体在运动状态时，作用于流体上的力与运动要素

之间的关系，以及流体的运动特征与能量转换等。

基础知识：主要基础是牛顿运动定律和质量守恒定律，常常还要用到热力学知识，有时还用到

宏观电动力学的基本定律、本构方程（反映物质宏观性质的数学模型）和物理学、化学的基础知识。二、流体力学的发展历史流体力学是在人类同自然界作斗争和在生产实践中逐步发展起来的。古时中国有大禹治水疏通江河的传说；秦朝李冰父子带领劳动人民修建的都江堰，至今还在发挥着作用；大约与此同时，古罗马人建成了大规模的供水管道系统等等。

流体力学的萌芽：距今约2200年前，希腊学者阿基米德写的“论浮体”一文，他对静止时的液

体力学性质作了第一次科学总结。建立了包括物理浮力定律和浮体稳定性在内的液体平衡理论，奠定

了流体静力学的基础。此后千余年间，流体力学没有重大发展。

15世纪，意大利达·芬奇的著作才谈到水波、管流、水力机械、鸟的飞翔原理等问题；17世纪，

帕斯卡阐明了静止流体中压力的概念。但流体力学尤其是流体动力学作为一门严密的科学，却是随着

经典力学建立了速度、加速度，力、流场等概念，以及质量、动量、能量三个守恒定律的奠定之后才逐步形成的。

浅论工程流体力学

中图分类号：o368 文献标识：a 文章编号：1009-4202(2011)07-000-01

摘要工程流体力学在工程中广泛应用，本文对工程流体力学的背景，发展，内容，应用，分支和前景做了简单介绍。

关键词工程流体力学 发展史 内容应用 发展前景

一、背景

在人类历史上，面对河道决堤，洪期到来，人类束手无策的案例数不胜数，还有河田的干旱，河运交通的堵塞给人类带来的不便也是不计其数。但是随着人类文明的发展，人类开始对河水治理，桥梁建造，农业灌溉，河水航运等有了较多的需求，人类同时也就对水流运动的规律有了较多的需求和经验。但是要合理自如的控制和运用流体，人类就需要一个比较系统的学科理论去指导，于是工程流体力学的诞生已经迫在眉睫。

二、发展史

中国史上的大禹治水，李冰父子建立的都江堰，就是对水认识的萌芽，古罗马人也在早期就建立起了比较完善的供水管道系统。但是对流体力学一个比较科学的认识还是要在公元前250年左右古希腊伟大的科学家阿基米德写的《论浮体》后，这本书对流体运动做了一个比较科学的总结，可以算得上是流体力学的鼻祖了。很遗憾的是在接下来的很长一段时间内，因为种种原因，流体力学并没有得到进一步发展。直到16世纪以后，西方资本主义国家的生产

力的迅速发展和资本主义制度的不断完善，以及政府对科学事业的政策和资金的鼓励，这才给各科学以及流体力学发展创造了良好的环境。

17世纪，人类伟大的科学家牛顿对流体有了初步比较深入的研究，他通过不断试验提出了牛顿内摩擦定律，黏性运动的流体符合牛顿摩擦定律。接着拉格朗日和欧拉提出了描述流体运动的二种方法拉格朗日法和欧拉法，拉格朗日法着眼于流体个支点的运动情况，研究各质点的运动历程，最后综合来获得总体情况，欧拉法责只着眼于流体经过流场中各空间点时的运动情况。然后有普朗特的混合长度理论，法国皮托发明了测流速的皮托管，达朗贝尔利用这些得出了流体中运动的物体阻力于速度有平方关系。欧拉总结出了欧拉运动微分方程(z+p/ρg+u*u/2g=c)，伯努利又对管道流体做了多次试验得出了经典的伯努力方程（p+ρgz+(1/2)*ρv=c式中p、ρ、v分别为流体的压强、密度和速度；z 为铅垂高度；g为重力加速度。），它是能量守恒和转换定律在工程流体力学中的具体体现。19世纪以后，随着生产力的进一步发展，尤其是航空方面的运用，导致古典流体力学和实验流体力学的日益结合，逐渐形成了理论与实践并重的现代流体力学。随后流体力学进入新的阶段。

《工程流体力学》课程标准

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。