工程流体力学

中图分类号：O368文献标识：A文章编号：1009-4202(2011)07-000-01

摘 要工程流体力学在工程中广泛应用,本文对工程流体力学的背景,发展,内容,应用,分支和前景做了简单介绍.

关 键 词工程流体力学发展史内容应用发展前景

一、背景

在人类历史上,面对河道决堤,洪期到来,人类束手无策的案例数不胜数,还有河田的干旱,河运交通的堵塞给人类带来的不便也是不计其数.但是随着人类文明的发展,人类开始对河水治理,桥梁建造,农业灌溉,河水航运等有了较多的需求,人类同时也就对水流运动的规律有了较多的需求和经验.但是要合理自如的控制和运用流体,人类就需要一个比较系统的学科理论去指导,于是工程流体力学的诞生已经迫在眉睫.

二、发展史

中国史上的大禹治水,李冰父子建立的都江堰,就是对水认识的萌芽,古罗马人也在早期就建立起了比较完善的供水管道系统.但是对流体力学一个比较科学的认识还是要在公元前250年左右古希腊伟大的科学家阿基米德写的《论浮体》后,这本书对流体运动做了一个比较科学的总结,可以算得上是流体力学的鼻祖了.很遗憾的是在接下来的很长一段时间内,因为种种原因,流体力学并没有得到进一步发展.直到16世纪以后,西方资本主义国家的生产力的迅速发展和资本主义制度的不断完善,以及政府对科学事业的政策和资金的鼓励,这才给各科学以及流体力学发展创造了良好的环境.

17世纪,人类伟大的科学家牛顿对流体有了初步比较深入的研究,他通过不断试验提出了牛顿内摩擦定律,黏性运动的流体符合牛顿摩擦定律.接着拉格朗日和欧拉提出了描述流体运动的二种方法拉格朗日法和欧拉法,拉格朗日法着眼于流体个支点的运动情况,研究各质点的运动历程,最后综合来获得总体情况,欧拉法责只着眼于流体经过流场中各空间点时的运动情况.然后有普朗特的混合长度理论,法国皮托发明了测流速的皮托管,达朗贝尔利用这些得出了流体中运动的物体阻力于速度有平方关系.欧拉总结出了欧拉运动微分方程(z+p/ρg+u*u/2g等于C),伯努利又对管道流体做了多次试验得出了经典的伯努力方程（p+ρgz+(1/2)*ρv^2等于C式中p、ρ、v分别为流体的压强、密度和速度；z为铅垂高度；g为重力加速度.）,它是能量守恒和转换定律在工程流体力学中的具体体现.19世纪以后,随着生产力的进一步发展,尤其是航空方面的运用,导致古典流体力学和实验流体力学的日益结合,逐渐形成了理论与实践并重的现代流体力学.随后流体力学进入新的阶段.

三、研究内容及应用

工程流体力学是一门研究工程中气体和液体运动规律的一门学科,他是基础力学的一个分支,它主要是以牛顿运动定律和质量守恒定律为基础的.流体力学有三个基本及检测设：质量守恒,动量守恒,连续体检测设.

流体力学广泛应用在航天,石油和天然气开采,地下水的开发利用,武器的爆炸,沙漠迁移等等,但是工程流体力学基本是指在工程中的应用,包括城市的生活和工业用水,水厂修建水塔,这些就需要计算好各水井的布置位置,水管直径,长度,动力,途径等等.另外在桥梁上,就需要对河水各个数据的掌握,以便对桥梁涵洞,配筋的设计.还有就是在高层建筑中,我们也要运用到空气动力学研究风荷载对建筑物的影响.在通风内燃机等的设计中,还要计算好空气流动规律,以便控制空气流量,燃气输送,降尘降温等留力学问题.我国的三峡大坝,葛洲坝等各大水利枢纽工程就是流体力学的宏伟体现.还有我国近年来航天工程中对流体力学的运用也是淋漓尽致.

四、研究方法

工程流体力学研究方法同一般科学研究方法大同小异,主要还是归结在现场观测,实验总结,建立理论,数值计算等.由于流体力学理论的不健全性,实验总结和现场观测尤为重要,流体力学应建立比较完善的观测站,另外还需要建立足够实验室去不断实验,不断模拟实践得出总结性结论.

五、流体力学分支

近几十年来,流体力学科学随着现代化生产建设的飞速发展和近代科学技术的不断进步,研究的范围越来越广,新的科学分支不断涌现出来,比如计算流体力学,随机流体力学,环境流体力学,能源流体力学,工业流体力学等等.

六、发展前景

从人类开始接触认识流体力学到现在的2千多年,特别是20世纪以来工程流体力学得到了广泛的应用和飞速的发展.人类已经可以用现有的理论体系去解决生活中的绝大多数问题.但是人类对流体力学并没有完全了解,比如一些复杂的流体运动人类还是无法用系统科学的理论去解释,只能凭靠经验去解决许多问题,所以流体力学有很大的发展前景流体力学还需要我们去完善它的理论基础以及提出新的理论.