【正文】 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。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)。一、F1賽車(chē)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。在F1的設(shè)計(jì)過(guò)程中，過(guò)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)。這種設(shè)計(jì)方法改變了F1賽車(chē)的空氣動(dòng)力設(shè)計(jì)過(guò)程。F1車(chē)隊(duì)開(kāi)始使用計(jì)算流體力學(xué)去迅速了解車(chē)周?chē)踔淋?chē)內(nèi)正在發(fā)生什么樣的流動(dòng)。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)。二、帆船 帆船是一種水上休閑娛樂(lè)項(xiàng)目，風(fēng)靡全球，它是一個(gè)大家族，種類(lèi)很多。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。風(fēng)帆空氣動(dòng)力性能研究較為復(fù)雜。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。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(xiàn)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。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?xún)?nèi)。由于帆比較薄，對(duì)帆周?chē)目諝饬鲃?dòng)用渦格法計(jì)算，在帆上分布偶極子，在尾流上分布渦面。在帆面與尾流的交界線(xiàn)上，通過(guò)滿(mǎn)足Kutte條件，使升力問(wèn)題和尾流得到耦合。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。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。由于能源危機(jī)等因素，我國(guó)掀起了風(fēng)能研究的熱潮。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。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(guó)帆船帆板運(yùn)動(dòng)的理論基礎(chǔ)。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。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。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。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?！?0176。皮劃艇槳葉在空中沒(méi)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。 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。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(lái)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(lái)，一些學(xué)者借鑒魚(yú)類(lèi)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(lèi)似于船舶推進(jìn)時(shí)螺旋槳的作用觀點(diǎn)。近幾年來(lái)人們已開(kāi)始研究漩渦的產(chǎn)生于游泳推進(jìn)機(jī)理的關(guān)系。五、自行車(chē)、摩托車(chē) 計(jì)算流體力學(xué)在自行車(chē)上的研究應(yīng)用非常廣泛。自行車(chē)盤(pán)狀車(chē)輪的出現(xiàn)就是流體力學(xué)的一項(xiàng)研究成果。通過(guò)計(jì)算流體力學(xué)分析表明，盤(pán)狀車(chē)輪具有絕對(duì)的優(yōu)勢(shì)。所以，盤(pán)狀車(chē)輪采用對(duì)選手的技術(shù)帶來(lái)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。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。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(guó)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。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(chēng)。下面對(duì)它們作詳細(xì)介紹。它昂首于岷江干流江心洲上，起第一級(jí)分水排砂作用。西邊叫外江，俗稱(chēng)“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。在枯水季節(jié)，魚(yú)嘴將六成的水量引入內(nèi)江，以滿(mǎn)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。主流線(xiàn)是河流沿程各橫斷面中最大垂線(xiàn)平均流速所在點(diǎn)的連線(xiàn)。都江堰所在河段為天然彎道，主流線(xiàn)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)。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(xiàn)曲率大，主流靠近凹岸，加上內(nèi)江過(guò)水?dāng)嗝娲笥谕饨?，因此在魚(yú)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(kāi)凹岸，居于河道中間，加上此時(shí)外江過(guò)水?dāng)嗝娲笥趦?nèi)江，因此魚(yú)嘴將大部分水量送入外江。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。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(guò)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。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?！皬澋缆菪鳌笔侵负恿髁鹘?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。橫向環(huán)流將泥沙石塊由凹岸帶向凸岸。從引水的角度，飛砂堰不能過(guò)低，否則寶瓶口的引水量無(wú)法滿(mǎn)足灌溉要求；而從排砂的角度，飛砂堰也不能過(guò)高，否則環(huán)流無(wú)法形成，泥砂無(wú)法越過(guò)飛砂堰。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。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。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。[8] 為了說(shuō)明清晰起見(jiàn)，前文將分水、排砂、引水3大功能分開(kāi)對(duì)應(yīng)魚(yú)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。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。更為可貴的是，古人在完全沒(méi)有流體力學(xué)系統(tǒng)知識(shí)的狀況下，通過(guò)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。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。從而有了CFD的蓬勃發(fā)展。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。這個(gè)越來(lái)越重視啦。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)。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(wèn)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(lài)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(kāi)流體力學(xué)。[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。在土建工程和環(huán)境工程中，流體力學(xué)是大多數(shù)專(zhuān)業(yè)教學(xué)計(jì)劃中一門(mén)重要的專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)科。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。第四節(jié) 汽車(chē)設(shè)計(jì)中流體力學(xué)的應(yīng)用現(xiàn)代汽車(chē)車(chē)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(chē)輛空氣動(dòng)力學(xué)性能的提高，而后者通常是通過(guò)風(fēng)洞或道路試驗(yàn)來(lái)測(cè)定與驗(yàn)證的隨著計(jì)算流體力學(xué)的發(fā)展，在車(chē)身外形設(shè)計(jì)中可以應(yīng)用計(jì)算流體力學(xué)來(lái)模擬汽車(chē)車(chē)身周?chē)牧鲌?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(chē)身因左右對(duì)稱(chēng)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。通過(guò)計(jì)算求得車(chē)身周?chē)牧鲌?chǎng)和車(chē)身表面的壓力分布，以及空氣阻力等。還有更進(jìn)一步研究在風(fēng)洞中無(wú)法測(cè)試的兩車(chē)相交駛過(guò)和超車(chē)等情況下的非定常流的空氣動(dòng)力學(xué)問(wèn)題的實(shí)例。例如，車(chē)燈、后視鏡等局部不規(guī)則形狀的影響，車(chē)底部、車(chē)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。近年來(lái)更多的汽車(chē)采用了四氣門(mén)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)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。 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(lái)模擬計(jì)算。液力變矩器是汽車(chē)自動(dòng)變速器的主要組成部分，其內(nèi)部裝滿(mǎn)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。本來(lái)各個(gè)葉輪內(nèi)部的流動(dòng)是無(wú)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(wàn)個(gè)．總共約為l8萬(wàn)個(gè)。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(lèi)似的處理方法。[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?jī)?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。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。工程流體力學(xué)是和我們國(guó)家的建設(shè)及日常生活息息相關(guān)的。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。總而言之，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(wú)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。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。其間的起起伏伏，悲喜得失，現(xiàn)在想起仍舊唏噓不已。因?yàn)槲沂冀K對(duì)未來(lái)充滿(mǎn)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。衷心感謝您對(duì)我的指導(dǎo)和教誨。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)。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(xiě)作，為我提供免費(fèi)的論文數(shù)據(jù)庫(kù)檢索賬號(hào)并幫我收集查找資料。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)。”我想用這句話(huà)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(kāi)始。參考文獻(xiàn)[1]唐曉寅，杜楊，蔣新生，李康寧，[M] 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