【正文】 參考文獻(xiàn)[1]唐曉寅，杜楊，蔣新生，李康寧，[M] .重慶：重慶大學(xué)出版社 [2]劉啟霞，鄒劍鋒，[J].力學(xué)與實(shí)踐，2006，28（6）[3]唐云江。而在我情緒最低落的日子里，也正是父母的鼓勵(lì)讓自己能夠繼續(xù)前進(jìn)。唯一遺憾的是我自己不夠主動(dòng)，錯(cuò)過(guò)了許多與您交流的機(jī)會(huì)。因?yàn)槲沂冀K對(duì)未來(lái)充滿了希望和信心，大學(xué)畢業(yè)之后又將是一個(gè)新的開(kāi)始。論文的完成標(biāo)志著我的大學(xué)四年即將結(jié)束，也意味著，新的生活又將開(kāi)始了。今后，人們一方面將根據(jù)工程技術(shù)方面的需要進(jìn)行流體力學(xué)應(yīng)用性的研究，另一方面將更深入地開(kāi)展基礎(chǔ)研究以探求流體的復(fù)雜流動(dòng)規(guī)律和機(jī)理。當(dāng)前流體力學(xué)的發(fā)展趨勢(shì)是廣泛深入地向邊緣學(xué)科交叉滲透，這使得許多流體力學(xué)問(wèn)題不再能從現(xiàn)成的書(shū)本中尋求到答案，而要求流體力學(xué)研究者具備更強(qiáng)的主動(dòng)進(jìn)取精神和創(chuàng)新思維能力，更善于從錯(cuò)綜復(fù)雜的工程實(shí)際中獨(dú)立地提出問(wèn)題并解決問(wèn)題。在進(jìn)行廢氣渦輪增壓器或離心式泵等旋轉(zhuǎn)機(jī)械葉輪中的流動(dòng)模擬時(shí)，也可采用類似的處理方法。液力變矩器是汽車自動(dòng)變速器的主要組成部分，其內(nèi)部裝滿液力傳動(dòng)油，作為主要組成部分的渦輪、泵輪、導(dǎo)輪就浸在油中，工作時(shí)液力變矩器內(nèi)部的液體形成了極為復(fù)雜的流動(dòng)，由于外部密封很難觀察到內(nèi)部流場(chǎng)，只能通過(guò)實(shí)驗(yàn)來(lái)獲取其性能參數(shù)，這樣就給新產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)帶來(lái)了較大的困難。氣道內(nèi)氣體流動(dòng)的特點(diǎn)是氣體流速較高，一般將氣體作為可壓縮流體來(lái)處理，同時(shí)，氣道的外形十分復(fù)雜，對(duì)計(jì)算網(wǎng)格劃分要求較高。例如，車燈、后視鏡等局部不規(guī)則形狀的影響，車底部、車輪與路面間的作用以及空氣阻力系數(shù)絕對(duì)數(shù)值的精度等有待進(jìn)一步研究。通過(guò)計(jì)算求得車身周圍的流場(chǎng)和車身表面的壓力分布，以及空氣阻力等。在工業(yè)民用建筑中，建筑施工供水流量，供水管道，供水壓力的確定，基坑排水量確定，地基基礎(chǔ)水荷載計(jì)算，水景景觀設(shè)計(jì)等問(wèn)題都需要流體力學(xué)的參與。[5]流體力學(xué)不僅用于解決單項(xiàng)土木工程的水和氣的問(wèn)題，更能幫助工程技術(shù)人員進(jìn)一步認(rèn)識(shí)土木工程與大氣和水環(huán)境的關(guān)系。修明渠和城市管網(wǎng)設(shè)計(jì)（市政工程）用到的基本上都是經(jīng)典的流體力學(xué)。隧道中的通風(fēng)效應(yīng)，如何計(jì)算隧道施工運(yùn)營(yíng)隧道中的通風(fēng)效應(yīng)，如何計(jì)算隧道施工 運(yùn)營(yíng)中的通風(fēng)問(wèn)題，風(fēng)機(jī)如何安置，采用哪種通風(fēng)方式都是很典型的應(yīng)用。結(jié)構(gòu)風(fēng)工程中，高聳建筑物一般都要做風(fēng)洞試驗(yàn)的。然而在現(xiàn)代水利工程中，為解決這相互對(duì)立、相互影響的3大功能，大多采用設(shè)置引水閘、分洪閘和沖砂閘的方法，在時(shí)間和空間上分開(kāi)控制。在重力作用下，表層水流含泥砂較少，底層水流含泥砂較多；而在橫向環(huán)流作用下，表層水流流向凹岸，底層水流流向凸岸。