【正文】 高超聲速空氣動(dòng)力學(xué)、超音速空氣動(dòng)力學(xué)、稀薄空氣動(dòng)力學(xué)、電磁流體力學(xué)、計(jì)算流體力學(xué)、兩相(氣液或氣固)流等等。20世紀(jì)60年代，根據(jù)結(jié)構(gòu)力學(xué)和固體力學(xué)的需要，出現(xiàn)了計(jì)算彈性力學(xué)問題的有限元法。[1]第二節(jié) 流體力學(xué)的研究內(nèi)容與研究方法一、流體力學(xué)基本假設(shè) 流體力學(xué)有一些基本假設(shè)，基本假設(shè)以方程的形式表示。質(zhì)量守恒　　有時(shí)也會(huì)假設(shè)流體的黏度為零，此時(shí)流體即為非粘性流體。大氣運(yùn)動(dòng)、海水運(yùn)動(dòng)(包括波浪、潮汐、中尺度渦旋、環(huán)流等)乃至地球深處熔漿的流動(dòng)都是流體力學(xué)的研究內(nèi)容。這些學(xué)科是流體力學(xué)中最活躍、最富有成果的領(lǐng)域。它們的工作原理、性能、使用和實(shí)驗(yàn)都是以流體力學(xué)為理論基礎(chǔ)的?！　〉入x子體是自由電子、帶等量正電荷的離子以及中性粒子的集合體。這是一門涉及經(jīng)典流體力學(xué)、氣象學(xué)、海洋學(xué)和水力學(xué)、結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)等的新興邊緣學(xué)科。此外，如從流體作用力的角度，則可分為流體靜力學(xué)、流體運(yùn)動(dòng)學(xué)和流體動(dòng)力學(xué)；從對(duì)不同“力學(xué)模型”的研究來分，則有理想流體動(dòng)力學(xué)、粘性流體動(dòng)力學(xué)、不可壓縮流體動(dòng)力學(xué)、可壓縮流體動(dòng)力學(xué)和非牛頓流體力學(xué)等。實(shí)驗(yàn)室模擬　　不過現(xiàn)場(chǎng)流動(dòng)現(xiàn)象的發(fā)生往往不能控制，發(fā)生條件幾乎不可能完全重復(fù)出現(xiàn)，影響到對(duì)流動(dòng)現(xiàn)象和規(guī)律的研究；現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)還要花費(fèi)大量物力、財(cái)力和人力。二百年來流體力學(xué)發(fā)展史中每一項(xiàng)重大進(jìn)展都離不開實(shí)驗(yàn)。這時(shí)，根據(jù)模型實(shí)驗(yàn)所得的數(shù)據(jù)可以用像換算單位制那樣的簡(jiǎn)單算法求出原型的數(shù)據(jù)。理論分析的步驟大致如下：首先是建立“力學(xué)模型”，即針對(duì)實(shí)際流體的力學(xué)問題，分析其中的各種矛盾并抓住主要方面，對(duì)問題進(jìn)行簡(jiǎn)化而建立反映問題本質(zhì)的“力學(xué)模型”。這些方程合在一起稱為流體力學(xué)基本方程組。反過來，那些經(jīng)過了實(shí)驗(yàn)和工程實(shí)踐考驗(yàn)過的流體力學(xué)理論，又檢驗(yàn)和豐富了數(shù)學(xué)理論，它所提出的一些未解決的難題，也是進(jìn)行數(shù)學(xué)研究、發(fā)展數(shù)學(xué)理論的好課題?！　?0世紀(jì)50年代開始，在設(shè)計(jì)攜帶人造衛(wèi)星上天的火箭發(fā)動(dòng)機(jī)時(shí)，配合實(shí)驗(yàn)所做的理論研究，正是依靠一維定常流的引入和簡(jiǎn)化，才能及時(shí)得到指導(dǎo)設(shè)計(jì)的流體力學(xué)結(jié)論。線性化水波理論、薄機(jī)翼理論等雖然由于簡(jiǎn)化而有些粗略，但都是比較好地采用了小擾動(dòng)方法的例子。　　