清華大學航空學院符松流體力學第九章

清華大學航空學院符松流體力學第九章目錄引言流體力學的基本概念流體運動的數(shù)學模型流體的流動特性流體動力學中的重要現(xiàn)象流體力學的實際應用01引言背景介紹01流體力學是研究流體（液體和氣體）運動規(guī)律及其應用的學科。02流體力學在日常生活、工業(yè)生產、交通運輸、環(huán)境保護等領域有著廣泛的應用。流體力學的發(fā)展與物理學、數(shù)學、工程學等學科密切相關，是現(xiàn)代科學技術的重要組成部分。03飛機、火箭、衛(wèi)星等飛行器的設計和性能分析需要應用流體力學的知識。航空航天交通運輸水利工程環(huán)境工程汽車、船舶、高速列車等交通工具的設計和優(yōu)化需要應用流體力學的知識。水庫、水電站、堤壩等水利設施的設計和建設需要應用流體力學的知識。污水處理、空氣凈化、噪聲控制等環(huán)境問題的解決需要應用流體力學的知識。流體力學的應用18世紀伯努利提出了伯努利定理，描述了流體靜壓和動壓的關系。古代人類在生活和生產中積累了豐富的流體力學經驗，如水利工程、船舶制造等。17世紀牛頓建立了經典力學體系，為流體力學的發(fā)展奠定了基礎。19世紀斯托克斯提出了斯托克斯定理，描述了粘性流體運動的基本規(guī)律。20世紀以來隨著計算機科學和數(shù)值計算技術的發(fā)展，流體力學得到了更深入的研究和應用。流體力學的發(fā)展歷程02流體力學的基本概念流體是氣體和液體的總稱，具有流動性和傳遞力的性質。流體流場是指流體在空間中的分布，可以用流速、壓力、密度等物理量描述。流場流體與流場遵循牛頓粘性定律的流體，其剪切應力與剪切速率成正比。不遵循牛頓粘性定律的流體，其剪切應力與剪切速率之間的關系比較復雜。牛頓流體與非牛頓流體非牛頓流體牛頓流體流體靜力學與動力學流體靜力學研究流體在靜止狀態(tài)下的平衡規(guī)律和壓力分布的學科。流體動力學研究流體運動規(guī)律和力的作用的學科，包括一維、二維和三維流動。03流體運動的數(shù)學模型描述流體質量守恒的方程總結詞連續(xù)性方程是流體運動的基本方程之一，它表達了流體質量守恒的原理。在流場中，單位時間內流出的凈質量等于該時間內流體內質量的減少。詳細描述連續(xù)性方程總結詞描述流體動量守恒的方程詳細描述動量方程是流體運動的基本方程之一，它表達了流體動量守恒的原理。該方程涉及到流體的速度、壓力、密度和外力等因素，是分析流體運動的重要工具。動量方程能量方程描述流體能量守恒的方程總結詞能量方程是流體運動的基本方程之一，它表達了流體能量守恒的原理。該方程涉及到流體的溫度、壓力、比熱容、內能和熱傳導等因素，是分析流體傳熱和流動過程的重要基礎。詳細描述04流體的流動特性層流流體在管內流動時，各層流體之間保持相對的平行流動，互不干擾，流動比較平穩(wěn)。湍流流體在管內流動時，流體質點之間存在強烈的相互混雜和摻雜，流動呈現(xiàn)紊亂狀態(tài)，流速和壓力隨時間和空間發(fā)生變化。層流與湍流VS流體在固體壁面附近形成的流動薄層，其中流速梯度較大，湍流應力、粘性力與慣性力之間達到平衡。邊界層分離當流體流過彎曲的壁面或遇到障礙物時，由于流體內部粘性力的作用，邊界層內的流體在靠近壁面的地方發(fā)生分離，形成一個漩渦區(qū)。