1.1 流体力学研究内容及发展简史

流体力学的发展简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.对流体力学学科的形成作出第一个贡献的是古希腊的阿基米德，他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。

直到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。

17世纪,力学奠基人牛顿研究了在流体中运动的物体所受到的阻力，得到阻力与流体密度、物体迎流截面积以及运动速度的平方成正比的关系。

他针对粘性流体运动时的内摩擦力也提出了牛顿粘性定律。

但是，牛顿还没有建立起流体动力学的理论基础,他提出的许多力学模型和结论同实际情形还有较大的差别。

之后，法国皮托发明了测量流速的皮托管;达朗贝尔对运河中船只的阻力进行了许多实验工作，证实了阻力同物体运动速度之间的平方关系；瑞士的欧拉采用了连续介质的概念,把静力学中压力的概念推广到运动流体中,建立了欧拉方程，正确地用微分方程组描述了无粘流体的运动；伯努利从经典力学的能量守恒出发,研究供水管道中水的流动，精心地安排了实验并加以分析，得到了流体定常运动下的流速、压力、管道高程之间的关系——伯努利方程。

欧拉方程和伯努利方程的建立,是流体动力学作为一个分支学科建立的标志，从此开始了用微分方程和实验测量进行流体运动定量研究的阶段。

从18世纪起，位势流理论有了很大进展，在水波、潮汐、涡旋运动、声学等方面都阐明了很多规律。

法国拉格朗日对于无旋运动，德国赫尔姆霍兹对于涡旋运动作了不少研究…….在上述的研究中,流体的粘性并不起重要作用，即所考虑的是无粘流体。

流体力学发展历程流体力学是研究流体的运动和力学性质的学科，其发展历程可以追溯到古代。

本文将从古代到现代，梳理流体力学的发展历程。

古代，人们对水的运动和性质有了初步的认识。

古希腊的亚里士多德提出了流体的连续性原理，他认为流体是连续不断的。

在古代中国，张衡发明了地动仪，通过水的流动来模拟地震，这也是古代流体力学的重要成果之一。

17世纪，随着科学革命的兴起，流体力学开始得到系统的发展。

英国科学家牛顿提出了流体的黏性理论，他认为流体的黏性是导致流体摩擦的原因。

此后，德国数学家伯努利提出了伯努利原理，揭示了流体运动中能量守恒的基本原理。

18世纪，瑞士数学家欧拉为流体力学奠定了坚实的理论基础。

他提出了欧拉方程，描述了理想流体的运动规律。

欧拉方程是流体力学的基本方程之一，对后来的研究具有重要影响。

19世纪，流体力学的研究逐渐扩展到气体和空气动力学领域。

德国物理学家克劳修斯提出了克劳修斯方程，描述了气体的运动规律。

克劳修斯方程是流体力学中重要的方程之一，被广泛应用于航空航天领域。

20世纪初，爱尔兰数学家雷诺为流体力学的发展做出了重要贡献。

他提出了雷诺数，用于描述流体流动的稳定性。

雷诺数在流体力学中具有重要的应用价值，被广泛用于流体力学实验和数值模拟中。

20世纪中叶以后，随着计算机技术和数值模拟方法的发展，流体力学得到了广泛的应用和研究。

计算流体力学（CFD）成为流体力学研究的重要工具之一，可以通过数值方法模拟和预测流体的运动和性质。

近年来，随着科学技术的不断进步，流体力学的研究也在不断深入。

人们开始研究微观尺度下的流体力学问题，如纳米流体力学和微流体力学。

此外，流体力学在生物医学领域的应用也越来越广泛，如血液流动、呼吸系统等。

总结起来，流体力学的发展历程可以追溯到古代，经过了古代的初步认识、17世纪的理论建立、18世纪的基础奠定、19世纪的扩展应用以及20世纪的数值模拟和应用拓展。

随着科学技术的发展，流体力学的研究也在不断深入，为我们认识和应用流体提供了重要的理论和方法。

流体力学（简介）流体力学是在人类与自然界相处和生产实践中逐步发展起来的。

对流体力学学科的形成做出卓越贡献的是古希腊哲学家阿基米德（《论浮体》，公元前250年）建立了包括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。

流体力学原理主要指计算流体动力学中的数值方法的现状；运用基本的数学分析，详尽阐述数值计算的基本原理；讨论流域和非一致结构化边界适应网格的几何复杂性带来的困难等。

一、发展简史各物理量关系构成牛顿内摩擦定律,τ=μ*du/dy动压和总压。

显然，流动中速度增大，压强就减小；速度减小，压强就增大；速度降为零，压强就达到最大(理论上应等于总压)。

飞机机翼产生举力，就在于下翼面速度低而压强大，上翼面速度高而压强小，因而合力向上。

据此方程，测量流体的总压、静压即可求得速度，成为皮托管测速的原理。

在无旋流动中，也可利用无旋条件积分欧拉方程而得到相同的结果但涵义不同，此时公式中的常量在全流场不变，表示各流线上流体有相同的总能量，方程适用于全流场任意两点之间。

在粘性流动中，粘性摩擦力消耗机械能而产生热，机械能不守恒，推广使用伯努利方程时，应加进机械能损失项[1]。

图为验证伯努利方程的空气动力实验。

补充：p1+1/2ρv1^2+ρgh1=p2+1/2ρv2^2+ρgh2（1）p+ρgh+(1/2)*ρv^2=常量（2）均为伯努利方程其中ρv^2/2项与流速有关，称为动压强，而p和ρgh称为静压强。

