流体力学在社会的发展和应用

流体力学在社会的发展和应用 摘要 流体力学作为力学的一门分支，在社会中有着非常重要的作用和极其广阔的应用前景。早至旧石器时代，人们就已经开始了对流体力学的简单应用。经过几千年的发展，经过无数科学家的研究，流体力学已渐渐成为一个完整、成熟的知识体系。它在土木工程、航空航天、化工工业、环境保护、石油能源等方面得以应用并发挥了显著的作用。但在21世纪的今天，面对能源紧缺、环境污染等问题，如何发展这门学科，使其发挥应有的作用已是我们不得不面对的问题。 一、关于流体力学的研究背景 流体力学是自然界中除固体以外存在的一种物质形式，它包括气体和液体，以流体作为研究对象，以高等数学连续函数作为数学工具，采取实验 分析 定性数据统计分析pdf销售业绩分析模板建筑结构震害分析销售进度分析表京东商城竞争战略分析 与理论研究想结合的方法，来研究流体处于平衡或运动状态时的力学规律及与边界间的相互作用规律的一门科学。流体力学有着极其广泛的应用，是整个工程学和应用科学研究的核心和基础之一。流体力学对于土木工程、航空航天、气象学、水利学、海洋学都占据着举足轻重的位置，对于当代的科学家和工程师更是必不可少需要熟悉掌握的一部分。航空工业中飞机的制造需要空气动力学；造船工业部门也要用到水动力学；水电站、火电站、核电站、地热电站，工作介质都是液体。机械工业中的润滑、冷却、液压传动器都要用到流体力学的知识。冶金工业中炉内气体的流动、冷却等，水利工程中的水资源运用、灌溉排水，化工流程、石油输送、环境保护、交通运输等也都应用到了流动力学。因此，流体力学及其应用有着非常广阔的前景，研究流体力学的应用对科学技术的进步和社会生活的发展也都起到了极其重要的推动作用。 二、流体力学在社会的发展 流体力学作为力学重要的一个分支学科，早在几千年前人们在农耕劳作、社会生活当中就已经了解熟悉了其中的一些基本规律和原则。再到今天发展成一个成熟、完整的知识体系，它经过了无数科学家的科学实验、推敲验证，是先辈们努力智慧的结晶。 2.1古时期的流体力学 在旧石器时代，古人就已经学会了运用一些木棒、石器打制一些简单的器具用来捕捉动物、采摘果实等，在这个过程中，已经体现了尖劈原理的力学应用。新石器时代，人们对浮力和反作用力的认识和应用已经非常熟悉了，在中国、荷兰、埃及等国发现的公元前5000年钱的独木舟、宽翼等就是很好的例证。 而在我国古代春秋战国和秦朝，对于流体力学在实际操作中的应用更是驾轻就熟。先有的灵渠、郑国渠再到后来的隋朝的京杭大运河都是古代劳动人民的智慧结晶。 2.2 流体力学理论研究的先河 而最早真正把流体力学作为一门理论学科来研究并作出巨大贡献的则是古希腊伟大的科学家阿基米德。在公元前3世纪，阿基米德发现了浮力定律并撰写了《论浮体》。在实际生活中，阿基米德通过大量计算和分析制造了螺旋扬水机。这种螺旋扬水机，对当时农业的发展起了很大作用；船舷里积水，也可以用它抽干，所以对航运业也有帮助。至今，人们还将它称为“阿基米得螺旋”。在科学技术高度发达的今天，利用阿基米得螺旋的原理，制成了各种器械用来传送小块固体、粉末、粘性液体，做成各种螺旋搅拌混合机械，在实际生活中得到了广泛的利用。而在《论浮体》这本书中，阿基米德则得出了流体力学最重要最基础的一条定律：“浸在液体（或气体）里的物体受到向上的浮力作用，浮力的大小等于被该物体排开的液体的重力。”并用数学公式表示：F浮=G排=ρ液·g·V排液。这一定律成功奠定了流体力学的基础，开创了流体力学理论研究的先河。 2.3流体力学的初步形成与发展 在这一时期，流体除了解决实际生活中的应用问题，在理论研究方面更是发展迅速。1678年，牛顿研究在流体中运动物体所受的阻力，并建立牛顿粘性定律。 法国的传教士马略特在流体力学的研究方面作出了巨大的贡献。他在1686年发表了《论水和其他流体的运动》。在这本书中，他讨论了液体与浮体的平衡，并解释了实验与理论研究中的一些差异，给出了圆管流体压强的分布规律以及计算管壁压强的公式。