【正文】 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(guó)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(jī)械，這些都是對(duì)工程流體力學(xué)的早期應(yīng)用。還有我國(guó)近幾年來航空航天工程對(duì)流體力學(xué)的應(yīng)用也是淋漓盡致。另外在橋梁上，就需要對(duì)河水各個(gè)數(shù)據(jù)的掌握。緊接著普朗特、皮托、達(dá)朗貝爾、伯努利等人對(duì)流體力學(xué)的發(fā)展與完善也做出了不可磨滅的貢獻(xiàn)。但是對(duì)流體力學(xué)做出科學(xué)認(rèn)識(shí)的還是古希臘科學(xué)家阿基米德寫的《論浮體》一書，此書對(duì)流體力學(xué)做了一個(gè)比較科學(xué)的總結(jié)，可以算得上流體力學(xué)的鼻祖了。但是要合理而科學(xué)的控制和運(yùn)用流體，就需要一個(gè)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。流體力學(xué)中研究得最多的流體是水和空氣。 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?jī)?nèi)容 3第一節(jié) 流體力學(xué)的研究發(fā)展歷史 3一、中國(guó)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?jī)?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?jī)?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(yùn)動(dòng)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(shí)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(jiǎn)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(jì)中流體力學(xué)的應(yīng)用 21總結(jié) 23致謝 24參考文獻(xiàn) 25緒論流體力學(xué)，是研究流體(液體和氣體)的力學(xué)運(yùn)動(dòng)規(guī)律及其應(yīng)用的學(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。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(shí)踐》中國(guó)力學(xué)學(xué)會(huì) 進(jìn)度安排：12周 確定論文方向 37周 查閱文獻(xiàn)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。工程流體力學(xué)的基本任務(wù)在于建立描述流體運(yùn)動(dòng)的基本方程，確定流體經(jīng)各種通道及繞流不同物體時(shí)速度、壓強(qiáng)的分布規(guī)律，探求能量轉(zhuǎn)換及各種損失的計(jì)算方法，并解決流體與限制其流動(dòng)的固體壁之間的相互作用問題。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(yùn)動(dòng)形態(tài)之間的相互作用的力學(xué)分支。它的主要基礎(chǔ)是牛頓運(yùn)動(dòng)定律和質(zhì)量守恒定律，此外還要用到熱力學(xué)知識(shí)，有時(shí)還會(huì)用到宏觀電動(dòng)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(shí)。工程流體力學(xué)是研究流體平衡和運(yùn)動(dòng)的規(guī)律及其在工程實(shí)踐中應(yīng)用的一門科學(xué)，而工程流體力學(xué)的研究對(duì)象亦為液體和氣體。然而在一段時(shí)期流體力學(xué)并沒有很大的發(fā)展。[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(hù)、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。以便對(duì)橋梁涵洞，配筋的設(shè)計(jì)。[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(shí)期的研究?jī)?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(shí)踐中的應(yīng)用。