【正文】 煙臺大學(xué)畢業(yè)論文工程中的流體力學(xué)姓 名：魏強 導(dǎo) 師： 2012年 5 月 10 日X X大學(xué)X X大學(xué) 畢業(yè)論文任務(wù)書姓名魏強學(xué)號畢業(yè)屆別2012專業(yè)熱能與動力工程畢業(yè)論文題目工程中的流體力學(xué)指導(dǎo)教師學(xué)歷碩士職稱講師所學(xué)專業(yè)食品工程具體要求(主要內(nèi)容、基本要求、主要參考資料等)：論文內(nèi)容：從流體力學(xué)的研究發(fā)展歷史出發(fā)，探討流體力學(xué)在不同歷史時期的研究內(nèi)容、研究方法，分析日常生活現(xiàn)象所包含的流體力學(xué)原理及其在工程實際中的應(yīng)用。主要參考資料：《工程流體力學(xué)》唐曉寅主編 重慶大學(xué)出版社； 《力學(xué)與實踐》中國力學(xué)學(xué)會 進度安排：12周 確定論文方向 37周 查閱文獻資料、調(diào)查收集信息。 812周 歸納整理所收集的信息，列出論文框架結(jié)構(gòu)，撰寫論文。1315周 對論文進行進一步的修改、研究，最終完成論文指導(dǎo)教師簽字：2012年 2月18日院（系）意見： 教學(xué)院長（主任）簽字： 年 月 日備注：[摘要]隨著工程的基礎(chǔ)科學(xué)范圍日益擴大，許多工程專業(yè)都開設(shè)有工程流體力學(xué)的課程。對于工程專業(yè)來說，流體力學(xué)與固體力學(xué)、熱力學(xué)、材料力學(xué)及電學(xué)一樣，已成為主要專業(yè)技術(shù)基礎(chǔ)學(xué)科。流體力學(xué)廣泛應(yīng)用在航天，石油和天然氣開采，地下水的開發(fā)利用，武器的爆炸，沙漠遷移等等。工程流體力學(xué)的基本任務(wù)在于建立描述流體運動的基本方程，確定流體經(jīng)各種通道及繞流不同物體時速度、壓強的分布規(guī)律，探求能量轉(zhuǎn)換及各種損失的計算方法，并解決流體與限制其流動的固體壁之間的相互作用問題。[關(guān)鍵詞]流體力學(xué)；工程應(yīng)用；發(fā)展歷史；Abstract: With the foundation of engineering science range is expanding and many engineering are opened engineering fluid mechanics of the course. For engineering for, fluid mechanics and solid mechanics, thermodynamics, material mechanics and electrical, has bee a main specialized technical foundation course. Fluid mechanics, widely used in aerospace, oil and gas drilling, the development and utilization of ground water, weapons explosion, desert migration and so on. The basic task of the fluid mechanics, engineering is to build describe the basic equations of fluid motion, determined by all kinds of channels and fluid flow around different object speed, pressure distribution law, and to find the energy conversion and various losses calculation method, and solve fluid and limit the flow of solid wall of interaction between the problem. Key words: Fluid mechanics。 