马略特在对流体力学理论和技术上的研究，大大推动了其发展。 1738年，丹尼尔·伯努利出版《流体动力学》，在这本书中他将力学中的活力守恒定理引入了流体力学。他得出了最重要的结论伯努利定理即：p+ρgz+(1/2)*ρv^2=C，其中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。 1755年，欧拉提出流体平衡方程和运动方程。展开了对无黏性无旋流体的平面、空间运动的研究。 19世纪开始，科学家们展开了对黏性流体力学的研究。由于早期的科学家在研究流体力学的时候，并没有以没有摩阻的流体为前提。为了解决这些问题，后来一些科学实验就建立起来了。法国科学家玻尔达在1763年进行了流体阻力实验。通过他的空气阻力实验，他得出结论空气的阻力不能通过各部分的阻和得到。之后他对水做了实验，验证了阻力是与速度的平方成正比。并引进了体形系数的概念，得出随水深的增加阻力而减小的规律，并首先开创了研究粘体力学。 在1775年，玻素等人组织了一个委员会，去做了一项“为了航海事业的研究”。他们对20种不同的船型进行了研究。通过这项实验，肯定了阻力与速度的平方成正比的结论。 1852年，雷什通过对波浪运动的观察和船舶模型的实验，提出了雷什数。 19世纪末，人们开始了对湍流的研究，并研发了相应的实验设备。1891年，彻斯特提出速度环量产生升力，为建立升力理论创造条件。 1932年，德莱顿引进了湍流强度的概念，运用自己设计的热线流速计，成功测量到湍流涨落速度。 1946年，卡门提出了跨声速相似律。 在出现计算器以后，流体力学的发展更是迅速。到20世纪中叶以后，流体力学更主要转而对石油、化工、能源、环保等方面作出了研究，并与邻近的学科相互渗透，形成新的学科。 2.4 二十世纪的流体力学 在这一时期，科学家们已经不仅仅停留在理论和实验设备的研究上了，很多工作都围绕航天事业发展而展开。1904年，普朗特通过大量观察和分析测量后，发表了《非常小摩擦些的流体流动》，提出了失速的概念，创造了边界层理论。 1910年以后，机翼理论有了很大的发展。普朗特还提出了第一个可供应用的三维机翼理论。 在阿基米德建立阿基米德定理之后，15世纪至17世纪，牛顿、达芬奇、伽利略等人用实验方法研究了水静压力、大气压力、孔口出流、压力传递和水的切应力等问题。18世纪以后，流体力学的研究大致分为两大类：一类是数学分析的方法进行比较严格的推导，建立流体运动的基本方程。在这方面，伯努利、欧拉、雷诺等人作出了巨大贡献。另一类的研究是为了解决实际生产问题。从大量的实验和实际观察中 总结 初级经济法重点总结下载党员个人总结TXt高中句型全总结.doc高中句型全总结.doc理论力学知识点总结pdf 出一些经验关系公式，并根据简化后的一维方程进行数学分析，建立各运动要素的定量关系。在这方面，毕托、曼宁等人作出了贡献。而将上述两类研究达到统一的是由德国人普朗特创立的边界层理论。这一理论既明确了理想流体的适用范围，又能计算实际物体运动时的摩阻力。 三、流体力学在社会的应用 3.1 流体力学在土木工程中的应用 在土木工程中，流体力学是一门非常重要的基础课程。在建筑工程中，需要考虑风对高耸建筑物的作用。在进行基坑施工、地坑的抗渗处理、桥渡的设计等等都依赖水力分析和计算。在实际应用中，非常有必要掌握水、风等一些基本流体的物理性质，从而对流体力学的基本方程进行简化，建立这些流体的基本控制方程，进而进行数值计算。流体力学的发展相应的推动了工程技术的发展。 3.2 流体力学在航空航天事业的应用 在航空航天的发展方面，流体力学更是起着举足轻重的地位。飞行器的受力状况和阻力等等，都应用到了流体力学。普朗特提出的边界分层理论，对后来的机翼理论奠定了基础。为避免边界层分离和失速，科学家们设计了超临界翼型。运用薄翼理论，提出了带弯度翼型的气动问题。钱学森和卡门分别提出的高声速相似律和跨声速相似律，也在机翼理论中得以经常运用。阿克莱的超声速相似律在超声速机翼制造中也是重要的理论基础。