流体力学发展史及其在实际工程中的应用讲解82页PPT

二、流体力学在石油化工工业中的应用
流体力学是一门重要的工程学科，它的应用几乎遍及国民经济的各个部门， 尤其在石油工程和石油化工工业中，流体力学是其重要的理论核心之一。
在石油工业中 ，用到流体力学原理分析流体在管内的流动规律，压力、阻 力、流速和输量的关系，据此设计管径，校核管材强度，布置管线及选择泵的类 型和大小，设计泵的安装位置等；在校核油罐和其他储液容器的结构强度，估算 容器、油槽车、油罐的装卸时间，解释气蚀、水击等现象 。
实验方法的优点是能直接解决生产中的复杂问题，能发现流动中的新现象。
它的结果往往可作为检验其他方法是否正确的依据。这种方法的缺点是对不同 情况，需作不同的实验，也即所得结果的普适性较差。
3 、数值计算方法
数值计算方法是按照理论分析方法建立数学模型，在此基础上选择合理 的计算方法，如有限差分法、特征线法、有限元法、边界元法、谱方法等，将 方程组离散化，变成代数方程组，编制程序，然后用计算机计算，得到流动问 题的近似解。数值计算方法是理论分析法的延伸和拓展。
两板间流体沿y方向的速度呈线性分布。
上面的现象说明，当流体中发生了层与层之间的相对运动时，速度快的流层对 速度慢的流层产生了一个拉力使它加速，而速度慢的流层对速度快的流层就有 一个阻止它向前运动的阻力，拉力和阻力是大小相等方向相反的一对力，分别 作用在两个流体层的接触面上，这就是流体黏性的表现，这种力称为内摩擦力 或黏性力。
体积弹性模量：在工程上流体的压缩性也常用p的倒数即体积弹性模量来描述
E 1 dp
p dV /V
2．可压缩流动与不可压缩流动
流体的压缩性及相应的体积弹性模量是随流体的种类、温度和压力而变化 的。当压缩性对所研究的流动影响不大，可以忽略不计时，这种流动成为不可 压缩流动，反之称为可压缩流动。通常，液体的压缩性不大，所以工程上一般 不考虑液体的压缩性，把液体当作不可压缩流体来处理。当然，研究一个具体 流动问题时，是否考虑压缩性的影响不仅取决于流体是气体还是液体，而更主 要是由具体条件来决定。

第一阶段（16世纪以前）：流体力学形成的萌芽阶段 第二阶段（16世纪文艺复兴以后-18世纪中叶）流体力
学成为一门独立学科的基础阶段 第三阶段（18世纪中叶-19世纪末）流体力学沿着两个
方向发展——欧拉、伯努利 第四阶段（19世纪末以来）流体力学飞跃发展
返回
可编辑课件
4
第一阶段（16世纪以前）：流体力学形成的萌芽阶段
1686年 牛顿——牛顿内摩擦定律
1738年 伯努利——理想流体的运动方程即伯努利方程
1775年 欧拉——理想流体的运动方程即欧拉运动微分 方程
返回
可编辑课件
8
帕斯卡
发现帕斯卡定律，指封闭容器中 的静止流体的某一部分发生的压 强变化，将毫无损失地传递至流 体的各个部分和容器壁压强等于 作用力除以作用面积。根据帕斯 卡原理，在水力系统中的一个活 塞上施加一定的压强，必将在另 一个活塞上产生相同的压强增量。 如果第二个活塞的面积是第一个 活塞的面积的10倍，那么作用 于第二个活塞上的力将增大为第 一个活塞的10倍，而两个活塞 上的压强仍然相等。水压机就是 帕斯卡原理的实例。它具有多种 用途，如液压制动等。
流体力学
建筑环境与设备工程专业 王浩 2010-8
可编辑课件
1
绪论
流体力学是研究流体机械运动规律及其 应用的科学，是力学的一个重要分支。
流体力学研究的对象——液体和气体。
可编辑课件
2
流体力学发展简史 流体力学的研究方法 作用在流体上的力 流体的主要力学性质 流体力学的模型
可编辑课件
3
流体力学发展简史
理论 1823年纳维，1845年斯托克斯分别提出粘性流体运
动方程组（N-S方程）
返回
可编辑课件