Engineering application。 Development history目錄緒論 1第一章 流體力學(xué)的研究發(fā)展歷史與研究內(nèi)容 3第一節(jié) 流體力學(xué)的研究發(fā)展歷史 3一、中國古代流體力學(xué)的發(fā)展 3二、世界流體力學(xué)的發(fā)展 3第二節(jié) 流體力學(xué)的研究內(nèi)容與研究方法 6一、流體力學(xué)基本假設(shè) 6二、流體力學(xué)的研究內(nèi)容 7三、流體力學(xué)的研究方法 8第二章 日常生活現(xiàn)象中的流體力學(xué)原理 11第一節(jié) 運動中的阻力 11第二節(jié) 輪船的相互吸引 12第三章 流體力學(xué)在工程實際中的應(yīng)用 15第一節(jié) 體育工程學(xué)中流體力學(xué)的應(yīng)用 15一、F1賽車 15二、帆船 15三、賽艇、皮劃艇 16四、游泳 17五、自行車、摩托車 17第二節(jié) 都江堰工程中流體力學(xué)的應(yīng)用 18一、都江堰工程簡介 18二、魚嘴——分水堤 18三、飛砂堰——泄洪道 19四、寶瓶口——引水口 19第三節(jié) 土木工程中流體力學(xué)的應(yīng)用 20第四節(jié) 汽車設(shè)計中流體力學(xué)的應(yīng)用 21總結(jié) 23致謝 24參考文獻 25緒論流體力學(xué)，是研究流體(液體和氣體)的力學(xué)運動規(guī)律及其應(yīng)用的學(xué)科。主要研究在各種力的作用下，流體本身的狀態(tài)，以及流體和固體壁面、流體和流體間、流體與其他運動形態(tài)之間的相互作用的力學(xué)分支。流體力學(xué)是力學(xué)的一個重要分支，它主要研究流體本身的靜止?fàn)顟B(tài)和運動狀態(tài)，以及流體和固體界壁間有相對運動時的相互作用和流動的規(guī)律。在生活、環(huán)保、科學(xué)技術(shù)及工程中具有重要的應(yīng)用價值。流體力學(xué)中研究得最多的流體是水和空氣。它的主要基礎(chǔ)是牛頓運動定律和質(zhì)量守恒定律，此外還要用到熱力學(xué)知識，有時還會用到宏觀電動力學(xué)的基本定律、本構(gòu)方程和高等數(shù)學(xué)、物理學(xué)、化學(xué)等基礎(chǔ)知識。在人類歷史上，面對河田的干旱、河道決堤、河運堵塞等問題，人類束手無策的案例數(shù)不勝數(shù)。但是隨著人類文明的發(fā)展，人類開始對農(nóng)業(yè)灌溉，橋梁制造，河水治理，河水航運等有了更大的需求，人類同時也就對水流運動的規(guī)律有了較多的需求和經(jīng)驗。但是要合理而科學(xué)的控制和運用流體，就需要一個比較系統(tǒng)的學(xué)科理論去指導(dǎo)，于是工程流體力學(xué)的誕生已經(jīng)迫在眉睫。工程流體力學(xué)是研究流體平衡和運動的規(guī)律及其在工程實踐中應(yīng)用的一門科學(xué)，而工程流體力學(xué)的研究對象亦為液體和氣體。工程流體力學(xué)的基本任務(wù)在于建立某種能描述流體運動的基本方程，尋求能量轉(zhuǎn)換及各種損失的計算方法，解決流體與限制其流動的固體壁之間的相互作用問題，以及確定流體經(jīng)過各種通道及繞流不同物體是速度、壓強的分布規(guī)律。