飞行器的速度超过声速，航天飞机应运而生。流体力学解决了飞机能飞，时速能超过音速，飞机做高超音速飞行受热状况时的热保护，高速飞行气体电离产生的通信中断四大航空技术上的问题。随着时代的进步，技术的发展，流体力学在航空事业中的应用将发挥更大的作用。 3.3流体力学在海洋方面的应用 海洋占地球表面积的百分之七十一左右，除了能给人类带来巨大的生态价值外，水产资源、海运事业等也带来了显著的经济价值。而流体力学的发展对航海事业的推动则起到了功不可没的作用。在对鱼类游动原理的研究时，流体力学的应用为我们设计出了更快更安全的潜艇等海上工具。设计大排水量的船舶，建造大型海上采油平台，解决出海时遇到的天气状况，对气候、海速、波浪荷载的预报，检测大浪对船舶的作用等等技术都用到了流体力学，这不仅为我们的安全提供了有效的帮助，也给我们带来了大量的经济效益。 3.4 流体力学在石油、化工、能源等方面的应用 计算流体力学等技术在石油、化工等方面发挥了极其重要的作用。通过计算流体力学，可以对高压管道内的天热气泄漏和扩散过程进行数值模拟，分析油、水、气三相分离器设计中存在的问题。在蒸汽轮机里面的蒸汽流动，内燃机里面的燃料组织、空气流动等等都应用到了流体力学。在当今时代，全球的发电都是通过叶轮机的，而使得叶轮机的设计得以改进，效率大大提高三分之一，节约了大量的资源，这些靠的都是流体力学中的湍流理论。同样，汽车的燃料问题。由于流体力学在其中的贡献，不仅仅节约了燃料费，更使得污染减少了百分之九十多。在石油能源的采油中，正是在流体力学的帮助下，大量无法被开采的原油都能够得到开采并被有效应用。流体力学不仅仅帮助我们提高了实际操作中的效率问题，更重要的是为我们节约了大量的资源。 四、对流体力学的展望和看法 （1） 能源方面 随着科技的不断发展，社会的不断进步，在21世纪的现代，由于世界对能源的需求不断增长，加速和能源有关的工业发展已是迫在眉睫。在开采、输送能源过程中存在着很多流体力学的问题。如去除仍然残留在岩体中的原油。天然气、石油等输送过程中产生的流体驱动问题。水电站的侵蚀，提高燃烧效率等问题。如何更好的应用流体力学解决能源问题已是我们不得不面对的一个事实。 （2） 环境方面 伴随着人类社会的不断进步，环境问题也越来越严重。酸雨、臭氧层破坏、全球变暖、台风、土地沙漠化等等各种问题已摆在了人类的面前。而在这些问题中，很多都存在着流体力学的问题，环境流体力学也已发展成为一门重要的学科。水覆盖地球表明的百分之七十五左右，大气又包围着地球，水资源的紧缺，大气环流过程中影响到的地球气候变暖问题，特大洪水的爆发，泥石流、泥沙等石流运动的问题。这就需要我们研发新的清洁能源，减少污染物的扩散运输，有效的避及灾害，控制好坏境的污染，而这些过程中，流体力学的发展都为其提供了极大的帮助。 （3） 生物方面 生物学是一门研究生命结构、功能等方面，与人类密切相关的学科。不仅与人类的健康，和环境、农业等各方面都有着非常紧密的关系。在生物学中，细胞力学对21世纪的今天更是极其的重要。细胞力学是为了研究细胞的运动、分裂、分布、变化等机理，对其与血管、皮肤、骨骼组织等疾病的改善、治疗有着重要的作用。流体动力学与生物学相交叉、相互应用、密不可分，对解决各种疾病，保持病人正常的新陈代谢，身体各个机能正常的运作都有着重要的贡献。 由此看来，流体力学在各方面都有着重要的应用和极其广阔的前景。无论是对生态环境的可持续发展还是对经济建设的稳定提高都有着巨大的帮助。深化和发展流体力学，将其与生物、气象、电磁学等各个学科相互交叉、贯通形成新的学科，应对新世纪出现的各种复杂困难的问题，已是当今时代不可阻挡的潮流趋势。 五、参考 资料 新概念英语资料下载李居明饿命改运学pdf成本会计期末资料社会工作导论资料工程结算所需资料清单 [1] 郭荣俩、郭清南、祝世兴,《流体力学及其应用》，机械工业出版社，1996，第2页. 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