4000多年之前的大禹治水，就能充分說明在我國(guó)古代已有大規(guī)模的治河工程。在我國(guó)古代，以水為動(dòng)了的簡(jiǎn)單機(jī)械也有了長(zhǎng)足的發(fā)展。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。在水力機(jī)械、水力學(xué)、水文上，我國(guó)古代也是領(lǐng)先的。然而，由于社會(huì)及時(shí)代的局限性，使我國(guó)的流體力學(xué)科學(xué)長(zhǎng)期停留在經(jīng)驗(yàn)的形式上，因此未能形成系統(tǒng)的科學(xué)理論。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)。 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(shí)期。進(jìn)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(zhǎng)足的發(fā)展。法國(guó)科學(xué)家托里拆利提出孔口泄流定律和著名的大氣壓強(qiáng)實(shí)驗(yàn)，而帕斯卡也在1643年提出壓強(qiáng)傳遞定理。在這一時(shí)期瑞士數(shù)學(xué)家伯努利對(duì)古典流體力學(xué)做出巨大貢獻(xiàn)，被稱為流體力學(xué)的奠基人，建立了流體位勢(shì)能、壓強(qiáng)勢(shì)能和動(dòng)能之間的能量轉(zhuǎn)換關(guān)系——伯努利方程。歐拉方程和伯努利方程的建立，是流體動(dòng)力學(xué)作為一個(gè)分支學(xué)科建立的標(biāo)志，從此開始了用微分方程和實(shí)驗(yàn)測(cè)量進(jìn)行流體運(yùn)動(dòng)定量研究的階段。法國(guó)數(shù)學(xué)家達(dá)朗貝爾提出“理想流動(dòng)沒有運(yùn)動(dòng)阻力”的假說，而拉格朗日提出了新的流體動(dòng)力學(xué)微分方程，使流體動(dòng)力學(xué)的解析方法有了進(jìn)一步發(fā)展。在無旋流問題上，法國(guó)的柯西嚴(yán)密論證了拉格朗日的無旋流理論。亥姆霍茲和基爾霍夫?qū)u旋運(yùn)動(dòng)和分離流動(dòng)進(jìn)行了大量的理論分析和實(shí)驗(yàn)研究，提出了表征渦旋基本性質(zhì)的渦旋定理、帶射流的物體繞流阻力等成果。英國(guó)的斯托克斯將流體質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)分解為平動(dòng)、轉(zhuǎn)動(dòng)、均勻膨脹或壓縮及剪切所引起的變形運(yùn)動(dòng)。英國(guó)的雷諾在1883年用實(shí)驗(yàn)證實(shí)了黏性流體的兩種流動(dòng)狀態(tài)——層流和紊流的客觀存在，找到了實(shí)驗(yàn)研究黏性流體流動(dòng)規(guī)律的相似準(zhǔn)則數(shù)——雷諾數(shù)，以及判別層流和紊流的臨界雷諾數(shù)，為流動(dòng)阻止的研究奠定了基礎(chǔ)。于是他們部分地運(yùn)用流體力學(xué)，部分地采用歸納實(shí)驗(yàn)結(jié)果的半經(jīng)驗(yàn)公式進(jìn)行研究，這就形成了水力學(xué)，至今它仍與流體力學(xué)并行地發(fā)展。德國(guó)工程師魏斯巴赫和法國(guó)工程師達(dá)西分別通過實(shí)驗(yàn)總結(jié)了管道流動(dòng)阻力計(jì)算公式：達(dá)西——魏斯巴赫公式。現(xiàn)代發(fā)展階段二十世紀(jì)，世界進(jìn)入第三次工業(yè)革命，各種新科學(xué)、新技術(shù)不斷涌現(xiàn)。　 20世紀(jì)初，飛機(jī)的出現(xiàn)極大地促進(jìn)了空氣動(dòng)力學(xué)的發(fā)展。機(jī)翼理論和邊界層理論的建立和發(fā)展是流體力學(xué)的一次重大進(jìn)展，它使無粘流體理論同粘性流體的邊界層理論很好地結(jié)合起來。并且在1918——1919年間論述了大展弦比的有限翼展機(jī)翼理論，對(duì)現(xiàn)代航空工業(yè)的發(fā)展做出了重要貢獻(xiàn)。使上述兩種情況得到了統(tǒng)一。美國(guó)導(dǎo)彈專家卡門提出了分析帶旋渦尾流及其所生產(chǎn)的阻力的理論，這種尾渦的排列被稱為“卡門渦街”。提出了計(jì)算紊流粗糙管阻力系數(shù)的理論公式。尼古拉茲在1933年公布了他對(duì)砂粒粗糙管內(nèi)水流阻力系數(shù)的實(shí)測(cè)結(jié)果——尼古拉茲曲線。莫迪在1944年給出了他繪制的實(shí)用管道的當(dāng)量糙粒阻力系數(shù)圖——莫迪圖。