03
气体压力计利用弹性元 件的变形来测量压力， 适用于测量较低的压力 。
04
流体静压力的计算需要 考虑流体的密度、重力 加速度和作用面积等因 素。
03
流体动力学基础
流体动力学基本概念
01
流体
流体是气体和液体的总称，具有流 动性和不可压缩性。
流线
流线是表示流体运动方向的几何线 条。
03
02
流场
流场是流体运动所占据的空间区域 。
伯努利方程
伯努利方程描述了流体在 封闭管道中流动时，流体 的压力、速度和高度之间 的关系。
连续性方程
连续性方程描述了流体在 流动过程中质量守恒的规 律。
流体流动的阻力与损失
摩擦阻力
摩擦阻力是由于流体与管 壁之间的摩擦而产生的阻 力，通常用达西-韦伯定律 来描述。
局部损失
局部损失是由于流体在管 道中流动时，由于管道形 状、方向变化等原因而产 生的能量损失。
《流体力学入门》 ppt课件
xx年xx月xx日
• 流体力学简介 • 流体静力学基础 • 流体动力学基础 • 流体流动现象与规律 • 流体力学在工程中的应用
目录
01
流体力学简介
流体的定义与特性
总结词
流体的定义与特性是流体力学研究的基础。
详细描述
流体是指在任何微小剪切力作用下都能发生连续变形的物体，具有粘性、压缩性和流动性等特性。
流体动力学还用于解决一些工程问题，例如管 道流动的阻力和传热问题，以及流体动力学的 振动和稳定性问题等。
流体动力学在航空航天、交通运输、能源等领 域也有着重要的应用，例如飞机和汽车的设计 、发动机的工作原理等。
流体流动现象与规律在工程中的应用

连续介质模型 理想流体平衡微分方程 理想流体运动微分方程
过程装备与控制工程教研室
35
第1章 绪论

流体力学的西方史

拉格朗日（grange,1736－1813）

提出了新的流体动力学微分方程，使流体 动力学的解析方法有了进一步发展。

严格地论证了速度势的存在，并提出了流 函数的概念，为应用复变函数去解析流体 定常的和非定常的平面无旋运动开辟了道 路。

在1952年发表的《在轴流式、
径流式和混流
式亚声速和超声速叶轮机械中的三元流普遍理 论》和在1975年发表的《使用非正交曲线坐标
的叶轮机械三元流动的基本方程及其解法》两
篇论文中所建立的叶轮机械三元流理论，至今 仍是国内外许多优良叶轮机械设计计算的主要 依据。
过程装备与控制工程教研室
27
第1章 绪论
过程装备与控制工程教研室
16
第1章 绪论

机翼升力来至下部还是上部？
过程装备与控制工程教研室
17
第1章 绪论
第 1 章
绪
论
过程装备与控制工程教研室
18
第1章 绪论

本章内容

1.1 流体力学发展史简述 1.2 流体力学的研究内容、研究方法和应用 1.3 流体的定义和特征 连续介质模型

过程装备与控制工程教研室
37
第1章 绪论

流体力学的西方史

雷诺（O.Reynolds，1842-1912）

英国力学家、物理学家和工程师，杰 出的实验科学家。

层流与紊流——雷诺数 雷诺应力
过程装备与控制工程教研室

阻力系数 0.4 阻力系数 0.2 阻力系数 0.137
前言
火车站台安全线
本章小结
【学习目标】 1. 理解流体力学的学科定义； 2. 了解流体力学的发展简史； 3. 熟悉流体力学的研究方法 。
工程流体力学
中国矿业大学电力学院
§1.1 流体的定义 §1.2 连续介质假说 §1.3 流体的物理性质
流体在受到外部剪切力作用时会发生变形，其内部相应会 产生对变形的抵抗，并以内摩擦力的形式表现出来。
➢ 粘性的定义
流体的粘性就是阻止发生剪切变形的一种特性，内摩擦力则 是粘性的动力表现。
§1.3 流体的物理性质
➢ 牛顿的平板实验
实验装置：2块平板，平板间充满流体。
实验过程：用力拉动液面上的平板，直 到平板匀速前进。
前言
曹冲（公元196-208年）称象
孙权 曾 致 巨 象 ， 太祖欲知其斤重， 访之群下，咸莫能 出其理。冲曰： “置象大船之上， 而刻其水痕所至， 称物以载之，则校 可知矣。”太祖悦， 即施行焉。
前言
都江堰（公元前256年，李冰父子修都江堰）
战国时期，秦国蜀郡太 守李冰和他的儿子，修建 了著名的都江堰水利工程。 都江堰的整体规划是将岷 江水流分成两条，其中一 条引入成都平原，这样既 可以分洪减灾，又可以引 水灌田、变害为利。
前言
二、流体力学的研究方法
2. 实验室模拟
➢ 作用：实验模拟能显示运动特点及其主要趋势，实验结果可 检验理论的正确性。
➢ 优点：能直接解决生产中的复杂问题，能发现流动中的新现 象和新原理，它的结果可以作为检验其他方法是否正确的依 据。
➢ 缺点：对不同情况，需作不同的实验，所得结果的普适性较 差。
前言

