【正文】 領(lǐng)域。Greeley利用升力線方法和經(jīng)驗(yàn)粘性修正方法對(duì)于迎風(fēng)時(shí)帆的動(dòng)力性能進(jìn)行了數(shù)值模擬。但是，再好的帆調(diào)整，也存在流動(dòng)分離的問題，這就會(huì)影響計(jì)算的最后精確度。三、賽艇、皮劃艇 在船型的水動(dòng)力性能方面，Scragg對(duì)前人的全尺度賽艇拖拽水池實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了總結(jié)分析，并給排水量下進(jìn)行了船型參數(shù)的仿射變換和船型優(yōu)化、對(duì)八人賽艇拖拽實(shí)驗(yàn)并采用計(jì)算流體力學(xué)方法進(jìn)行了系列研究，并討論了水深對(duì)阻力性能的影響。推進(jìn)效率最高的區(qū)域位于槳桿與船艇垂直時(shí)的角度附近，即槳架前后25176。近幾年來對(duì)人體在水中的游泳姿勢(shì)的模型試驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，定常時(shí)測(cè)得的升力系數(shù)與阻力系數(shù)與運(yùn)動(dòng)時(shí)測(cè)得的數(shù)據(jù)不符，這一現(xiàn)象引起了學(xué)者們研究非定常游泳推進(jìn)機(jī)理的興趣。人們推測(cè)在一定條件下盤狀車輪的作用像一面帆可以產(chǎn)生一個(gè)與阻力方向相反的前進(jìn)力，因而減少了選手騎行時(shí)的凈阻力。渠首樞紐的主要工程設(shè)施包括：百丈堤、都江魚嘴、金剛堤、飛砂堰、人字堤和寶瓶口等，其作用為分水、泄洪、排砂、引水和護(hù)岸。李冰的治水三字經(jīng)有云：“分四六，平潦早”，這是指魚嘴的功用。綜上所述，只要選定魚嘴的適當(dāng)位置，就可以按照需要調(diào)節(jié)內(nèi)外江分水的比例。在力矩作用下，河流在向前流動(dòng)的同時(shí)伴隨有橫向環(huán)流，即“彎道螺旋流”。合理安排寶瓶口與飛砂堰的位置，即可實(shí)現(xiàn)都江堰第二級(jí)分水排砂的功能。都江堰工程中所蘊(yùn)涵的樸素而深刻的中國(guó)式智慧，永遠(yuǎn)值得我們中國(guó)人傳承和發(fā)揚(yáng)!第三節(jié) 土木工程中流體力學(xué)的應(yīng)用在道路橋梁交通中，橋涵水力學(xué)問題，路邊排水，大橋水下施工中的水力學(xué)問題，路基，路邊滲水等諸多問題都需要應(yīng)用流體力學(xué)知識(shí)去解決。由于高鐵的速度高，進(jìn)出隧道時(shí)都會(huì)產(chǎn)生活塞效應(yīng)，搞不好還有“空氣炮”，所以也要用到流體力學(xué)來解決這些問題。例如：給水排水，供熱通風(fēng)，燃?xì)夤?yīng)等工程都要對(duì)流體進(jìn)行凈化或加熱等處理，以及通過管道或渠道輸送給用戶和車間，在其設(shè)備和系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，運(yùn)行管理及施工中也會(huì)遇到一系列的流體力學(xué)問題需要解決，在廢水，廢氣對(duì)環(huán)境污染的影響，涉及鐵路和公路的橋梁，路基的排水，隧洞通風(fēng)等設(shè)施時(shí)，也需要用到很多流體力學(xué)知識(shí)。汽車車身周圍流場(chǎng)的模擬從相對(duì)比較方面來看已較為成功，但要能夠真正實(shí)際應(yīng)用于設(shè)計(jì)中，計(jì)算精度還有待進(jìn)一步提高。用有限容積法來離散控制方程，用SIMPLE算法來求解離散后得到的代數(shù)方程，為提高效率，還推導(dǎo)并應(yīng)用了新的考慮密度變化的壓力修正方程并采用了一些提高計(jì)算效率與精度的新方案。從阿基米德到現(xiàn)在的二千多年，特別是從20世紀(jì)以來，流體力學(xué)已發(fā)展成為基礎(chǔ)科學(xué)體系的一部分，同時(shí)又在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、交通運(yùn)輸、天文學(xué)、地學(xué)、生物學(xué)、醫(yī)學(xué)等方面得到廣泛應(yīng)用。致謝很感慨我就要寫畢業(yè)論文的致謝辭了。您的指導(dǎo)意見一直給我很大的啟發(fā)。以這句話與各位同學(xué)朋友共勉，希望自己能夠記取少年時(shí)的夢(mèng)想，永不言棄?！鞍凑兆约旱姆绞剑ザ冗^人生。這篇論文是在導(dǎo)師林老師的悉心指導(dǎo)下完成的。后一方面主要包括：通過湍流的理論和實(shí)驗(yàn)研究，了解其結(jié)構(gòu)并建立計(jì)算模式；多相流動(dòng)；流體和結(jié)構(gòu)物的相互作用；邊界層流動(dòng)和分離；生物地學(xué)和環(huán)境流體流動(dòng)等問題；有關(guān)各種實(shí)驗(yàn)設(shè)備和儀器等。 計(jì)算流體力學(xué)應(yīng)用研究中的關(guān)鍵問題包括了對(duì)應(yīng)用于各種具體情況的數(shù)學(xué)模型和對(duì)復(fù)雜外形的描述以及對(duì)計(jì)算網(wǎng)格劃分進(jìn)行進(jìn)一步研究，探索更有效的算法來提高計(jì)算精度，并降低計(jì)算費(fèi)用和進(jìn)一步在各方面的應(yīng)用等計(jì)算流體力學(xué)正在進(jìn)入汽車設(shè)計(jì)的許多領(lǐng)域，考慮到我國(guó)汽車行業(yè)中試驗(yàn)設(shè)備與開發(fā)經(jīng)費(fèi)相對(duì)缺乏的具體情況，計(jì)算流體力學(xué)的應(yīng)用更具有特別重要的意義。 