近代的經(jīng)驗(yàn)一般規(guī)定，飛沙堰堰頂高程只需高出河床2m左右。橫向環(huán)流將泥沙石塊由凹岸帶向凸岸。岷江從萬(wàn)山叢中急馳而來(lái)，挾著大泥沙、石塊，飛砂堰將其大部分引入外江，保證了寶瓶口和灌區(qū)的河道暢通。三、飛砂堰——泄洪道“飛砂堰”的命名源自其顯著的泄洪排砂功能。都江堰所在河段為天然彎道，主流線的位置隨流量的變化而異，具有“低水傍岸，高水居中”的特點(diǎn)。在枯水季節(jié)，魚(yú)嘴將六成的水量引入內(nèi)江，以滿足下游灌區(qū)用水需要，僅將四成的水量排到外江；而在洪水季節(jié)，魚(yú)嘴使岷江六成的水量進(jìn)入外江，內(nèi)江僅引進(jìn)四成的水量。它昂首于岷江干流江心洲上，起第一級(jí)分水排砂作用。在以上設(shè)施中，魚(yú)嘴、飛砂堰、寶瓶口為3大主要設(shè)施，有“都江堰3大件”之稱。我國(guó)的流體力學(xué)在體育項(xiàng)目中也開(kāi)展了許多應(yīng)用研究，特別是在水上運(yùn)動(dòng)方面開(kāi)展了長(zhǎng)期系統(tǒng)的研究工作，但是與國(guó)際同行相比還有不小差距。通過(guò)計(jì)算流體力學(xué)分析表明，盤(pán)狀車輪具有絕對(duì)的優(yōu)勢(shì)。五、自行車、摩托車 計(jì)算流體力學(xué)在自行車上的研究應(yīng)用非常廣泛。近幾年來(lái)，一些學(xué)者借鑒魚(yú)類推進(jìn)的成果，開(kāi)始應(yīng)用流體力學(xué)理論來(lái)揭示游泳的推進(jìn)機(jī)理，Huub應(yīng)用環(huán)流理論研究自由泳的推進(jìn)機(jī)理，在游泳池中，測(cè)量和顯示了自由泳手臂上的流速分布和環(huán)量，闡述了自由泳時(shí)手臂的作用類似于船舶推進(jìn)時(shí)螺旋槳的作用觀點(diǎn)。 未來(lái)我國(guó)重要加強(qiáng)限制水深、自由液面下船艇非定常運(yùn)動(dòng)的水動(dòng)力性能、槳葉出入水的水動(dòng)力性能預(yù)報(bào)研究，槳葉與槳葉以及槳葉與船艇之間干擾的研究，同時(shí)還要加強(qiáng)反問(wèn)題的研究，逐步形成一套船艇和槳葉的設(shè)計(jì)理論和方法?！?0176。在槳葉的研究方面，通過(guò)利用循環(huán)水槽研究了一種老式的槳葉隨攻角、浸水深度等參數(shù)變化的流體動(dòng)力性能。通過(guò)淺水興波阻力的研究，發(fā)現(xiàn)在水深3m的時(shí)候，在比賽速度下，八人賽艇會(huì)出現(xiàn)興波阻力的峰值。采用一定縮尺比的模型，在風(fēng)洞中對(duì)風(fēng)帆進(jìn)行了氣動(dòng)性能試驗(yàn)研究。最近，粘性和流固耦合對(duì)于帆空氣動(dòng)力的影響研究飲起了人們的注意。在帆面與尾流的交界線上，通過(guò)滿足Kutte條件，使升力問(wèn)題和尾流得到耦合。Charvet進(jìn)行了帆船迎風(fēng)航行時(shí)的計(jì)算，在不考慮帆上流動(dòng)分離情況下，可以將誤差控制在10%以內(nèi)。自此，許多學(xué)者開(kāi)展了相關(guān)研究，然而由于軟帆尺度效應(yīng)的復(fù)雜性，還很少有實(shí)際的適用價(jià)值。在規(guī)則允許的范圍內(nèi)，運(yùn)用計(jì)算流體力學(xué)技術(shù)，對(duì)帆船的龍骨和附屬物進(jìn)行重新設(shè)計(jì)，以獲得在不同海況條件下具有的最好性能，為贏得比賽創(chuàng)造了條件。計(jì)算流體力學(xué)技術(shù)能夠更快地、更便宜地評(píng)估流動(dòng)問(wèn)題，并且風(fēng)險(xiǎn)會(huì)比常規(guī)的試驗(yàn)方法更小，計(jì)算流體力學(xué)也提供了比風(fēng)洞試驗(yàn)多得多的流動(dòng)數(shù)據(jù)。這種設(shè)計(jì)方法改變了F1賽車的空氣動(dòng)力設(shè)計(jì)過(guò)程。一、F1賽車F1是一個(gè)計(jì)算流體力學(xué)市場(chǎng)需求很大的體育項(xiàng)目。