【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)計問題。另一方面的工作是為運動員運動技術(shù)的改進(jìn)和完善提供科學(xué)的依據(jù)。一、F1賽車F1是一個計算流體力學(xué)市場需求很大的體育項目。在F1的設(shè)計過程中，過去往往只能采用昂貴的風(fēng)洞試驗，但是由于時間和經(jīng)費的限制，不可能進(jìn)行大量的試驗。這種設(shè)計方法改變了F1賽車的空氣動力設(shè)計過程。F1車隊開始使用計算流體力學(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。計算流體力學(xué)技術(shù)能夠更快地、更便宜地評估流動問題，并且風(fēng)險會比常規(guī)的試驗方法更小，計算流體力學(xué)也提供了比風(fēng)洞試驗多得多的流動數(shù)據(jù)。二、帆船 帆船是一種水上休閑娛樂項目，風(fēng)靡全球，它是一個大家族，種類很多。在規(guī)則允許的范圍內(nèi)，運用計算流體力學(xué)技術(shù)，對帆船的龍骨和附屬物進(jìn)行重新設(shè)計，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)帆空氣動力性能研究較為復(fù)雜。自此，許多學(xué)者開展了相關(guān)研究，然而由于軟帆尺度效應(yīng)的復(fù)雜性，還很少有實際的適用價值。Milgram首先利用渦格理論進(jìn)行了一系列帆動力研究，利用升力線理論分析迎風(fēng)時帆的外形，同時利用渦格升力面法分析了帆的外形對帆動力的影響，對于粘性的影響也進(jìn)行了討論。Charvet進(jìn)行了帆船迎風(fēng)航行時的計算，在不考慮帆上流動分離情況下，可以將誤差控制在10%以內(nèi)。由于帆比較薄，對帆周圍的空氣流動用渦格法計算，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上，通過滿足Kutte條件，使升力問題和尾流得到耦合。當(dāng)帆船逆風(fēng)航行時候，勢流理論可以利用面元法得到作用在帆上的空氣動力分布。最近，粘性和流固耦合對于帆空氣動力的影響研究飲起了人們的注意。由于能源危機等因素，我國掀起了風(fēng)能研究的熱潮。采用一定縮尺比的模型，在風(fēng)洞中對風(fēng)帆進(jìn)行了氣動性能試驗研究。這些研究為風(fēng)帆的調(diào)整提供科學(xué)依據(jù)，奠定了我國帆船帆板運動的理論基礎(chǔ)。通過淺水興波阻力的研究，發(fā)現(xiàn)在水深3m的時候，在比賽速度下，八人賽艇會出現(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有固定的支撐點，運動軌跡不定，水動力特性更為復(fù)雜。 未來我國重要加強限制水深、自由液面下船艇非定常運動的水動力性能、槳葉出入水的水動力性能預(yù)報研究，槳葉與槳葉以及槳葉與船艇之間干擾的研究，同時還要加強反問題的研究，逐步形成一套船艇和槳葉的設(shè)計理論和方法。1979年Schleihauf提出了手掌上產(chǎn)生升力對推進(jìn)的作用，改變了手掌向后僅用“阻力”來推進(jìn)的觀念，并首次對手掌的升力、阻力系數(shù)進(jìn)行了測試。近幾年來，一些學(xué)者借鑒魚類推進(jìn)的成果，開始應(yīng)用流體力學(xué)理論來揭示游泳的推進(jìn)機理，Huub應(yīng)用環(huán)流理論研究自由泳的推進(jìn)機理，在游泳池中，測量和顯示了自由泳手臂上的流速分布和環(huán)量，闡述了自由泳時手臂的作用類似于船舶推進(jìn)時螺旋槳的作用觀點。近幾年來人們已開始研究漩渦的產(chǎn)生于游泳推進(jìn)機理的關(guān)系。五、自行車、摩托車 計算流體力學(xué)在自行車上的研究應(yīng)用非常廣泛。自行車盤狀車輪的出現(xiàn)就是流體力學(xué)的一項研究成果。通過計算流體力學(xué)分析表明，盤狀車輪具有絕對的優(yōu)勢。所以，盤狀車輪采用對選手的技術(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。我國的流體力學(xué)在體育項目中也開展了許多應(yīng)用研究，特別是在水上運動方面開展了長期系統(tǒng)的研究工作，但是與國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)國時期蜀郡守李冰在公元前256251年間率領(lǐng)勞動人民修建的。在以上設(shè)施中，魚嘴、飛砂堰、寶瓶口為3大主要設(shè)施，有“都江堰3大件”之稱。下面對它們作詳細(xì)介紹。它昂首于岷江干流江心洲上，起第一級分水排砂作用。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)到地勢較高的寶瓶口，用于灌溉。在枯水季節(jié)，魚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。主流線是河流沿程各橫斷面中最大垂線平均流速所在點的連線。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。綜合以上兩點，我們做以下分析：枯水季節(jié)時，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，水的流速快，慣性作用強，主流離開凹岸，居于河道中間，加上此時外江過水?dāng)嗝娲笥趦?nèi)江，因此魚嘴將大部分水量送入外江。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?？菟竟?jié)時，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，內(nèi)江多余的水越過飛砂堰流入外江；如遇特大洪水，它還會自行潰堤，讓大量江水回歸岷江正流。岷江從萬山叢中急馳而來，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。