80年代以來．國(guó)外一些研究單位和企業(yè)相繼開展了氣道三維流動(dòng)模擬方面的研究，且已取得了較大的進(jìn)展，目前氣道的幾何模型已趨近實(shí)際氣道，流動(dòng)分析的計(jì)算精度也可達(dá)到5%以內(nèi)。據(jù)報(bào)道，求得的空氣阻力的預(yù)測(cè)誤差可達(dá)到5%以內(nèi)。大氣和水環(huán)境對(duì)建筑物和構(gòu)筑物的作用是長(zhǎng)期的，多方面的，其中臺(tái)風(fēng)，洪水通過直接摧毀房屋，橋梁，堤壩，造成巨大的自然災(zāi)害；另一方面，興建大型廠礦，公路，鐵路，橋梁，隧道，江海堤壩和水壩等，都會(huì)對(duì)大氣和水環(huán)境造成不利影響，導(dǎo)致生態(tài)環(huán)境惡化，甚至加重自然災(zāi)害，這方面國(guó)內(nèi)外都已有慘痛教訓(xùn)，只有處理好土木工程與大氣和水環(huán)境的關(guān)系，才能更好的做土木建設(shè)。高速鐵路隧道的空氣動(dòng)力學(xué)效應(yīng)。相比之下，兩級(jí)分水排砂、無(wú)壩引水的都江堰工程，延續(xù)大禹治水的思想，因地制宜，因勢(shì)利導(dǎo)，確為古今中外水利工程中的奇葩。四、寶瓶口——引水口寶瓶口起“節(jié)制閘”作用，能自動(dòng)控制內(nèi)江進(jìn)水量，是前山(今名灌口山、玉壘山)伸向岷江的長(zhǎng)脊上鑿開的一個(gè)口子。解釋“飛砂”的原理需要先理解“彎道螺旋流”的形成。內(nèi)江位于凹岸一側(cè)，外江位于凸岸一側(cè)，且凹岸一側(cè)河床較深，這使得水位不同時(shí)，內(nèi)外江的過水?dāng)嗝婷娣e關(guān)系發(fā)生變化。它把岷江分成內(nèi)外二江。今后，要加強(qiáng)與運(yùn)動(dòng)隊(duì)密切合作，為我國(guó)競(jìng)技體育和全民健身的發(fā)展做出應(yīng)有的貢獻(xiàn)。自行車的空氣動(dòng)力性能研究還包括自行車的彎道的空氣動(dòng)力性能，競(jìng)速自行車的盤狀輪胎和輻條輪胎的空氣動(dòng)力性能比較，選手騎行的姿勢(shì)，自行車團(tuán)體賽的隊(duì)形的阻力問題等等，這些研究為器材的改進(jìn)和運(yùn)動(dòng)員技術(shù)的完善提供了科學(xué)依據(jù)。四、游泳 利用流體力學(xué)原理進(jìn)行游泳機(jī)理的研究成為當(dāng)今國(guó)際運(yùn)動(dòng)生物力學(xué)新的熱點(diǎn)。分別采用了數(shù)值模擬和循環(huán)水槽實(shí)驗(yàn)的方法對(duì)賽艇槳葉水動(dòng)力性能進(jìn)行了研究，分析了攻角、浸水深度、斜角、槳頻、幅度等各種參數(shù)對(duì)常用的賽艇槳葉性能的影響。研究了不同參數(shù)對(duì)氣動(dòng)性能的影響以及不同帆失速角大小，通過帆的極圖給出了帆的攻角、扣角以及風(fēng)帆與人體的相對(duì)位置之間的關(guān)系等多種參數(shù)對(duì)風(fēng)帆氣動(dòng)性能影響的研究。帆的調(diào)整要考慮單帆，更要考慮帆之間的相互影響。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。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。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。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。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。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。汽油發(fā)動(dòng)機(jī)的汽化器,與噴霧器的原理相同。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?？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。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。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。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。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。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。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。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。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。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。　　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。