中山大学-流体力学课程-课件精华

中山大学流体力学课程本课程旨在帮助学生深入了解流体力学的基本原理和应用，并掌握流体力学分析和计算方法课程简介课程内容课程目标

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22.本课程介绍了流体力学的基本概念和原理，并应用于日常生活和帮助学生建立流体力学的基本知识体系，培养学生分析和解决流工程实践体力学问题的能力课程安排教学团队

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44.包括理论讲解、实验演示、课后习题和期末考试，以帮助学生深由经验丰富的教授和讲师组成，提供高质量的教学和指导，帮助入理解和掌握流体力学知识学生顺利完成学习目标课程目标培养流体力学基础知识提升分析问题能力掌握流体模拟技术促进团队合作掌握流体力学的基本概念、理论运用流体力学原理分析和解决实熟悉流体力学数值模拟软件的使鼓励学生积极参与讨论，提升团和方法际工程问题用和应用队协作能力基本概念流体连续介质流体是能够流动并改变形状的物质流体被认为是连续介质液体和气体都属于流体流体没有间隙，因此可以无缝地流动流体性质密度粘度流体密度是指单位体积流体的质量，流体粘度是衡量流体抵抗剪切变形的表示流体中物质的密集程度它是流能力，它描述了流体在流动时内部摩体的重要物理性质之一，会影响流体擦力的强弱的浮力、惯性等特性表面张力压缩性表面张力是液体表面层分子之间相互流体压缩性是指流体体积随压强变化作用力产生的内聚力，导致液体表面的程度，表示流体在压力作用下体积表现出收缩趋势，形成一个薄膜状的变化的难易程度表面流体静力学静止流体流体静力学研究的是处于静止状态下的流体，其内部没有相对运动，只受重力和压力力的作用压力分布静止流体中，压力随着深度的增加而线性增加，这个规律被称为流体静力学基本方程阿基米德原理浸没在流体中的物体所受到的浮力等于物体排开流体的重量，这是阿基米德原理的精髓应用场景流体静力学在许多工程领域都有广泛应用，如水坝的设计、船舶的浮力计算以及气象预报等流体动力学基本方程质量守恒方程1描述流体质量守恒动量守恒方程2描述流体动量守恒能量守恒方程3描述流体能量守恒流体动力学基本方程是描述流体运动的基本规律这三个方程分别描述了质量、动量和能量守恒伯努利方程能量守恒压力与速度应用广泛伯努利方程描述了流体在流动过程中的能量守它表明流体的压力、速度和高度之间存在着密伯努利方程广泛应用于各种流体力学问题，如恒关系切的联系管道设计、机翼升力分析等流量测量流量计类型流量测量应用流量计用于测量流体的流量常见的流量计流量测量在许多领域都有应用，例如工业生类型包括容积式流量计、质量流量计、速度产、水资源管理、医疗保健、环境监测等式流量计等不同的流量计原理不同，适用于不同的流体和流量范围流量测量可以帮助人们了解流体流动情况，流量计的选择取决于测量精度、流体性质、进而优化生产过程、提高能源效率、监测环流量范围、成本等因素例如，涡轮流量计境变化等适用于高精度测量，而超声波流量计适用于测量高粘度流体管道流层流湍流摩擦损失流体在管道内以平稳、有序的方式流动流体在管道内以不规则、混乱的方式流动流体在管道内流动会遇到阻力，造成能量损失流体机械泵风机泵是将能量传递给流体的机械装置风机用于在管道或其他系统中移动空这些装置提升流体的压力，使其能够气其原理是通过旋转叶片将动能传克服流动阻力和爬升高度递给空气水轮机涡轮机水轮机利用流体动能转化为机械能涡轮机与水轮机类似，但它们使用蒸它们通常用于水力发电站，将水流的汽或气体作为工作介质这些装置广能量转化为电能泛应用于发电厂和其他工业领域边界层理论粘性效应边界层厚度

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22.流体粘性导致边界层形成，流体速度在固体表面附近急剧下降边界层厚度是指从固体表面到流体速度恢复到自由流速度99%处的距离边界层类型工程应用