流體力學(xué)的基本方程組非常復(fù)雜，在考慮粘性作用時(shí)更是如此，如果不靠計(jì)算機(jī)，就只能對(duì)比較簡(jiǎn)單的情形或簡(jiǎn)化后的歐拉方程或NS方程進(jìn)行計(jì)算。數(shù)值模擬和實(shí)驗(yàn)?zāi)M相互配合，使科學(xué)技術(shù)的研究和工程設(shè)計(jì)的速度加快，并節(jié)省開支。反之，理論分析和數(shù)值計(jì)算也要依靠現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)和實(shí)驗(yàn)室模擬給出物理圖案或數(shù)據(jù)，以建立流動(dòng)的力學(xué)模型和數(shù)學(xué)模式；最后，還須依靠實(shí)驗(yàn)來檢驗(yàn)這些模型和模式的完善程度。阻力現(xiàn)象與我們生產(chǎn)和生活有密切的關(guān)系，很早就引起人們的關(guān)注。阻力與很多因素有關(guān)，比如物體的形狀、流體的性質(zhì)、運(yùn)動(dòng)的速度等，很難給出統(tǒng)一的解釋，不同情況需要有不同的描述。目前在飛行動(dòng)力學(xué)研究中，風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)仍起著決定性作用。而在后方形成尾流區(qū)，尾流區(qū)中空氣密度相對(duì)較低，分子碰撞較少，產(chǎn)生的壓力較小，這在車體的前后形成壓力差。20世紀(jì)30年代起，人們開始運(yùn)用流體力學(xué)原理改進(jìn)汽車尾部形狀，出現(xiàn)甲殼蟲型，阻力系數(shù)降至0。80年代經(jīng)過風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)研究后又改進(jìn)為魚型，阻力系數(shù)為0。137；摩擦阻力很好理解，在物體與流體之間的界面處形成一個(gè)界面層，層間有相對(duì)運(yùn)動(dòng)，摩擦是必然存在的。除了速度，物體形狀對(duì)阻力影響很大，在同樣的截面和運(yùn)動(dòng)速度情況下，不同的形狀產(chǎn)生的阻力大小有很大差別。但有時(shí)不光滑的表面反而會(huì)減小阻力，這說明阻力現(xiàn)象是復(fù)雜多變的，不能一概而論。在自行車賽中，減小阻力的措施較為明顯，首先自行車賽車都是按空氣動(dòng)力學(xué)原理設(shè)計(jì)的，騎自行車時(shí)，車手需俯身向前，處于符合氣體動(dòng)力的位置，以便減少在空氣中的阻力。游泳中既要千方百計(jì)降低身體前進(jìn)的阻力，又要加大劃水的阻力，才能取得好的成績。此時(shí)，跳雪運(yùn)動(dòng)員的身體已經(jīng)成了一個(gè)“飛行器”，從側(cè)面看去，酷似一架飛機(jī)機(jī)翼的剖面圖。[3]第二節(jié) 輪船的相互吸引1912年秋天，世界上最大的遠(yuǎn)洋航輪之一“奧林匹克”號(hào)出了這樣一件事。這次撞擊非常劇烈，以致“豪克”號(hào)把“奧林匹克”號(hào)的船舷撞了一個(gè)大洞。在大輪船或軍艦旁邊駛過的小船所出的許多事故，大概都是同樣的原因引起的。這是在流體力學(xué)的連續(xù)介質(zhì)理論方程建立之前，水力學(xué)所采用的基本原理，其實(shí)質(zhì)是流體的機(jī)械能守恒?？梢宰C明，如果液體沿著一條有寬有窄的溝向前流動(dòng)，那么在溝的狹窄部分它就會(huì)流的快些，并且壓向溝壁的壓力也比寬的部分小些；而在寬的部分它就要流的慢些，并且壓向溝壁的壓力也比較大些。這樣就產(chǎn)生了作用在機(jī)翼上的方向的升力。