【正文】 實(shí)際流動(dòng)往往異常復(fù)雜(例如湍流)，理論分析和數(shù)值計(jì)算會(huì)遇到巨大的數(shù)學(xué)和計(jì)算方面的困難，得不到具體結(jié)果，只能通過現(xiàn)場觀測和實(shí)驗(yàn)室模擬進(jìn)行研究。數(shù)值計(jì)算方法最近發(fā)展很快，其重要性與日俱增。20世紀(jì)30～40年代，對(duì)于復(fù)雜而又特別重要的流體力學(xué)問題，曾組織過人力用幾個(gè)月甚至幾年的時(shí)間做數(shù)值計(jì)算，比如圓錐做超聲速飛行時(shí)周圍的無粘流場就從1943年一直算到1947年?！　∶糠N合理的簡化都有其力學(xué)成果，但也總有其局限性?！　〈送?，流體力學(xué)中還經(jīng)常用各種小擾動(dòng)的簡化，使微分方程和邊界條件從非線性的變成線性的。按目前數(shù)學(xué)發(fā)展的水平看，有不少題目將是在今后幾十年以內(nèi)難于從純數(shù)學(xué)角度完善解決的?！　∏蟪龇匠探M的解后，結(jié)合具體流動(dòng)，解釋這些解的物理含義和流動(dòng)機(jī)理。流體力學(xué)中最常用的基本模型有：連續(xù)介質(zhì)、牛頓流體、不可壓縮流體、理想流體、平面流動(dòng)等?，F(xiàn)場觀測常常是對(duì)已有事物、已有工程的觀測，而實(shí)驗(yàn)室模擬卻可以對(duì)還沒有出現(xiàn)的事物、沒有發(fā)生的現(xiàn)象(如待設(shè)計(jì)的工程、機(jī)械等)進(jìn)行觀察，使之得到改進(jìn)?！　∧Ｐ蛯?shí)驗(yàn)在流體力學(xué)中占有重要地位。因此，人們建立實(shí)驗(yàn)室，使這些現(xiàn)象能在可以控制的條件下出現(xiàn)，以便于觀察和研究。三、流體力學(xué)的研究方法作為一門技術(shù)科學(xué)，流體力學(xué)的研究方法也遵循“實(shí)踐——理論——實(shí)踐”的基本規(guī)律?！　∩锪髯儗W(xué)研究人體或其他動(dòng)植物中有關(guān)的流體力學(xué)問題，例如血液在血管中的流動(dòng)，心、肺、腎中的生理流體運(yùn)動(dòng)和植物中營養(yǎng)液的輸送。等離子體在磁場作用下有特殊的運(yùn)動(dòng)規(guī)律?！　∪紵x不開氣體，這是有化學(xué)反應(yīng)和熱能變化的流體力學(xué)問題，是物理化學(xué)流體動(dòng)力學(xué)的內(nèi)容之一。石油和天然氣的開采，地下水的開發(fā)利用，要求人們了解流體在多孔或縫隙介質(zhì)中的運(yùn)動(dòng)，這是流體力學(xué)分支之——滲流力學(xué)研究的主要對(duì)象?！　?0世紀(jì)初，世界上第一架飛機(jī)出現(xiàn)以后，飛機(jī)和其他各種飛行器得到迅速發(fā)展。氣體常常可視為非粘性流體。動(dòng)量守恒　　例如，在三維的不可壓縮流體中，質(zhì)量守恒的假設(shè)的方程如下：在任意封閉曲面（例如球體）中，由曲面進(jìn)入封閉曲面內(nèi)的質(zhì)量速率，需和由曲面離開封閉曲面內(nèi)的質(zhì)量速率相等。經(jīng)過十多年的發(fā)展，有限元分析這項(xiàng)新的計(jì)算方法又開始在流體力學(xué)中應(yīng)用，尤其是在低速流和流體邊界形狀甚為復(fù)雜問題中，優(yōu)越性更加顯著。這些巨大進(jìn)展是和采用各種數(shù)學(xué)分析方法和建立大型、精密的實(shí)驗(yàn)設(shè)備和儀器等研究手段分不開的。我國杰出的代表錢學(xué)森早在1938年便提出了平板可壓縮層流邊界層的解法——卡門錢學(xué)森解法。后來，謝維列夫?qū)?shí)際鋼管做了同樣的試驗(yàn)，得出鋼管的摩阻系數(shù)實(shí)驗(yàn)曲線。布拉修斯在1913年提出了計(jì)算紊流光滑管阻力系數(shù)的經(jīng)驗(yàn)公式，1908年得出均勻流動(dòng)下平板邊界層的相似解。由雷諾方程積分得到紊流的動(dòng)量積分方程，但需要建立紊流切應(yīng)力項(xiàng)的模型。他還研究過螺旋槳的渦流理論，以及低速翼型和螺旋槳槳葉剖面等。同時(shí)普朗克又提出了許多新概念，并廣泛地應(yīng)用到飛機(jī)和汽輪機(jī)的設(shè)計(jì)中去。德國科學(xué)家普朗特建立了邊界層理論，解釋了阻力產(chǎn)生的機(jī)制，這簡直是一項(xiàng)劃時(shí)代的貢獻(xiàn)。20世紀(jì)初，以茹科夫斯基、普朗特等為代表的科學(xué)家，開創(chuàng)了以無粘不可壓縮流體位勢流理論為基礎(chǔ)的機(jī)翼理論，闡明了機(jī)翼怎樣會(huì)受到舉力，從而空氣能把很重的飛機(jī)托上天空。飛行器研究需要大量流體力學(xué)的理論。瑞利在相似原理的基礎(chǔ)上，提出了實(shí)驗(yàn)研究的量綱分析法中的瑞利分析法。法國人皮托制出測量流動(dòng)壓強(qiáng)的儀器皮托測壓管。1895年，他提出了平均紊流切應(yīng)力NS方程——雷諾方程。它是流體動(dòng)力學(xué)的理論基礎(chǔ)。