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。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。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?！　∩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。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。液體可以算是不可壓縮流體，氣體則不是。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。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。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。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”。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)。　 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。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。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)。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。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。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。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)。在水力機(jī)械、水力學(xué)、水文上，我國(guó)古代也是領(lǐng)先的。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。[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。[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。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。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。 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。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。流體力學(xué)中研究得最多的流體是水和空氣。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。另外在橋梁上，就需要對(duì)河水各個(gè)數(shù)據(jù)的掌握。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。北宋時(shí)期，在運(yùn)河上修建的船閘比荷蘭的船閘早了300多年。以上成就均說明了我們的祖先對(duì)水流的性質(zhì)及其規(guī)律已有了充分的認(rèn)識(shí)。以上是古希臘人對(duì)流體力學(xué)發(fā)展的貢獻(xiàn)。此外，他還研究了質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)學(xué)，為牛頓力學(xué)的誕生開辟了道路。歐拉論證了速度勢(shì)應(yīng)當(dāng)滿足的運(yùn)動(dòng)條件和方程，并研究了流體運(yùn)動(dòng)的兩種不同方法及速度勢(shì)的概念。發(fā)展階段19世紀(jì)第二次技術(shù)革命將近代自然科學(xué)發(fā)展推向了一個(gè)新的高潮，流體力學(xué)理論逐步改善，水力學(xué)也在迅速發(fā)展。泊松與1822年也導(dǎo)出黏性液體運(yùn)動(dòng)方程。19世紀(jì)，工程師們?yōu)榱私鉀Q許多工程問題，尤其是要解決帶有粘性影響的問題。弗勞德提出了船模實(shí)驗(yàn)的相似準(zhǔn)則數(shù)，建立了現(xiàn)代船模實(shí)驗(yàn)技術(shù)的基礎(chǔ)。機(jī)翼理論的正確性，使人們重新認(rèn)識(shí)無(wú)粘流體的理論，肯定了它指導(dǎo)工程設(shè)計(jì)的重大意義。這一理論既明確了理想流體的適用范圍，又能計(jì)算物體運(yùn)動(dòng)時(shí)遇到的摩擦阻力。在1930年，卡門建議重疊層混合長(zhǎng)度與離壁面的距離成比例?？评詹既憧嗽?939年提出了將紊流光滑管區(qū)和紊流粗糙管區(qū)聯(lián)系在一起的過渡區(qū)阻力系數(shù)計(jì)算公式。從50年代起，電子計(jì)算機(jī)不斷完善，使原來用分析方法難以進(jìn)行研究的課題，可以用數(shù)值計(jì)算方法來進(jìn)行，出現(xiàn)了計(jì)算流體力學(xué)這一新的分支學(xué)科。（換句話說，曲面內(nèi)的質(zhì)量為定值，曲面外的質(zhì)量也是定值）以上方程可以用曲面上的積分式表