邊界層邊界層理論流體流動過程中，由于外部干擾或內部因素引起的流動狀態(tài)變化，最終能否恢復到原來的狀態(tài)或保持新的穩(wěn)定狀態(tài)。由于外部干擾或內部因素引起的流動狀態(tài)變化，最終不能恢復到原來的狀態(tài)或保持新的穩(wěn)定狀態(tài)。流動穩(wěn)定性不穩(wěn)定性流動穩(wěn)定性05流體動力學中的重要現(xiàn)象流體壓縮性影響流體壓縮性流體的壓縮性是指流體在壓力或溫度變化時，其密度發(fā)生變化的性質。壓縮性對流場的影響流體的壓縮性對流場有顯著影響，特別是在高速流動和高溫環(huán)境中，流體的壓縮性可能導致流場的不穩(wěn)定性和波動。壓縮性對流動特性的影響流體的壓縮性還影響流動特性，如湍流擴散、邊界層分離等。在某些情況下，流體的壓縮性甚至可能改變流動狀態(tài)。實驗研究的重要性為了深入理解流體壓縮性對流場的影響，需要進行大量的實驗研究，通過實驗結果來驗證理論模型和數(shù)值模擬的準確性。實驗研究的重要性實驗是研究流體粘性影響的重要手段，通過實驗可以測量流體的粘度、流動特性等參數(shù)，為理論研究和數(shù)值模擬提供重要依據。流體粘性的定義流體粘性是指流體在運動過程中，由于內摩擦作用而產生的阻力。粘性對流動的影響流體的粘性對流動有重要影響，它決定了流體在運動過程中所受到的阻力大小。在管道流動中，粘性作用會導致流速分布發(fā)生變化，影響流動阻力。粘性對湍流的影響湍流是一種高度復雜的流動狀態(tài)，粘性作用對湍流的結構和演化有重要影響。通過研究湍流中的粘性效應，有助于深入理解湍流的本質。流體粘性影響流體熱傳導影響熱傳導的基本概念：熱傳導是指熱量在物質內部通過分子、原子等的運動傳遞的過程。熱傳導對流動的影響：在流體動力學中，熱傳導對流動特性有顯著影響。例如，在燃燒室、發(fā)動機等高溫環(huán)境中，熱傳導會導致流體的溫度分布發(fā)生變化，進而影響流動特性和燃燒過程。熱傳導與湍流相互作用：在湍流流動中，熱傳導與湍流之間存在相互作用。這種相互作用對湍流的演化、擴散等特性產生重要影響。實驗研究的重要性：為了深入理解熱傳導對流動的影響，需要進行大量的實驗研究。通過實驗可以測量流體的熱導率、溫度分布等參數(shù)，為理論研究和數(shù)值模擬提供重要依據。同時，實驗還可以驗證理論模型和數(shù)值模擬的準確性。06流體力學的實際應用飛行器性能優(yōu)化通過流體力學的研究，可以優(yōu)化飛行器的性能，提高其飛行效率、穩(wěn)定性和安全性。飛機設計流體力學在飛機設計中發(fā)揮著至關重要的作用，如機翼設計、尾翼設計、進氣道和噴嘴設計等，都離不開對流體動力學的深入理解和應用。航天器推進火箭和衛(wèi)星的推進系統(tǒng)設計需要利用流體力學的知識，如燃燒室設計、噴嘴設計、推進劑流動等。航空航天領域的應用船舶設計中的船體線型、推進器設計、船舶阻力等都需要應用流體力學的知識。船舶設計船舶操縱性優(yōu)化船舶推進效率提升通過流體力學的理論和方法，可以優(yōu)化船舶的操縱性能，提高航行的安全性和經濟性。利用流體力學的研究成果，可以改進船舶推進器的設計，提高推進效率，降低能耗。030201船舶工程領域的應用風力發(fā)電機的設計和優(yōu)化需要應用流體力學的知識，如風力機翼型的設計、風能轉換效率的研究等。風能利用流體機械