法國工程師納維于1826年最先導(dǎo)出黏性液體運(yùn)動(dòng)方程。同樣是法國的拉普拉斯提出著名的拉普拉斯方程。至此理論流體力學(xué)形成，它主要是從數(shù)學(xué)解析的方法來試圖解決流體力學(xué)問題。在上述的研究中，流體的粘性并不起重要作用，即所考慮的是無粘流體。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(yùn)動(dòng)微分方程，并且論證了伯努利積分，給出了不可壓縮理想流體運(yùn)動(dòng)的一般解析方法。但是，牛頓還沒有建立起流體動(dòng)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(shí)際情形還有較大的差別。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(shí)驗(yàn)論證了自由落體運(yùn)動(dòng)。他設(shè)計(jì)并建造了第一座大型水閘，從而進(jìn)入了水利工程時(shí)代?？铺乇燃膶W(xué)生發(fā)明了虹吸管和救火水泵。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》。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。這些工程均標(biāo)志著我國古代經(jīng)濟(jì)、文化的繁榮和科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步。東漢杜詩曾創(chuàng)造出水排（水力鼓風(fēng)機(jī)），利用水力并通過機(jī)械傳動(dòng)將空氣送入冶金爐，較西歐早了1100年。說明當(dāng)時(shí)對(duì)水流和堰流流動(dòng)規(guī)律已有了相當(dāng)?shù)恼J(rèn)識(shí)。在與大自然斗爭的過程中，我國勞動(dòng)人民逐漸積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)。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)。輸油管道的設(shè)計(jì)、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(chǔ)油、氣罐的設(shè)計(jì)，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(jìn)行分析與計(jì)算。此外拉格朗日與歐拉提出了描述流體運(yùn)動(dòng)的兩種方法拉格朗日法和歐拉法。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(duì)工程流體力學(xué)認(rèn)識(shí)的萌芽。但是隨著人類文明的發(fā)展，人類開始對(duì)農(nóng)業(yè)灌溉，橋梁制造，河水治理，河水航運(yùn)等有了更大的需求，人類同時(shí)也就對(duì)水流運(yùn)動(dòng)的規(guī)律有了較多的需求和經(jīng)驗(yàn)。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(jià)值。 Engineering application。對(duì)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。煙臺(tái)大學(xué)畢業(yè)論文工程中的流體力學(xué)姓 名：魏強(qiáng) 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(qiáng)學(xué)號(hào)畢業(yè)屆別2012專業(yè)熱能與動(dòng)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(shí)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(shí)際中的應(yīng)用。1315周 對(duì)論文進(jìn)行進(jìn)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(kuò)大，許多工程專業(yè)都開設(shè)有工程流體力學(xué)的課程。[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。流體力學(xué)是力學(xué)的一個(gè)重要分支，它主要研究流體本身的靜止?fàn)顟B(tài)和運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，以及流體和固體界壁間有相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)的相互作用和流動(dòng)的規(guī)律。在人類歷史上，面對(duì)河田的干旱、河道決堤、河運(yùn)堵塞等問題，人類束手無策的案例數(shù)不勝數(shù)。