中國歷史上的大禹治水，李冰修建的都江堰以及古羅馬人在早期就建立了較完善的供水管道系統(tǒng)都是對工程流體力學(xué)認(rèn)識的萌芽。但是對流體力學(xué)做出科學(xué)認(rèn)識的還是古希臘科學(xué)家阿基米德寫的《論浮體》一書，此書對流體力學(xué)做了一個比較科學(xué)的總結(jié)，可以算得上流體力學(xué)的鼻祖了。然而在一段時期流體力學(xué)并沒有很大的發(fā)展。直到17世紀(jì)，英國偉大的科學(xué)家牛頓對流體有了初步比較深入的研究，他通過實驗提出了牛頓內(nèi)摩擦定律，而黏性運動的流體符合牛頓摩擦定律。此外拉格朗日與歐拉提出了描述流體運動的兩種方法拉格朗日法和歐拉法。緊接著普朗特、皮托、達朗貝爾、伯努利等人對流體力學(xué)的發(fā)展與完善也做出了不可磨滅的貢獻。[1]流體力學(xué)廣泛應(yīng)用于航空航天、城市給排水、航海、冶金采礦、天文氣象、環(huán)境保護、水利水電、消防、食品、化工、大氣、海洋、生物、土木建筑、軍工核能等，都有許多流體力學(xué)的應(yīng)用問題。例如在石油及天然氣工業(yè)中，鉆井、石油化工、天然氣的輸送、石油化工、采油工藝、石油及油品的儲存及運輸，都要涉及流體力學(xué)問題。輸油管道的設(shè)計、管道直徑的確定，泵站位置的確定，輸油泵的選擇和安裝，管道水擊現(xiàn)象的分析與控制，儲油、氣罐的設(shè)計，以及收發(fā)油系統(tǒng)的操作與管理，都必須以及流體力學(xué)的基本原理進行分析與計算。另外在橋梁上，就需要對河水各個數(shù)據(jù)的掌握。以便對橋梁涵洞，配筋的設(shè)計。還有就是在高層建筑中，也要運用到空氣動力學(xué)研究風(fēng)載荷對建筑物的影響。我國的三峽大壩，葛洲壩等各大水利樞紐工程就是工程流體力學(xué)的重大體現(xiàn)。還有我國近幾年來航空航天工程對流體力學(xué)的應(yīng)用也是淋漓盡致。[2]本文主要從流體力學(xué)的研究發(fā)展歷史出發(fā)，探討流體力學(xué)在不同歷史時期的研究內(nèi)容、研究方法，分析日常生活現(xiàn)象所包含的流體力學(xué)原理及其在工程實踐中的應(yīng)用。第一章 流體力學(xué)的研究發(fā)展歷史與研究內(nèi)容第一節(jié) 流體力學(xué)的研究發(fā)展歷史一、中國古代流體力學(xué)的發(fā)展人類最早對流體力學(xué)的認(rèn)識是從航行、灌溉、治水等方面開始的。在與大自然斗爭的過程中，我國勞動人民逐漸積累了豐富的經(jīng)驗。在我國古代建起了很多水利工程，發(fā)明了各種利用水能的水力機械，這些都是對工程流體力學(xué)的早期應(yīng)用。4000多年之前的大禹治水，就能充分說明在我國古代已有大規(guī)模的治河工程。在秦朝年間便修建了都江堰、鄭國渠和靈渠三大水利工程，特別是李冰主持修建的都江堰，既能利于洪水的疏排，又能用于灌溉農(nóng)田，并總結(jié)出了比較系統(tǒng)的治水原則。說明當(dāng)時對水流和堰流流動規(guī)律已有了相當(dāng)?shù)恼J(rèn)識。西漢武帝時期，在黃土高原上修建了龍首渠以引洛水灌溉農(nóng)田，并且創(chuàng)造了井渠法，有效地防止了黃土塌方。在我國古代，以水為動了的簡單機械也有了長足的發(fā)展。例如用水輪提水，通過簡單的機械傳動去碾米、磨面等。東漢杜詩曾創(chuàng)造出水排（水力鼓風(fēng)機），利用水力并通過機械傳動將空氣送入冶金爐，較西歐早了1100年。北宋時期，在運河上修建的船閘比荷蘭的船閘早了300多年。明朝水利學(xué)家潘季順體術(shù)“筑堤防溢，建壩減水，以堤束水，以水攻沙”和“借清刷黃”的治黃原則。而清朝雍正年間，何夢瑤提出流量等于過水?dāng)嗝婷娣e乘以斷面平均流速的計算方法。