伯努利方程揭示流体在重力场中流动时的能量守恒。

由伯努利方程可以看出，流速高处压力低，流速低处压力高。

后人在此基础上又导出适用于可压缩流体的N-S方程。

N-S方程反映了粘性流体（又称真实流体）流动的基本力学规律，在流体力学中有十分重要的意义。

它是一个非线性偏微分方程，求解非常困难和复杂，目前只有在某些十分简单的流动问题上能求得精确解；但在有些情况下，可以简化方程而得到近似解。

例如当雷诺数Re1时，绕流物体边界层外，粘性力远小于惯性力，方程中粘性项可以忽略，N-S方程简化为理想流动中的欧拉方程（=－Ñp+ρF）；而在边界层内，N-S方程又可简化为边界层方程，等等。

流体力学的发展历程与研究方法综述导言流体力学是研究流体（包括液体和气体）的运动规律和性质的科学分支。

作为物理学和工程学重要的基础学科，流体力学的发展历程可以追溯到古代。

从最早的实验观察和经验总结，到现代数值模拟和实验技术的发展，流体力学在科学研究和工程应用中发挥着重要作用。

本文将对流体力学的发展历程与研究方法进行综述。

古代流体力学的起源早在古埃及和古希腊时期，人们对流体的运动性质进行了观察和总结。

例如，埃及人通过灌溉系统的设计和运行，掌握了水流的基本规律。

希腊哲学家亚里士多德在其著作《流体论》中提出了流体力学的基本原理，阐述了流体的基本性质和运动规律。

这些古代文明的研究成果为后来的科学家提供了重要的启示。

流体力学的数学基础流体力学的数学基础主要包括连续性方程、动量方程和能量方程。

这些方程描述了流体的质量守恒、动量守恒和能量守恒等基本性质。

在17世纪和18世纪，许多数学家和物理学家对流体力学的基本方程进行了深入研究和推导。

瑞士数学家欧拉和伯努利等人对流体的运动进行了系统的数学分析，为流体力学建立了坚实的理论基础。

实验方法在流体力学研究中的应用实验方法在流体力学研究中扮演着重要角色。

通过搭建实验装置和进行定量观测，科学家们可以获取流体的运动参数和基本性质。

19世纪末和20世纪初，德国物理学家雷诺在他的著名流动实验中提出了“雷诺数”的概念，用以描述流体的流动特性。

实验结果验证了流体力学的基本原理，并为后来的理论研究提供了重要的实验数据。

数值模拟在流体力学研究中的应用随着计算机技术的发展，数值模拟方法在流体力学研究中得到了广泛应用。

数值模拟利用计算机模拟流体的运动过程，可以得到流体的详细信息和运动规律。

通过建立数值模型和采用数值方法，科学家们可以研究流体的复杂流动行为，探索流体力学中的一些难题。

数值模拟方法为流体力学的发展提供了新的视角和研究工具。

流体力学在工程领域的应用与进展流体力学在工程领域的应用广泛而深入。

第一节流体力学的概念与发展简史一、流体力学概念流体力学是力学的一个独立分支，是一门研究流体的平衡和流体机械运动规律及其实际应用的技术科学。

流体力学所研究的基本规律，有两大组成部分。

一是关于流体平衡的规律，它研究流体处于静止（或相对平衡）状态时，作用于流体上的各种力之间的关系，这一部分称为流体静力学；二是关于流体运动的规律，它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，这一部分称为流体动力学。

流体力学在研究流体平衡和机械运动规律时，要应用物理学及理论力学中有关物理平衡及运动规律的原理，如力系平衡定理、动量定理、动能定理，等等。

因为流体在平衡或运动状态下，也同样遵循这些普遍的原理。

所以物理学和理论力学的知识是学习流体力学课程必要的基础。

目前，根据流体力学在各个工程领域的应用，流体力学可分为以下三类：水利类流体力学：面向水工、水动、海洋等；机械类流体力学：面向机械、冶金、化工、水机等；土木类流体力学：面向市政、工民建、道桥、城市防洪等。

二、流体力学的发展历史流体力学的萌芽，是自距今约2200年以前，西西里岛的希腊学者阿基米德写的“论浮体”一文开始的。

他对静止时的液体力学性质作了第一次科学总结。

流体力学的主要发展是从牛顿时代开始的，1687年牛顿在名著《自然哲学的数学原理》中讨论了流体的阻力、波浪运动，等内容，使流体力学开始成为力学中的一个独立分支。

此后，流体力学的发展主要经历了三个阶段：1.伯努利所提出的液体运动的能量估计及欧拉所提出的液体运动的解析方法，为研究液体运动的规律奠定了理论基础，从而在此基础上形成了一门属于数学的古典“水动力学”（或古典“流体力学”）。

2.在古典“水动力学”的基础上纳维和斯托克思提出了著名的实际粘性流体的基本运动方程——N-S方程。

从而为流体力学的长远发展奠定了理论基础。

但由于其所用数学的复杂性和理想流体模型的局限性，不能满意地解决工程问题，故形成了以实验方法来制定经验公式的“实验流体力学”。