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(yùn)動(dòng)的基本方程，尋求能量轉(zhuǎn)換及各種損失的計(jì)算方法，解決流體與限制其流動(dòng)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(qiáng)的分布規(guī)律。直到17世紀(jì)，英國偉大的科學(xué)家牛頓對(duì)流體有了初步比較深入的研究，他通過實(shí)驗(yàn)提出了牛頓內(nèi)摩擦定律，而黏性運(yùn)動(dòng)的流體符合牛頓摩擦定律。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(chǔ)存及運(yùn)輸，都要涉及流體力學(xué)問題。還有就是在高層建筑中，也要運(yùn)用到空氣動(dòng)力學(xué)研究風(fēng)載荷對(duì)建筑物的影響。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(duì)流體力學(xué)的認(rèn)識(shí)是從航行、灌溉、治水等方面開始的。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。例如用水輪提水，通過簡單的機(jī)械傳動(dòng)去碾米、磨面等。而清朝雍正年間，何夢(mèng)瑤提出流量等于過水?dāng)嗝婷娣e乘以斷面平均流速的計(jì)算方法。早在秦漢時(shí)期就不斷改進(jìn)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(dòng)的渾天儀。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。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。偉大的天才達(dá)芬奇不僅是個(gè)藝術(shù)家，而且還是水力學(xué)的奠基人。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。英國科學(xué)巨人牛頓研究了物體在阻尼介質(zhì)中的運(yùn)動(dòng)，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(yùn)動(dòng)等問題，提出了物質(zhì)運(yùn)動(dòng)的基本定律，發(fā)明了微積分。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(jìn)了流體動(dòng)力學(xué)的發(fā)展。從18世紀(jì)起，位勢流理論有了很大進(jìn)展，在水波、潮汐、渦旋運(yùn)動(dòng)、聲學(xué)等方面都闡明了很多規(guī)律。他嚴(yán)謹(jǐn)?shù)恼撟C了速度勢的存在，并提出了流函數(shù)的概念，為應(yīng)用復(fù)變函數(shù)去解析流體定常的和非定常的平面無旋運(yùn)動(dòng)開辟了道路。法國的泊松解決了第一個(gè)空間流動(dòng)——無旋的繞圓球流動(dòng)問題。此外，十九世紀(jì)流體力學(xué)還產(chǎn)生了兩個(gè)重要分支：黏性流體力學(xué)和氣體動(dòng)力學(xué)。后來統(tǒng)稱該方程為納維——斯托克斯方程(簡稱NS方程)。雷諾是紊流理論的創(chuàng)始者。法國科學(xué)家謝才在1755年便總結(jié)出明渠均勻流公式——謝才公式。愛爾蘭工程師曼寧總結(jié)了渠道粗糙情況的曼寧公式。自1907年第一架飛機(jī)在美國首飛成功，直到原子彈、火箭、人造衛(wèi)星、宇宙飛船、航天飛機(jī)，使人類進(jìn)入了計(jì)算機(jī)時(shí)代和航天時(shí)代。航空事業(yè)的發(fā)展，期望能夠揭示飛行器周圍的壓力分布、飛行器的受力狀況和阻力等問題，這就促進(jìn)了流體力學(xué)在實(shí)驗(yàn)和理論分析方面的發(fā)展。隨著汽輪機(jī)的完善和飛機(jī)飛行速度提高到每秒50米以上，又迅速擴(kuò)展了從19世紀(jì)就開始的，對(duì)空氣密度變化效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)和理論研究，為高速飛行提供了理論指導(dǎo)。普朗特學(xué)派從1904年到1921年逐步將NS方程作了簡化，從推理、數(shù)學(xué)論證和實(shí)驗(yàn)測量等各個(gè)角度，建立了邊界層理論，能實(shí)際計(jì)算簡單情形下，邊界層內(nèi)流動(dòng)狀態(tài)和流體同固體間的粘性力。俄羅斯科學(xué)家茹科夫斯基找到了翼型升力和繞翼型的環(huán)流之間的關(guān)系，建立了二維升力理論的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)。1921年，由微分形式的邊界層方程通過積分得出動(dòng)量積分方程。以后，在紊流邊界層理論、超聲速空氣動(dòng)力學(xué)、火箭及噴氣技術(shù)等方面都有不少貢獻(xiàn)。據(jù)此他還給紊流光滑管和紊流粗糙管的理論公式選定了應(yīng)有的系數(shù)。至此，有壓管流的水力計(jì)算已漸趨成熟。此后，流體力學(xué)又發(fā)展了許多分支，如