以上述這些理論為基礎(chǔ)，20世紀(jì)40年代，關(guān)于炸藥或天然氣等介質(zhì)中發(fā)生的爆轟波又形成了新的理論，為研究原子彈、炸藥等起爆后，激波在空氣或水中的傳播，發(fā)展了爆炸波理論。與此同時(shí)，由于民用和軍用生產(chǎn)的需要，液體動(dòng)力學(xué)等學(xué)科也有很大進(jìn)展。從20世紀(jì)60年代起，流體力學(xué)開始了流體力學(xué)和其他學(xué)科的互相交叉滲透，形成新的交叉學(xué)科或邊緣學(xué)科，如物理化學(xué)流體動(dòng)力學(xué)、磁流體力學(xué)等；原來基本上只是定性地描述的問題，逐步得到定量的研究，生物流變學(xué)就是一個(gè)例子?！　×黧w力學(xué)假設(shè)所有流體滿足以下的假設(shè)：　　液體可以算是不可壓縮流體，氣體則不是。二、流體力學(xué)的研究?jī)?nèi)容 大氣和水是最常見的兩種流體，大氣包圍著整個(gè)地球，地球表面的70%是水面。航空航天事業(yè)的蓬勃發(fā)展是同流體力學(xué)的分支學(xué)科——空氣動(dòng)力學(xué)和氣體動(dòng)力學(xué)的發(fā)展緊密相連的。在機(jī)械工業(yè)中，如水輪機(jī)、燃?xì)廨啓C(jī)、噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)、蒸汽輪機(jī)、液體燃料火箭、內(nèi)燃機(jī)等，都是以流體能量為原動(dòng)力的動(dòng)力機(jī)械；水壓機(jī)、水泵、油泵、風(fēng)扇、通風(fēng)機(jī)、壓縮機(jī)等，都是以流體為工作對(duì)象的流體機(jī)械?！　∩衬w移、河流泥沙運(yùn)動(dòng)、管道中煤粉輸送、化工中氣體催化劑的運(yùn)動(dòng)等，都涉及流體中帶有固體顆?；蛞后w中帶有氣泡等問題，這類問題是多相流體力學(xué)研究的范圍?！　★L(fēng)對(duì)建筑物、橋梁、電纜等的作用使它們承受載荷和激發(fā)振動(dòng)；廢氣和廢水的排放造成環(huán)境污染；河床沖刷遷移和海岸遭受侵蝕；研究這些流體本身的運(yùn)動(dòng)及其同人類、動(dòng)植物間的相互作用的學(xué)科稱為環(huán)境流體力學(xué) (其中包括環(huán)境空氣動(dòng)力學(xué)、建筑空氣動(dòng)力學(xué))。因此，流體力學(xué)既包含自然科學(xué)的基礎(chǔ)理論，又涉及工程技術(shù)科學(xué)方面的應(yīng)用。過去對(duì)天氣的觀測(cè)和預(yù)報(bào)，基本上就是這樣進(jìn)行的。實(shí)驗(yàn)?zāi)茱@示運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)及其主要趨勢(shì)，有助于形成概念，檢驗(yàn)理論的正確性。有些流動(dòng)現(xiàn)象難于靠理論計(jì)算解決，有的則不可能做原型實(shí)驗(yàn)(成本太高或規(guī)模太大)。理論分析　　理論分析是根據(jù)流體運(yùn)動(dòng)的普遍規(guī)律如質(zhì)量守恒、動(dòng)量守恒、能量守恒等，利用數(shù)學(xué)分析的手段，研究流體的運(yùn)動(dòng)，解釋已知的現(xiàn)象，預(yù)測(cè)可能發(fā)生的結(jié)果。此外，還要加上某些聯(lián)系流動(dòng)參量的關(guān)系式(例如狀態(tài)方程)，或者其他方程。　　從基本概念到基本方程的一系列定量研究，都涉及到很深的數(shù)學(xué)問題，所以流體力學(xué)的發(fā)展是以數(shù)學(xué)的發(fā)展為前提。　　對(duì)于一個(gè)特定領(lǐng)域，考慮具體的物理性質(zhì)和運(yùn)動(dòng)的具體環(huán)境后，抓住主要因素忽略次要因素進(jìn)行抽象化也同時(shí)是簡(jiǎn)化，建立特定的力學(xué)理論模型，便可以克服數(shù)學(xué)上的困難，進(jìn)一步深入地研究流體的平衡和運(yùn)動(dòng)性質(zhì)。聲學(xué)中的所謂小擾動(dòng)，就是指聲音在流體中傳播時(shí)，流體的狀態(tài)(壓力、密度、流體質(zhì)點(diǎn)速度)同聲音未傳到時(shí)的差別很小。掌握合理的簡(jiǎn)化方法，正確解釋簡(jiǎn)化后得出的規(guī)律或結(jié)論，全面并充分認(rèn)識(shí)簡(jiǎn)化模型的適用范圍，正確估計(jì)它帶來的同實(shí)際的偏離，正是流體力學(xué)理論工作和實(shí)驗(yàn)工作的精華。從20世紀(jì)60年代起，在飛行器和其他涉及流體運(yùn)動(dòng)的課題中，經(jīng)常采用電子計(jì)算機(jī)做數(shù)值模擬，這可以和物理實(shí)驗(yàn)相輔相成。