體育流體力學(xué)研究一方面的工作是為了解決高性能器材的設(shè)計(jì)問(wèn)題。受到這種力量吸引的人是不容易站住的，特別是在水里，當(dāng)我們身體本身的重量不能使自己保持穩(wěn)定的時(shí)候。這就是為什么大船很快地在小船旁邊駛過(guò)的時(shí)候會(huì)出現(xiàn)特別強(qiáng)大的引力的緣故。在普通的溝里，溝壁不動(dòng)，水在動(dòng)；這里卻是相反的，是水不動(dòng)，溝壁在動(dòng)。列車進(jìn)站的時(shí)候速度很快，車廂附近的空氣被帶著也會(huì)快起來(lái)，越靠近車廂的空氣流速越快，越遠(yuǎn)的地方空氣流速越慢。球旋轉(zhuǎn)時(shí)會(huì)帶動(dòng)周圍得空氣跟著它一起旋轉(zhuǎn)，至使球的下方空氣的流速增大，上方的流速減小，球下方的流速大，壓強(qiáng)小，上方的流速小，壓強(qiáng)大。旋轉(zhuǎn)球和不轉(zhuǎn)球的飛行軌跡不同，是因?yàn)榍虻闹車諝饬鲃?dòng)情況不同造成的。讓空氣從小孔迅速流出,小孔附近的壓強(qiáng)小,容器里液面上的空氣壓強(qiáng)大,液體就沿小孔下邊的細(xì)管升上來(lái),從細(xì)管的上口流出后,空氣流的沖擊,被噴成霧狀。飛機(jī)飛行時(shí)機(jī)翼周圍空氣的流線分布是指機(jī)翼橫截面的形狀上下不對(duì)稱,機(jī)翼上方的流線密,流速大,下方的流線疏,流速小。丹尼爾這種現(xiàn)象完全有別的原因：丹尼爾這樣的事故以前在兩艘船平行前進(jìn)的時(shí)候大概也發(fā)生過(guò)許多次。當(dāng)兩艘船靠近時(shí)卻發(fā)生了一件意外的事：小船好像是要服從著一種不可見(jiàn)的力量，竟扭轉(zhuǎn)船頭朝著大船，并且不服從舵手測(cè)控制，幾乎筆直地向大船沖來(lái)。1985年，瑞典選手波卡羅夫首創(chuàng)了將兩只平行的滑雪板變成V字形，也就是一個(gè)“外八字”，是飛行距離提高了10%，并成為了跳雪的標(biāo)準(zhǔn)動(dòng)作。跳臺(tái)滑雪是一項(xiàng)高速的運(yùn)動(dòng)項(xiàng)目，合理的克服和利用阻力，效果更明顯。試驗(yàn)顯示，戴上頭盔的空氣阻力明顯小于“剃光頭”時(shí)的空氣阻力。在體育運(yùn)動(dòng)中，如短跑、滑冰、自行車、投擲等項(xiàng)目中空氣的阻力是不容忽視的，游泳中既要克服阻力，又要有效利用阻力才能取得更好的成績(jī)。風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)和理論分析都證明，流線型是產(chǎn)生阻力最小的形狀，這也是在高速情況下廣泛采用流線型的原因。運(yùn)動(dòng)速度對(duì)阻力的影響很大，一般情況下速度越快，阻力越大，應(yīng)該是與速度的n次方成比例，究竟n是多大與很多因素有關(guān)。以后進(jìn)一步改進(jìn)為楔型。20世紀(jì)50—60年代改進(jìn)為船型，阻力系數(shù)為0。8。如在空氣中，物體運(yùn)動(dòng)的前方總要擠壓和排開(kāi)空氣，壓力較大，而在后方形成尾流區(qū)，尾流區(qū)中壓力較小，這就產(chǎn)生了壓差阻力。根據(jù)相對(duì)性原理，物體在靜止空氣中運(yùn)動(dòng)的受力情況相當(dāng)于靜止的物體在流動(dòng)空氣中的受力。建立經(jīng)典力學(xué)體系的偉大科學(xué)家牛頓本人就曾研究多年。第二章 日常生活現(xiàn)象中的流體力學(xué)原理第一節(jié) 運(yùn)動(dòng)中的阻力物體在水或空氣等流體中的運(yùn)動(dòng)會(huì)受到流體對(duì)空氣的作用力，這種力的方向總是與物體運(yùn)動(dòng)的方向相反，這就是我們常說(shuō)的阻力。[6]集中研究方法要相輔相成　　解決流體力學(xué)問(wèn)題時(shí)，現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)、實(shí)驗(yàn)室模擬、理論分析和數(shù)值計(jì)算幾方面是相輔相成的?！　