黑龙江工业学院

结课论文

《工程流体力学》

工程流体力学论文

摘要：流体力学是介于基础科学和工程技术之间，起着承上启下作用的一门技术基础科学。流体力学是力学的一个独立分支，是一门研究流体（液体和气体） 的平衡和力学运动规律及其应用的科学。它所研究的基本规律包括两大部 分：一是流体平衡的规律，即流体静力学；二是流体运动的规律，即流体 动力学。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：工程流体力学认识； 发展史 ；内容应用；理论分析

流体力学包括的内容

一、流体的的属性（流体的主要物理性质、流体的黏性及牛顿内摩擦定律、作用在流体上的力）

二、流体静力学（静止流体的应力特征、静止流体力的平衡、流体静压力强的分布规律、压强的度量和测量、流体作用在平面上的压力、液体作用在曲面上的压力）

三、流体运动学及动力学基础（描述流体质点运动的两种方法、流体运动的基本概念、流体运动的分类、流体运动的连续性方程、理想流体的运动微分方程、恒定元流总流的伯努利方程、恒定总流的动量方程）

四、管内流动与水力计算（流体阻力和水头损失、圆管中的层流和湍流、沿程水头损失和局部水头损失、管路的水力计算、有压管中的水击、边界层和绕流阻力）

五、明渠流、堰流和渗流（明渠流的分类、明渠均匀流、堰流、渗流）

六、相似性原理和量纲分析（相似性原理的定义及应用、几何相似、运动相似和动力相似、相似准则、量纲分析）

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。

其实，我对流体力学的认识还仅仅出于感性认识的阶段，并没有很深入地了解流体力学的知识，对于一些同流体有关的现象并不能够运用相应的知识理论来进行解释。通过查阅资料，我了解到流体力学是研究流体的力学运动规律及其应用的学科。作为力学的一个重要分支，流体力学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之间具有相对运动时的相互作用及流动过程中动量，能量和质量的传输规律等，并将它们应用于解决生产，科研和生活中与流体运动有关的各种问题。流体力学的研究对象包括水， 空气，水蒸气，润滑油，地下石油，血液，超高压作用下的金属盒燃烧后产生的成分复杂的气体，高温条件下的等离子体等等，其中研究得最多的是人类不可或缺的两种物质：水和空气。流体力学的研究只要是牛顿运动定律和质量守恒定律，此外常常还需要运用到热力学知识，又是还应用到宏观电动力学的基本定律，本构方程和物理学，化学的基本知识等等。

不仅如此，流体力学还具有广泛的应用范围，包括了工业，农业，军事等众多领域，既包含自然科学的基础理论，又涉及工程技术科学方面的应用，比如气象，水利，船舶，航空航天，机械制造，医疗以及天文研究等等都应用和涉及到了流体力学的知识。水和空气对于生命体来说是至关重要的，地球百分之七十的面积被水覆盖同事也被大气完全包围住，时刻在进行着对流和迁移运动，输送水分和热量，影响着全球的气候和生态环境；室友和天然气的开采；地下水的开发利用；沙漠迁移等等这些都同人们日常生活有着密切联系。也正是如此，对于流体力学的发展，就不会有现代工业以及高新技术的发展。流体力学对推动社会向前发展做出了巨大贡献，今后仍将在科学与技术的各个领域中发挥更大的作用。

流体力学的发展及展望

关于它的发展史是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，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；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，力学奠基人、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。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。

流体力学的应用

流体力学广泛应用在航天，石油和天然气开采，地下水的开发利用，武器的爆炸，沙漠迁移等等，但是工程流体力学基本是指在工程中的应用，包括城市的生活和工业用水，水厂修建水塔，这些就需要计算好各水井的布置位置，水管直径，长度，动力，途径等等。另外在,桥梁上，就需要对河水各个数据的掌握，以便对桥梁涵洞，配筋的设计。还有就是在高层建筑中，我们也要运用到空气动力学研究风荷载对建筑物的影响。在通风内燃机等的设计中，还要计算好空气流动规律，以便控制空气流量，燃气输送，降尘降温等留力学问题。我国的三峡大坝，葛洲坝等各大水利枢纽工程就是流体力学的宏伟体现。还有我国近年来航天工程中对流体力学的运用也是淋漓尽致。

理论分析：

理论分析（理论研究方法）是根据流体运动的普遍规律如质量守恒、动量守恒、能量守恒等，利用数学分析的手段，研究流体的运动，解释已知的现象，预测可能发生的结果。

结论：

从人类开始接触认识流体力学到现在的2千多年，特别是20世纪以来工程流体力学得到了广泛的应用和飞速的发展。人类已经可以用现有的理论体系去解决生活中,的绝大多数问题。但是人类对流体力学并没有完全了解，比如一些复杂的流体运动人类还是无法用系统科学的理论去解释，只能凭靠经验去解决许多问题，所以流体力学有很大的发展前景流体力学还需要我们去完善它的理论基础以及提出新的理论。

    参考文献：

[1]赵嵩颖.工程流体力学.航空工业出版社

[2]闻德荪,李兆年,黄正华.工程流体力学(水力学)(第2版)[M].北京:高等教育出版社,2005.

[3]伍悦滨,王芳.工程流体力学(水力学)[M].北京:中国建筑工业出版社,2006.

第二篇：工程流体力学

题号：861

《工程流体力学》

考试大纲

一、 考试内容

根据学校教学及该试题涵盖专业的特点，对考试范围作以下要求：

1．流体的基本特性：流体的分子特点与力学特性，流体的压缩性、膨胀性、粘性及热传导性的概念，及其物理本质及影响因素。

2．流体静力学：静止流体受力及其计算方法；流体静力学平衡方程及其应用；非惯性坐标系中静止流体平衡方程的应用；静止流体内部压强计算方法；压强测量方法。

3．一维定常流动：迹线、流线、流管的概念；流线方程、迹线方程；一维定常流动的连续方程、动量方程、能量方程和伯努力方程的物理意义及其应用。

4．管道流动：完全发展的管道层流和湍流流动；管道流动损失的分类，产生的原因；流动损失计算方法；串、并联及分支管道流动损失的计算原则和方法。

5．流体多维运动：多维流动中随流导数的概念和计算方法；多维流运动分析及变形量计算；多维流的连续性方程、动量方程和能量方程及其边界条件。

6．不可压平面势流：流函数、势函数概念及其与速度之间的关系；直匀流，点源，点涡，偶极子的流函数和势函数；叠加原理及其应用；圆柱绕流及特点。

7．粘性流动：粘性应力和广义牛顿定律；粘性流体运动方程；边界层概念及其特点；边界层厚度及积分关系式应用；分离现象及物理本质。

8．可压缩平面流动：可压缩流体的压强、温度、密度、马赫数等概念及反映相互关系的气动函数的应用。

9．扰动波在气流中的传播规律；膨胀波和激波的概念和计算。

10． 可压缩一维定常流动：可压缩一维管流的方程及计算方法；换热管流计算；收敛喷管和拉瓦尔喷管流动状态及计算。

二、 参考书目

1．邢宗文主编：《流体力学基础》，西北工业大学出版社，1992。

2．王新月主编：《气体动力学基础》,西北工业大学出版社，2006。

3．王新月主编：《热力学与气体动力学基础》,西北工业大学出版社，2004。

4．张也影主编：《流体力学》（第二版），高等教育出版社，1999。