汽化器是向汽缸里供給燃料與空氣的混合物的裝置,構(gòu)造原理是指當(dāng)汽缸里的活塞做吸氣沖程時(shí),空氣被吸入管內(nèi),在流經(jīng)管的狹窄部分時(shí)流速大，壓強(qiáng)小，汽油就從安裝在狹窄部分的噴嘴流出，被噴成霧狀，形成油氣混合物進(jìn)入汽缸。球的上方和下方流線對(duì)稱，流速相同，上下不產(chǎn)生壓強(qiáng)差。比如乒乓球的上旋球，轉(zhuǎn)動(dòng)軸垂直于球飛行的方向且與臺(tái)面平行，球向逆時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)?，F(xiàn)在我們就不難明白兩艘船之間所以會(huì)有引力的原因了。換句話說，兩艘輪船的相對(duì)兩側(cè)從水里受到的壓力要比兩船外側(cè)部分受到的壓力要小。急流對(duì)于洗澡的人的危險(xiǎn)也可以用這個(gè)來解釋。此外，如從流體作用力的角度，則可分為流體靜力學(xué)、流體運(yùn)動(dòng)學(xué)和流體動(dòng)力學(xué)；從對(duì)不同“力學(xué)模型”的研究來分，則有理想流體動(dòng)力學(xué)、粘性流體動(dòng)力學(xué)、不可壓縮流體動(dòng)力學(xué)、可壓縮流體動(dòng)力學(xué)和非牛頓流體力學(xué)等。另一方面的工作是為運(yùn)動(dòng)員運(yùn)動(dòng)技術(shù)的改進(jìn)和完善提供科學(xué)的依據(jù)。在F1的設(shè)計(jì)過程中，過去往往只能采用昂貴的風(fēng)洞試驗(yàn)，但是由于時(shí)間和經(jīng)費(fèi)的限制，不可能進(jìn)行大量的試驗(yàn)。F1車隊(duì)開始使用計(jì)算流體力學(xué)去迅速了解車周圍甚至車內(nèi)正在發(fā)生什么樣的流動(dòng)。二、帆船 帆船是一種水上休閑娛樂項(xiàng)目，風(fēng)靡全球，它是一個(gè)大家族，種類很多。風(fēng)帆空氣動(dòng)力性能研究較為復(fù)雜。Milgram首先利用渦格理論進(jìn)行了一系列帆動(dòng)力研究，利用升力線理論分析迎風(fēng)時(shí)帆的外形，同時(shí)利用渦格升力面法分析了帆的外形對(duì)帆動(dòng)力的影響，對(duì)于粘性的影響也進(jìn)行了討論。由于帆比較薄，對(duì)帆周圍的空氣流動(dòng)用渦格法計(jì)算，在帆上分布偶極子，在尾流上分布渦面。當(dāng)帆船逆風(fēng)航行時(shí)候，勢(shì)流理論可以利用面元法得到作用在帆上的空氣動(dòng)力分布。由于能源危機(jī)等因素，我國掀起了風(fēng)能研究的熱潮。這些研究為風(fēng)帆的調(diào)整提供科學(xué)依據(jù)，奠定了我國帆船帆板運(yùn)動(dòng)的理論基礎(chǔ)。并且研究發(fā)現(xiàn)賽艇的阻力特性與常規(guī)的船艇的阻力特性有很大的差別。研究表明，影響槳葉性能的主要因素分別是頻率、浸水深度、攻角。皮劃艇槳葉在空中沒有固定的支撐點(diǎn)，運(yùn)動(dòng)軌跡不定，水動(dòng)力特性更為復(fù)雜。1979年Schleihauf提出了手掌上產(chǎn)生升力對(duì)推進(jìn)的作用，改變了手掌向后僅用“阻力”來推進(jìn)的觀念，并首次對(duì)手掌的升力、阻力系數(shù)進(jìn)行了測(cè)試。近幾年來人們已開始研究漩渦的產(chǎn)生于游泳推進(jìn)機(jī)理的關(guān)系。自行車盤狀車輪的出現(xiàn)就是流體力學(xué)的一項(xiàng)研究成果。所以，盤狀車輪采用對(duì)選手的技術(shù)帶來了更高的要求，這一研究結(jié)果為技術(shù)的改進(jìn)和完善指明了方向。第二節(jié) 都江堰工程中流體力學(xué)的應(yīng)用一、都江堰工程簡(jiǎn)介都江堰水利工程位于成都平原扇形三角洲頂部、四川都江堰市(原灌縣)附近的岷江干流上，是戰(zhàn)國時(shí)期蜀郡守李冰在公元前256251年間率領(lǐng)勞動(dòng)人民修建的。