?shù)學(xué)的發(fā)展，計(jì)算機(jī)的不斷進(jìn)步，以及流體力學(xué)各種計(jì)算方法的發(fā)明，使許多原來(lái)無(wú)法用理論分析求解的復(fù)雜流體力學(xué)問(wèn)題有了求得數(shù)值解的可能性，這又促進(jìn)了流體力學(xué)計(jì)算方法的發(fā)展，并形成了“計(jì)算流體力學(xué)”。例如，忽略了密度的變化就不能討論聲音的傳播；忽略了粘性就不能討論與它有關(guān)的阻力和某些其他效應(yīng)。聲學(xué)是流體力學(xué)中采用小擾動(dòng)方法而取得重大成就的最早學(xué)科?！　≡诹黧w力學(xué)理論中，用簡(jiǎn)化流體物理性質(zhì)的方法建立特定的流體的理論模型，用減少自變量和減少未知函數(shù)等方法來(lái)簡(jiǎn)化數(shù)學(xué)問(wèn)題，在一定的范圍是成功的，并解決了許多實(shí)際問(wèn)題。通常還要將這些理論結(jié)果同實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行比較，以確定所得解的準(zhǔn)確程度和力學(xué)模型的適用范圍。數(shù)值計(jì)算　　其次是針對(duì)流體運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)，用數(shù)學(xué)語(yǔ)言將質(zhì)量守恒、動(dòng)量守恒、能量守恒等定律表達(dá)出來(lái)，從而得到連續(xù)性方程、動(dòng)量方程和能量方程。因此，實(shí)驗(yàn)室模擬是研究流體力學(xué)的重要方法。這里所說(shuō)的模型是指根據(jù)理論指導(dǎo)，把研究對(duì)象的尺度改變(放大或縮小)以便能安排實(shí)驗(yàn)。　　同物理學(xué)、化學(xué)等學(xué)科一樣，流體力學(xué)離不開(kāi)實(shí)驗(yàn)，尤其是對(duì)新的流體運(yùn)動(dòng)現(xiàn)象的研究。進(jìn)行流體力學(xué)的研究可以分為現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)、實(shí)驗(yàn)室模擬、理論分析、數(shù)值計(jì)算四個(gè)方面：現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè) 現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)是對(duì)自然界固有的流動(dòng)現(xiàn)象或已有工程的全尺寸流動(dòng)現(xiàn)象，利用各種儀器進(jìn)行系統(tǒng)觀測(cè)，從而總結(jié)出流體運(yùn)動(dòng)的規(guī)律，并借以預(yù)測(cè)流動(dòng)現(xiàn)象的演變。此外，還研究鳥(niǎo)類在空中的飛翔，動(dòng)物在水中的游動(dòng)，等等。研究等離子體的運(yùn)動(dòng)規(guī)律的學(xué)科稱為等離子體動(dòng)力學(xué)和電磁流體力學(xué)，它們?cè)谑芸責(zé)岷朔磻?yīng)、磁流體發(fā)電、宇宙氣體運(yùn)動(dòng)等方面有廣泛的應(yīng)用。爆炸是猛烈的瞬間能量變化和傳遞過(guò)程，涉及氣體動(dòng)力學(xué)，從而形成了爆炸力學(xué)。滲流力學(xué)還涉及土壤鹽堿化的防治，化工中的濃縮、分離和多孔過(guò)濾，燃燒室的冷卻等技術(shù)問(wèn)題。20世紀(jì)50年代開(kāi)始的航天飛行，使人類的活動(dòng)范圍擴(kuò)展到其他星球和銀河系。若流體黏度不為零，而且流體被容器包圍（如管子），則在邊界處流體的速度為零。連續(xù)體假設(shè)　　在流體力學(xué)中常會(huì)假設(shè)流體是不可壓縮流體，也就是流體的密度為一定值。（換句話說(shuō)，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示。