這些工程均標(biāo)志著我國古代經(jīng)濟、文化的繁榮和科學(xué)技術(shù)的進步。此外，我國古代的造船、航海技術(shù)也走在世界的前列。在水力機械、水力學(xué)、水文上，我國古代也是領(lǐng)先的。早在秦漢時期就不斷改進水磨、水力鼓風(fēng)設(shè)備和水車，漢代張衡發(fā)明了水力帶動的渾天儀。除此之外我國根據(jù)銅壺滴漏的孔口泄流原理而發(fā)明了水鐘。以上成就均說明了我們的祖先對水流的性質(zhì)及其規(guī)律已有了充分的認(rèn)識。然而，由于社會及時代的局限性，使我國的流體力學(xué)科學(xué)長期停留在經(jīng)驗的形式上，因此未能形成系統(tǒng)的科學(xué)理論。而現(xiàn)在所學(xué)習(xí)的流體力學(xué)理論，是從西歐發(fā)展起來的。二、世界流體力學(xué)的發(fā)展準(zhǔn)備階段 古希臘學(xué)者阿基米德曾發(fā)表學(xué)術(shù)論文《論浮體》。第一個闡明了相對密度的概念，發(fā)現(xiàn)了物體在流體中所受浮力的基本原理——阿基米德原理。它不但是流體力學(xué)的一條重要定律，而且也為物理學(xué)的產(chǎn)生奠定了基礎(chǔ)。阿基米德的學(xué)生科特比集曾發(fā)明氣槍、抽水唧筒和水泵?？铺乇燃膶W(xué)生發(fā)明了虹吸管和救火水泵。以上是古希臘人對流體力學(xué)發(fā)展的貢獻。 在古希臘衰退之后，歐洲出現(xiàn)一段科學(xué)的停滯期，直到意大利文藝復(fù)興時期。偉大的天才達芬奇不僅是個藝術(shù)家，而且還是水力學(xué)的奠基人。他設(shè)計并建造了第一座大型水閘，從而進入了水利工程時代。此外，他還做了大量的水力學(xué)實驗，如水躍，漩渦形成，射流和連續(xù)性原理等，更加系統(tǒng)的研究了物體的孔口出流、沉浮、物體的運動阻力，以及明渠中的水流、管道等問題，為近代流體力學(xué)的誕生奠定了基礎(chǔ)。進入十七世紀(jì)，隨著產(chǎn)業(yè)革命的爆發(fā)，流體力學(xué)也得到了長足的發(fā)展。史蒂文將用于研究固體平衡的凝結(jié)原理轉(zhuǎn)用到流體上。意大利偉大的物理學(xué)家伽利略研究了流體的穩(wěn)定性，通過著名的比薩斜塔實驗論證了自由落體運動。此外，他還研究了質(zhì)點運動學(xué)，為牛頓力學(xué)的誕生開辟了道路。法國科學(xué)家托里拆利提出孔口泄流定律和著名的大氣壓強實驗，而帕斯卡也在1643年提出壓強傳遞定理。英國科學(xué)巨人牛頓研究了物體在阻尼介質(zhì)中的運動，建立了流體內(nèi)摩擦定律，為黏性流體力學(xué)初步奠定了理論基礎(chǔ)，并討論了波浪運動等問題，提出了物質(zhì)運動的基本定律，發(fā)明了微積分。但是，牛頓還沒有建立起流體動力學(xué)的理論基礎(chǔ)，他提出的許多力學(xué)模型和結(jié)論同實際情形還有較大的差別。創(chuàng)立階段隨著十八世紀(jì)第一次技術(shù)革命給近代自然科學(xué)的發(fā)展帶來了黎明，流體力學(xué)也伴隨其他學(xué)科有了較大的發(fā)展，并逐漸形成獨立的學(xué)科。在這一時期瑞士數(shù)學(xué)家伯努利對古典流體力學(xué)做出巨大貢獻，被稱為流體力學(xué)的奠基人，建立了流體位勢能、壓強勢能和動能之間的能量轉(zhuǎn)換關(guān)系——伯努利方程。在這一歷史階段科學(xué)家們的工作奠定了流體靜力學(xué)的基礎(chǔ)，促進了流體動力學(xué)的發(fā)展。另一位經(jīng)典流體力學(xué)的奠基人數(shù)學(xué)家歐拉，提出了流體的連續(xù)介質(zhì)模型，建立了流體平衡微分方程、連續(xù)性微分方程和理想流體的運動微分方程，并且論證了伯努利積分，給出了不可壓縮