下面對(duì)它們作詳細(xì)介紹。西邊叫外江，俗稱“金馬河”，是岷江正流，用于泄洪輸砂；東邊沿山腳的叫內(nèi)江，將岷江部分水量引導(dǎo)到地勢(shì)較高的寶瓶口，用于灌溉。主流線是河流沿程各橫斷面中最大垂線平均流速所在點(diǎn)的連線。綜合以上兩點(diǎn)，我們做以下分析：枯水季節(jié)時(shí)，水的流速慢，慣性作用弱，主流線曲率大，主流靠近凹岸，加上內(nèi)江過水?dāng)嗝娲笥谕饨?，因此在魚嘴作用下，大部分水量流入內(nèi)江；洪水季節(jié)時(shí)，水的流速快，慣性作用強(qiáng)，主流離開凹岸，居于河道中間，加上此時(shí)外江過水?dāng)嗝娲笥趦?nèi)江，因此魚嘴將大部分水量送入外江。枯水季節(jié)時(shí)，飛砂堰阻擋內(nèi)江水流入外江，將其引入寶瓶口；洪水季節(jié)時(shí)，內(nèi)江多余的水越過飛砂堰流入外江；如遇特大洪水，它還會(huì)自行潰堤，讓大量江水回歸岷江正流。“彎道螺旋流”是指河流流經(jīng)彎道時(shí)產(chǎn)生的橫向環(huán)流，這是由橫向力的合力矩造成的。從引水的角度，飛砂堰不能過低，否則寶瓶口的引水量無法滿足灌溉要求；而從排砂的角度，飛砂堰也不能過高，否則環(huán)流無法形成，泥砂無法越過飛砂堰。它是人工鑿成控制內(nèi)江進(jìn)水的咽喉，因它形似瓶口而功能奇持，故名寶瓶口。[8] 為了說明清晰起見，前文將分水、排砂、引水3大功能分開對(duì)應(yīng)魚嘴、飛砂堰、寶瓶口3大設(shè)施進(jìn)行陳述，實(shí)際上，這3大功能在時(shí)間和空間上都是統(tǒng)一的。更為可貴的是，古人在完全沒有流體力學(xué)系統(tǒng)知識(shí)的狀況下，通過實(shí)地考察和經(jīng)驗(yàn)累積，從河水流動(dòng)的整體出發(fā)，重自然調(diào)節(jié)而非人工控制，以簡(jiǎn)單應(yīng)對(duì)復(fù)雜，使得不同功能間的矛盾在水沙運(yùn)動(dòng)中得到平衡和統(tǒng)一。從而有了CFD的蓬勃發(fā)展。這個(gè)越來越重視啦。例如：在建筑工程和橋梁工程中，研究解決風(fēng)對(duì)高聳建筑物的荷載作用和風(fēng)振問題，要以流體力學(xué)為理論基礎(chǔ)；進(jìn)行基坑排水，地基抗?jié)B穩(wěn)定處理，橋渡設(shè)計(jì)都有賴于水力分析和計(jì)算；從事給水排水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和運(yùn)行控制，以及供熱，通風(fēng)與空調(diào)設(shè)計(jì)和設(shè)備選用，更是離不開流體力學(xué)。在土建工程和環(huán)境工程中，流體力學(xué)是大多數(shù)專業(yè)教學(xué)計(jì)劃中一門重要的專業(yè)基礎(chǔ)科。第四節(jié) 汽車設(shè)計(jì)中流體力學(xué)的應(yīng)用現(xiàn)代汽車車身外形的設(shè)計(jì)不僅要符合美學(xué)的要求，而且還要有利于車輛空氣動(dòng)力學(xué)性能的提高，而后者通常是通過風(fēng)洞或道路試驗(yàn)來測(cè)定與驗(yàn)證的隨著計(jì)算流體力學(xué)的發(fā)展，在車身外形設(shè)計(jì)中可以應(yīng)用計(jì)算流體力學(xué)來模擬汽車車身周圍的流場(chǎng)，計(jì)算有關(guān)的空氣動(dòng)力學(xué)性能，對(duì)有關(guān)的計(jì)算實(shí)例已有較多的報(bào)道日本豐田公司報(bào)道了這方面的研究情況：流體假定為不可壓縮的，三維的車身因左右對(duì)稱計(jì)算其一半即可，對(duì)NavierStokes方程用有限差分法進(jìn)行離散化。