近年來(lái)又開(kāi)始了用有限元方法研究高速流的問(wèn)題，也出現(xiàn)了有限元方法和差分方法的互相滲透和融合。從50年代起，電子計(jì)算機(jī)不斷完善，使原來(lái)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(lái)進(jìn)行，出現(xiàn)了計(jì)算流體力學(xué)這一新的分支學(xué)科。他在空氣動(dòng)力學(xué)、航空工程、噴氣推進(jìn)、工程控制論等技術(shù)領(lǐng)域做出過(guò)許多開(kāi)創(chuàng)性的貢獻(xiàn)?？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(guò)渡區(qū)阻力系數(shù)計(jì)算公式。伯金漢在1914年提出了著名的∏定理，進(jìn)一步完善了量綱分析法。在1930年，卡門(mén)建議重疊層混合長(zhǎng)度與離壁面的距離成比例。茹科夫斯基的研究成果對(duì)空氣動(dòng)力學(xué)的理論和實(shí)驗(yàn)研究都有重要貢獻(xiàn)，為近代高效能飛機(jī)設(shè)計(jì)奠定了基礎(chǔ)。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。后來(lái)又針對(duì)航空技術(shù)和其他工程技術(shù)中出現(xiàn)的紊流邊界層，提出混合長(zhǎng)度理論。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。因此，20世紀(jì)的流體力學(xué)進(jìn)入了現(xiàn)代革命階段，并使得古典流體力學(xué)和水力學(xué)走上了融為一體的道路，出現(xiàn)了一個(gè)新的應(yīng)用學(xué)科——工程流體力學(xué)。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)。諸如流量計(jì)、黏度計(jì)均是在這一時(shí)期被發(fā)明出的。19世紀(jì)，工程師們?yōu)榱私鉀Q許多工程問(wèn)題，尤其是要解決帶有粘性影響的問(wèn)題。上面說(shuō)到的歐拉方程正是NS方程在粘度為零時(shí)的特例。泊松與1822年也導(dǎo)出黏性液體運(yùn)動(dòng)方程。在旋渦流動(dòng)上，柯西與英國(guó)的斯托克斯分別提出渦旋概念，將渦旋解釋為流體微元體的轉(zhuǎn)動(dòng)。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。這種理論當(dāng)然闡明不了流體中粘性的效應(yīng)。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。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(lái)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(dú)立的學(xué)科。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(kāi)辟了道路。此外，他還做了大量的水力學(xué)實(shí)驗(yàn)，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(yùn)動(dòng)阻力，以及明渠中的水流、管道等問(wèn)題，為近代流體力學(xué)的誕生奠定了基礎(chǔ)。以上是古希臘人對(duì)流體力學(xué)發(fā)展的貢獻(xiàn)。第一個(gè)闡明了相對(duì)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。以上成就均說(shuō)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)。此外，我國(guó)古代的造船、航海技術(shù)也走在世界的前列。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。西漢武帝時(shí)期，在黃土高原上修建了龍首