近代的經(jīng)驗一般規(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] 為了說明清晰起見，前文將分水、排砂、引水3大功能分開對應(yīng)魚嘴、飛砂堰、寶瓶口3大設(shè)施進(jìn)行陳述，實際上，這3大功能在時間和空間上都是統(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，在時間和空間上分開控制。更為可貴的是，古人在完全沒有流體力學(xué)系統(tǒng)知識的狀況下，通過實地考察和經(jīng)驗累積，從河水流動的整體出發(fā)，重自然調(diào)節(jié)而非人工控制，以簡單應(yīng)對復(fù)雜，使得不同功能間的矛盾在水沙運動中得到平衡和統(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)，如何計算隧道施工運營隧道中的通風(fēng)效應(yīng)，如何計算隧道施工 運營中的通風(fēng)問題，風(fēng)機如何安置，采用哪種通風(fēng)方式都是很典型的應(yīng)用。這個越來越重視啦。修明渠和城市管網(wǎng)設(shè)計（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)計都有賴于水力分析和計算；從事給水排水系統(tǒng)的設(shè)計和運行控制，以及供熱，通風(fēng)與空調(diào)設(shè)計和設(shè)備選用，更是離不開流體力學(xué)。[5]流體力學(xué)不僅用于解決單項土木工程的水和氣的問題，更能幫助工程技術(shù)人員進(jìn)一步認(rèn)識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)專業(yè)教學(xué)計劃中一門重要的專業(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)水荷載計算，水景景觀設(shè)計等問題都需要流體力學(xué)的參與。第四節(jié) 汽車設(shè)計中流體力學(xué)的應(yīng)用現(xiàn)代汽車車身外形的設(shè)計不僅要符合美學(xué)的要求，而且還要有利于車輛空氣動力學(xué)性能的提高，而后者通常是通過風(fēng)洞或道路試驗來測定與驗證的隨著計算流體力學(xué)的發(fā)展，在車身外形設(shè)計中可以應(yīng)用計算流體力學(xué)來模擬汽車車身周圍的流場，計算有關(guān)的空氣動力學(xué)性能，對有關(guān)的計算實例已有較多的報道日本豐田公司報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稱計算其一半即可，對NavierStokes方程用有限差分法進(jìn)行離散化。通過計算求得車身周圍的流場和車身表面的壓力分布，以及空氣阻力等。還有更進(jìn)一步研究在風(fēng)洞中無法測試的兩車相交駛過和超車等情況下的非定常流的空氣動力學(xué)問題的實例。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)絕對數(shù)值的精度等有待進(jìn)一步研究。近年來更多的汽車采用了四氣門技術(shù)及可變技術(shù)，柴油機也向直噴式燃燒室發(fā)展，這就使得相應(yīng)的氣道設(shè)計日趨復(fù)雜化。氣道內(nèi)氣體流動的特點是氣體流速較高，一般將氣體作為可壓縮流體來處理，同時，氣道的外形十分復(fù)雜，對計算網(wǎng)格劃分要求較高。 氣道內(nèi)的流動模擬正是系統(tǒng)的核心部分，采用的基本模型及算法是，將發(fā)動機進(jìn)、排氣道內(nèi)的氣體流動視為穩(wěn)態(tài)的3維有粘性可壓縮氣體的紊流流動來模擬計算。液力變矩器是汽車自動變速器的主要組成部分，其內(nèi)部裝滿液力傳動油，作為主要組成部分的渦輪、泵輪、導(dǎo)輪就浸在油中，工作時液力變矩器內(nèi)部的液體形成了極為復(fù)雜的流動，由于外部密封很難觀察到內(nèi)部流場，只能通過實驗來獲取其性能參數(shù)，這樣就給新產(chǎn)品的開發(fā)帶來了較大的困難。本來各個葉輪內(nèi)部的流動是無周期性的，應(yīng)該取整體為計算對象，但受到計算時間和容量的限制，一般對每個葉輪取相鄰的一對葉片中間的流體為研究對象，每個葉輪網(wǎng)格數(shù)約為6萬個．總共約為l8萬個。在進(jìn)行廢氣渦輪增壓器或離心式泵等旋轉(zhuǎn)機械葉輪中的流動模擬時，也可采用類似的處理方法。[9]總結(jié)本文重點介紹了流體力學(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)象也做出了簡單的解釋。當(dāng)前流體力學(xué)的發(fā)展趨勢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)問題不再能從現(xiàn)成的書本中尋求到答案，而要求流體力學(xué)研究者具備更強的主動進(jìn)取精神和創(chuàng)新思維能力，更善于從錯綜復(fù)雜的工程實際中獨立地提出問題并解決問題。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。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展基礎(chǔ)研究以探求流體的復(fù)雜流動規(guī)律和機理?？偠灾黧w力學(xué)的研究與應(yīng)用前景是十分廣闊的，它也會繼續(xù)吸引著無數(shù)有志之士獻(xiàn)身于對流體力學(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。因為我始終對未來充滿了希望和信心，大學(xué)畢業(yè)之后又將是一個新的開始。衷心感謝您對我的指導(dǎo)和教誨。唯一遺憾的是我自己不夠主動，錯過了許多與您交流的機會。感謝朋友們熱切關(guān)心我的論文進(jìn)度，及時督促我認(rèn)真扎實地完成論文寫作，為我提供免費的論文數(shù)據(jù)庫檢索賬號并幫我收集查找資料。而在我情緒最低落的日子里，也正是父母的鼓勵讓自己能夠繼續(xù)前進(jìn)。”我想用這句話作為這篇論文的一個結(jié)尾，也是一段生活的結(jié)束，另一段生活的開始。參考文獻(xiàn)[1]唐曉寅，杜楊，蔣新生，李康寧，[M] 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