措施。
05
流体流动的湍流与噪声
湍流的定义与特性
湍流定义
湍流是一种高度复杂的三维非稳态、带旋转的不规则流动。 在湍流中，流体的各种物理参数，如速度、压力、温度等都 随时间与空间发生随机的变化。
湍流特性
湍流具有随机性、不规则性、非线性和非稳定性等特性。在 湍流中，流体的速度、方向和压力等都随时间和空间发生变 化，形成复杂的涡旋结构。
环境流体流动与环境保护
要点一
环境流体流动
环境中的流体流动对环境保护具有重要影响。例如，大气 中的气流会影响污染物的扩散和迁移，水流会影响水体中 的污染物迁移和沉积等。
要点二
环境保护
通过对环境中的流体流动进行研究和模拟，可以更好地了 解污染物扩散和迁移规律，为环境保护提供科学依据。同 时，通过合理规划和设计流体流动系统，可以有效降低污 染物对环境的影响，保护生态环境。
04
流体流动的能量转换
能量的定义与分类
总结词
能量是物体做功的能力，可以分为机械能、热能、电能等。在流体力学中，主要关注的是机械能中的 动能和势能。
详细描述
能量是物体做功的能力，它有多种表现形式，如机械能、热能、电能等。在流体力学中，我们主要关 注的是机械能，它包括动能和势能两种形式。动能是流体运动所具有的能量，与流体的速度和质量有 关；势能则是由于流体所处位置而具有的能量。
流体流动噪声
流体流动过程中产生的噪声主要包括 机械噪声和流体动力噪声。机械噪声 主要由机械振动和摩擦引起，而流体 动力噪声主要由湍流和流体动力振动 引起。
噪声控制
为了减小流体流动产生的噪声，研究 者们提出了各种噪声控制方法，如改 变管道结构、添加消音器和改变流体 动力特性等。这些方法可以有效降低 流体流动产生的噪声。

流体力学的应用领域
总结词
流体力学的应用领域广泛，涉及到工业、能源、环境、交通等多个领域。
详细描述
流体力学在工业中有着广泛的应用，如流体机械、管道输送、流体控制等。在能源领域，流体力学涉及到石油、 天然气、核能等领域的流体处理和传输。在环境领域，流体力学可用于水处理、大气污染控制和环境流体动力学 的研究。在交通领域，流体力学涉及到船舶、飞机和车辆的流体动力设计和优化。
02
流体静力学基础
流体静压强及其特性
流体静压强的概念
01
流体在静止状态下所受的压力。
流体静压强的特性
02
流体静压强在空间上均匀分布，方向垂直于作用面。
流体静压强的量纲和单位
03
量纲为长度，单位为帕斯卡（Pa）。
流体平衡的微分方程
流体平衡的微分方程
描述流体平衡状态的基本方程，由牛顿第二定律和连续性方程推 导得出。
微分方程的形式
流体平衡的微分方程是一个关于压力、密度和速度的偏微分方程 。
微分方程的应用
用于求解流体的压力分布、速度分布和密度分布等问题。
重力场中流体静压强的分布规律
重力场中流体静压强的分布规律
在重力场中，流体静压强随深度增加而减小，遵循流体静力学的基 本原理。
流体静压强的计算公式
根据流体静力学的基本原理，可以推导出流体静压强的计算公式， 用于计算不同深度下的流体静压强。
计算公式的应用
计算公式广泛应用于工程实践中，如水力学、航空航天、化工等领 域。
03
流体动力学基础
流体运动的描述方法
拉格朗日法
以流体质点为研究对象，描述其运动轨迹和速度 随时间的变化。
欧拉法
以固定点为研究对象，描述流体质点经过该点的 速度和压强等参数。