實(shí)驗(yàn)需要理論指導(dǎo)，才能從分散的、表面上無聯(lián)系的現(xiàn)象和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)中得出規(guī)律性的結(jié)論。日常生活中我們都有體會(huì)，當(dāng)你在高速行駛的汽車上把手伸出窗外時(shí)會(huì)明顯感覺到阻力的作用。只是到了20世紀(jì)，由于航空事業(yè)的發(fā)展和需要，人們才比較清楚的理解了這個(gè)現(xiàn)象。風(fēng)洞就是研究靜止物體在氣流中受力情況的設(shè)備，人們?cè)谝粋€(gè)固定管道內(nèi)制造出可控制的氣流，模擬物體在空氣中運(yùn)動(dòng)時(shí)周圍的流場(chǎng)，通過傳感器測(cè)出各種形狀的物體在風(fēng)中所受的阻力、升力、壓力等。如汽車在空氣中，運(yùn)動(dòng)的前方總要擠壓和排開空氣，空氣的分子密度較大，相向速度較快，碰撞導(dǎo)致前方壓力較大。實(shí)際上汽車阻力主要來自后部形成的尾流，稱為形狀阻力。45。90年代以后，研究人員研制開發(fā)的未來型汽車，阻力系數(shù)僅為0。牛頓曾認(rèn)為阻力與速度的平方成正比，這只是在某些場(chǎng)合下大致符合。在正常情況下，物體表面越光滑，在邊界層越不容易產(chǎn)生湍流，摩擦阻力越小。尤其是在當(dāng)今，體育成績(jī)已經(jīng)接近運(yùn)動(dòng)極限，競(jìng)爭(zhēng)更加激烈，運(yùn)動(dòng)成績(jī)?cè)谑种幻搿俜种幻腴g較量，阻力的影響就變得至關(guān)重要了。水的密度比空氣大很多，在水中的運(yùn)動(dòng)受到的阻力更大。早期的跳臺(tái)滑雪空中動(dòng)作讓身體和滑雪板盡量平行，雙臂伸向前方，后來改進(jìn)為雙臂向后緊靠臀部，使空氣阻力進(jìn)一步減小。雖然張開的滑雪板的空氣阻力大于平行的滑雪板，但因?yàn)榛┌邋e(cuò)開漏出了身體使飛行面積增大，從而增加了升力，是“升阻比”更接近合理的值。結(jié)果就發(fā)生了撞船事故?？墒窃谶€不能建造很大的船的時(shí)候，這種現(xiàn)象也顯得并不嚴(yán)重。伯努利在1726年提出的“伯努利原理”。伯努利在1726年首先提出時(shí)的內(nèi)容就是：在水流或氣流里，如果速度小，壓強(qiáng)就大，如果速度大，壓強(qiáng)就小。由伯努利方程可知,機(jī)翼上方的壓強(qiáng)小,下方的壓強(qiáng)大。汽油發(fā)動(dòng)機(jī)的汽化器,與噴霧器的原理相同。不轉(zhuǎn)球水平向左運(yùn)動(dòng)時(shí)周圍空氣的流線。跟不轉(zhuǎn)球相比，旋轉(zhuǎn)球因?yàn)樾D(zhuǎn)而受到向下的力，飛行軌跡要向下彎曲。還是根據(jù)伯努利原理，靠近車廂的地方壓力小，遠(yuǎn)離車廂的地方壓力大，二者之間有壓力差，因此，在站臺(tái)上候車，如果你靠鐵軌太近，就會(huì)感覺后面好像有人推你往前，很可能造成交通事故，其實(shí)是因?yàn)閴毫Σ畎涯阃七^去的。不過從這里產(chǎn)生的力的作用卻一點(diǎn)也沒改變：在這條能動(dòng)的溝的狹窄部分，水對(duì)溝壁所施加的壓力比它對(duì)輪船周圍空間所施的壓力要小?？梢姶恢g的引力是由于流水的吸引作用造成的。第三章 流體力學(xué)在工程實(shí)際中的應(yīng)用流體力學(xué)既包含自然科學(xué)的基礎(chǔ)理論，又涉及工程技術(shù)科學(xué)方面的應(yīng)用。通過對(duì)各種運(yùn)動(dòng)器材的力學(xué)特性的進(jìn)一步研究，使我們能夠設(shè)計(jì)和制造出流體動(dòng)力性能更加優(yōu)秀、強(qiáng)度更高、重量更輕的運(yùn)動(dòng)器材。20世紀(jì)90年代初期，一些F1方程式車隊(duì)開始采用計(jì)算流體力學(xué)方法提高他們賽車的流體力學(xué)性能。 如今，每個(gè)車隊(duì)都有一個(gè)擁有風(fēng)洞群和計(jì)算流體力學(xué)空氣動(dòng)力部門。F1方程式賽車氣動(dòng)布局的計(jì)算流體力學(xué)研究，不僅設(shè)計(jì)出了新型的器材，而且通過這些研究還建立起了多種新型的器材設(shè)計(jì)方法。 風(fēng)帆推進(jìn)追求高的升力系數(shù)，風(fēng)帆船工作的工況復(fù)雜，有船體和海面邊界存在，入射風(fēng)又受海面梯度風(fēng)的影響，因此。麻省理工學(xué)院Kerwin等人1974年對(duì)兩條帆船實(shí)測(cè)得到一些全尺度的記錄數(shù)據(jù)，被他們內(nèi)部所引用。在計(jì)算過程中，每步計(jì)算都可以得出帆上的力和力矩，然后利用牛頓方程得到帆船的加速度、船的速度和姿