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44.根据流体的雷诺数，边界层可以分为层流边界层和湍流边界层边界层理论广泛应用于航空航天、船舶设计、流体机械等领域湍流分析湍流特性湍流模型实验研究数值模拟湍流是一种随机、非线性的流体多种模型用于模拟湍流，如雷诺风洞实验、水洞实验等可获得湍利用计算机软件模拟湍流，可以运动，难以预测，但对工程应用平均Navier-Stokes方程流数据，用于模型验证和参数校预测流体流动并分析影响因素至关重要（RANS）和大涡模拟（LES）准流体稳定性静力稳定性动力稳定性流体静力稳定性是指流体在重力作用流体动力稳定性是指流体在受到扰动下是否保持静止状态例如，密度后是否能恢复到初始状态，或是否会较高的流体在密度较低的流体下方，发生不稳定现象例如，层流在一保持稳定定条件下会转变为湍流瑞利泰勒不稳定性-当密度不同的两种流体相互接触时，会发生瑞利-泰勒不稳定性这是一种非常重要的流体不稳定现象，在许多实际应用中都有重要的意义气体动力学气体动力学介绍气体动力学特点气体动力学是研究气体运动及其与周围环境相互作用的学科气体动力•高马赫数流动学在航空航天、能源、环境等领域有广泛应用•压缩性影响气体动力学涵盖了气体流动的基本原理、气体性质、气体动力学方程、•气体粘性影响气体流动特性以及气体动力学实验方法等•复杂边界条件浴量理论升力翼型飞行器风力机翼型表面气流速度变化产生压力翼型设计优化空气动力，增加升浴量理论在飞机设计中应用广泛，风力机叶片设计也应用浴量理论，差，形成升力力，减少阻力实现飞行将风能转化为机械能非牛顿流体粘度特性种类繁多非牛顿流体的粘度随剪切速率变化，例如，血液、泥浆、乳液、聚合物与牛顿流体不同溶液等，在不同领域都有应用复杂行为应用广泛非牛顿流体的流动行为难以预测，例如，在食品加工、石油开采、生需要特殊模型描述物医学等领域都有重要应用数值仿真方法有限差分法1将连续的微分方程转换为离散方程，用差分代替导数，得到一系列代数方程，然后用数值方法求解有限元法2将求解区域划分为有限个单元，在每个单元上选择合适的插值函数，然后利用变分原理或加权余量法建立有限元方程，边界元法3最后求解将求解区域的边界离散化，然后用边界积分方程表示流体力学问题，最后求解边界积分方程实验测量技术风洞实验水流测量激光测速仪热线风速计风洞实验是一种模拟流体流动的水流测量仪器可以用来测量流体激光多普勒测速仪（LDV）是一热线风速计可以用来测量气流的方法，用于研究物体在流体中的的速度、流量、压力等参数种利用激光干涉原理测量流体速速度和湍流强度运动特性度的仪器流体应用案例流体力学在许多领域都有广泛的应用，例如航空航天，水利工程，能源工业，生物医学工程，环境工程，和机械制造通过对流体流动规律的研究，可以设计出更高效的飞机和船舶，建设更安全的水坝和管道，开发更清洁的能源，改善医疗器械的设计，提高环境保护效率，以及优化机械设备的性能流体力学发展前景跨学科融合应用场景拓展流体力学与其他学科的交叉融合将不断深化，推动新理论和新技流体力学将在航空航天、生物工程、能源开发等领域得到更广泛术的发展的应用人工智能助力可持续发展人工智能技术的应用将提高流体力学研究的效率和精度，推动流流体力学研究将更加关注可持续发展，为解决环境问题和能源问体力学向更深层次发展题提供理论基础复习重点流体力学基本方程伯努利方程管道流边界层理论连续性方程、动量方程和能量方流体能量守恒定律，应用于各种流体在管道中的流动特性，包括流体在固体表面附近形成的薄层，程流体问题层流和湍流影响流体阻力和热传递常见习题流体静力学流体动力学计算液体静压强，浮力，物体在液体分析流体的运动，计算流量，流速，中的平衡等问题压力变化等问题管道流计算管道中的压力损失，流量变化，管道阻力等问题实验演示流体力学实验演示是课程的重要组成部分，帮助学生理解理论知识，并培养动手能力演示内容包括各种流体现象，如管道流、边界层、湍流、气体动力学等等通过实验观察和数据分析，学生可以加深对流体力学原理的理解，并掌握实验操作技能演示实验选取一些经典的流体力学实验，如伯努利原理演示、雷诺数演示等等这些实验简单易懂，便于学生观察和理解此外，还可以结合一些实际应用案例，例如风洞实验、水力模型实验等，让学生体会流体力学在工程技术领域的重要作用课程总结知识回顾实践应用本课程涵盖了流体力学的基础理论和应用通过学习，学生能够掌握流课程内容与实际工程应用紧密结合，培养学生的实践能力，能够将流体体的基本性质、运动规律和力学模型力学理论应用于实际问题期末考核形式闭卷考试课堂讨论实验报告考试内容涵盖课程教材、课堂笔记、实验报告分组讨论并展示相关课题，锻炼学生团队合作学生需完成实验并撰写报告，考察实际操作能等和沟通能力力和数据分析能力参考文献流体力学流体力学流体动力学计算流体力学陆士嘉等著.流体力学.北京:高等白以龙等著.流体力学.北京:科学赵伟等著.流体动力学.北京:清华崔俊芝等著.计算流体力学.北京:教育出版社,

2008.出版社,

2014.大学出版社,

2012.科学出版社,

2009.答疑交流欢迎同学们积极提问，老师将耐心解答课后可通过邮件、QQ群等方式交流学习心得和疑难问题鼓励同学们之间互相讨论，共同进步可建立学习小组，分享学习资料和经验学习建议课前预习课后练习积极提问组队合作提前预习课程内容，并尝试理解课后及时进行练习，巩固课堂学课堂上，积极参与讨论，并勇敢与同学组队学习，互相帮助，共相关概念预习可以提高课堂效习成果练习可以加深对理论知提出疑问提问可以帮助你更好同进步合作学习可以拓展思路，率，并帮助你更好地理解和掌握识的理解，并提升解决实际问题地理解课程内容，并加深对知识并提高学习的趣味性和效率知识的应用能力点的掌握。