流体粘性
流体抵抗剪切力的性质，粘性大小与流体的种类和温度有关。
流动模型
根据流体的粘性和流动特性，建立各种流动模型，如层流、湍流等。
06
流体力学在工程中的应用
流体输送与管道设计
总结词
流体输送与管道设计是流体力学在工程 中的重要应用之一，主要涉及流体在管 道中的流动规律和设计原则。
VS
详细描述
在工业生产和城市供水中，需要利用流体 力学的原理进行管道设计和流体输送，以 实现高效、低能耗的流体传输。管道设计 需要考虑流体的流速、压力、粘度等参数 ，以及管道的材质、直径、长度等因素， 以确保流体输送的稳定性和可靠性。
流体力学的发展历程
要点一
总结词
流体力学的发展历程及重要事件
要点二
详细描述
流体力学的发展历程可以追溯到古代，但直到17世纪才真 正开始形成独立的学科。在17世纪到20世纪期间，许多科 学家和工程师为流体力学的发展做出了重要贡献，如伯努 利、欧拉、斯托克斯等。随着科技的发展，流体力学在理 论和实践方面都取得了巨大的进步，为人类社会的进步和 发展做出了重要贡献。
3
流体流动的连续性原理
在流场中任取一元流管，流进和流出该元流的流 量相等。
流体流动的能量传递与转换
压力能传递
流体在流动过程中，压力能可以传递给其他流体 或转化为其他形式的能量。
动能转换
流体的动能可以转换为其他形式的能量，如压能 、热能等。
热能传递
流体在流动过程中，可以与周围介质进行热能交 换，实现热量的传递。
流体流动的阻力与损失
摩擦阻力
流体在管道中流动时，由于流体的粘性和管壁的粗糙度，会产生 摩擦阻力。
局部阻力
流体在通过管道中的阀门、弯头等局部构件时，会产生局部阻力。

流体阻力计算
利用流体动力学方程，可以计算 流体在管道中流动时的阻力，为 管道设计提供依据。
管道优化设计
通过分析流体动力学方程，可以 对管道设计进行优化，提高流体 输送效率，减少能量损失。
流体动力学方程在流体机械中的应用
泵和压缩机性能分析
流体动力学方程用于分析泵和压缩机的性能 ，预测其流量、扬程、功率等参数，为机械 设计和优化提供依据。
适用于不可压缩的流体。
方程意义
描述了流体压强与密度、重力加速度和深度之间的 关系。
Part
03
流体动力学基础
流体运动的基本概念
01
02
03
流体
流体是气体和液体的总称 ，具有流动性和不可压缩 性。
流场
流场是指流体在其中运动 的区域，可以用空间坐标 和时间描述。
流线
流线是表示流体运动方向 的曲线，在同一时间内， 流线上各点的速度矢量相 等。
能量损失的形式
流体流动的能量损失可以分为沿程损失和局部损失两种形式。沿程损失是指流体在流动过程中克服摩擦阻力而损 失的能量，局部损失是指流体在通过管道或槽道的局部障碍物时损失的能量。
Part
05
流体动力学方程的应用
流体动力学方程在管道流动中的应用
稳态流动和非稳态
流动
流体动力学方程在管道流动中可 用于描述稳态流动和非稳态流动 ，包括流速、压力、密度等参数 的变化规律。
变化的流动。
流体动力学基本方程
1 2
质量守恒方程
表示流体质量随时间变化的规律，即质量守恒原 理。
动量守恒方程
表示流体动量随时间变化的规律，即牛顿第二定 律。
3
能量守恒方程
表示流体能量随时间变化的规律，即热力学第一 定律。

– 45位诺贝尔奖得主曾在哥廷根大学学习、任教或研究；
– 著名校友还包括：
• 德意志帝国的宰相奥托·冯·俾斯麦；
• 联邦德国前总统里夏德·冯·魏茨泽克；
• 前总理格哈特·施罗德；
• 德国大诗人海涅；
• 童话作家格林兄弟；
• 第一批原子弹制造者罗伯特·奥本海默；
• 金融家约翰·皮尔蒙特·摩根； • 哲学家亚瑟·叔本华，也曾求学于哥廷根；
Stokes (1819-1903)
十九世纪的流体力学
• N-S方程的具体形式
( vx
vx
vx x
vy
vx y
vz
vx z
)


(
2vx x2

2vx y 2

2vx z 2
)

p x

g x
( v y
vx
vy x
vy
vy y
什么是流体力学？
力学
流体力学
流体的宏观平衡 流体的运动规律
流体静力学
流体动力学
基础知识
高等数学，大学物理，理论力学
什么是流体力学？
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。
Helmholtz (1821-1894)
十九世纪的流体力学
• 开尔文（Lord Kelvin ，1824～1907) – 原名威廉·汤姆森(William Thomson） ，爱尔兰的数学物理学家、工程师； – 受勋后的名为凯尔文男爵一世或领主凯 尔文(1st Baron Kelvin或Lord Kelvin)； – 开尔文是热力学的主要奠基人之一，被 称为热力学之父。于1848年创立了热力 学温标。