還有更進(jìn)一步研究在風(fēng)洞中無法測(cè)試的兩車相交駛過和超車等情況下的非定常流的空氣動(dòng)力學(xué)問題的實(shí)例。近年來更多的汽車采用了四氣門技術(shù)及可變技術(shù)，柴油機(jī)也向直噴式燃燒室發(fā)展，這就使得相應(yīng)的氣道設(shè)計(jì)日趨復(fù)雜化。 氣道內(nèi)的流動(dòng)模擬正是系統(tǒng)的核心部分，采用的基本模型及算法是，將發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)、排氣道內(nèi)的氣體流動(dòng)視為穩(wěn)態(tài)的3維有粘性可壓縮氣體的紊流流動(dòng)來模擬計(jì)算。本來各個(gè)葉輪內(nèi)部的流動(dòng)是無周期性的，應(yīng)該取整體為計(jì)算對(duì)象，但受到計(jì)算時(shí)間和容量的限制，一般對(duì)每個(gè)葉輪取相鄰的一對(duì)葉片中間的流體為研究對(duì)象，每個(gè)葉輪網(wǎng)格數(shù)約為6萬個(gè)．總共約為l8萬個(gè)。[9]總結(jié)本文重點(diǎn)介紹了流體力學(xué)在一些工程中的應(yīng)用，參閱相關(guān)資料對(duì)流體力學(xué)的發(fā)展歷史、研究內(nèi)容也做了詳細(xì)的介紹，對(duì)日常生活中的一些涉及流體力學(xué)原理的現(xiàn)象也做出了簡(jiǎn)單的解釋。工程流體力學(xué)是和我們國家的建設(shè)及日常生活息息相關(guān)的?？偠灾?，流體力學(xué)的研究與應(yīng)用前景是十分廣闊的，它也會(huì)繼續(xù)吸引著無數(shù)有志之士獻(xiàn)身于對(duì)流體力學(xué)和工程技術(shù)的研究當(dāng)中。其間的起起伏伏，悲喜得失，現(xiàn)在想起仍舊唏噓不已。衷心感謝您對(duì)我的指導(dǎo)和教誨。感謝朋友們熱切關(guān)心我的論文進(jìn)度，及時(shí)督促我認(rèn)真扎實(shí)地完成論文寫作，為我提供免費(fèi)的論文數(shù)據(jù)庫檢索賬號(hào)并幫我收集查找資料?！蔽蚁胗眠@句話作為這篇論文的一個(gè)結(jié)尾，也是一段生活的結(jié)束，另一段生活的開始。新財(cái)經(jīng)，2011（7）[5][J].華東交通大學(xué)學(xué)報(bào)，2001,18（3）[6][J].力學(xué)與實(shí)踐，2001,23（3）[7]葛新發(fā)，鄭偉濤，王德恂，馬勇，何海峰，韓久瑞，[J].山東體育學(xué)院學(xué)報(bào)，2011,27（6）[8]劉玉泉，[J].力學(xué)與實(shí)踐，2008,30（4）[9]常思勤，[J].武漢汽車工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，1997,19（4）X X大學(xué)X X學(xué)院畢業(yè)論文評(píng)審表(評(píng)閱人用)題 目工程中的流體力學(xué)學(xué)生姓名魏強(qiáng)指導(dǎo)教師是否同意參加答辯：得分評(píng)語：評(píng)閱人（簽字）： 年 月 日X X大學(xué)X X學(xué)院畢業(yè)論文評(píng)審表（答辯小組用）題 目工程中的流體力學(xué)學(xué)生姓名魏強(qiáng)指導(dǎo)教師得分評(píng)語：答辯委員會(huì)（小組）（全體成員簽字）： 年 月 日X X大學(xué)X X學(xué)院畢業(yè)論文綜合評(píng)定成績表指導(dǎo)教師評(píng)分評(píng)閱人評(píng)分答辯評(píng)分綜合評(píng)定成績(按 4：2 ：4 )答辯委員會(huì)負(fù)責(zé)人（簽字）： 年 月 日32