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工程流体力学论文
  • 发布日期:2020-04-23      浏览次数:214
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      摘要:流体力学是力学的一个独立分支,是一门研究流体(液体和气体) 的平衡和力学运动规律及其应用的科学。它所研究的基本规律包括两大部 分:一是流体平衡的规律,即流体静力学;二是流体运动的规律,即流体 动力学。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:工程流体力学认识; 发展史 ;内容应用;建筑工程与流体学。

       

      引言

       

      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。

       

      正文 其实,我对流体力学的认识还仅仅出于感性认识的阶段,并没有很深入地了解流体力学的知识,对于一些同流体有关的现象并不能够运用相应的知识理论来进行解释。通过查阅资料,我了解到流体力学是研究流体的力学运动规律及其应用的学科。作为力学的一个重要分支,流体力学主要研究流体本身的静止状态和运动状态,以及流体和固体界壁之间具有相对运动时的相互作用及流动过程中动量,能量和质量的传输规律等,并将它们应用于解决生产,科研和生活中与流体运动有关的各种问题。流体力学的研究对象包括水,空气,水蒸气,润滑油,地下石油,,血液,超高压作用下的金属盒燃烧后产生的成分复杂的气体,高温条件下的等离子体等等,其中研究得最多的是人类不可或缺的两种物质:水和空气。流体力学的研究只要是牛顿运动定律和质量守恒定律,此外常常还需要运用到热力学知识,又是还应用到宏观电动力学的基本定律,本构方程和物理学,化学的基本知识等等。

       

      不仅如此,流体力学还具有广泛的应用范围,包括了工业,农业,军事等众多领域,既包含自然科学的基础理论,又涉及工程技术科学方面的应用,比如气象,水利,船舶,航空航天,机械制造,医疗以及天文研究等等都应用和涉及到了流体力学的知识。水和空气对于生命体来说是至关重要的,地球百分之七十的面积被水覆盖同事也被大气完全包围住,时刻在进行着对流和迁移运动,输送水

       

      分和热量,影响着全球的气候和生态环境;室友和天然气的开采;地下水的开发利用;沙漠迁移等等这些都同人们日常生活有着密切联系。也正是如此,对于流体力学的发展,就不会有现代工业以及高新技术的发展。流体力学对推动社会向前发展做出了巨大贡献,今后仍将在科学与技术的各个领域中发挥更大的作用。 关于它的发展史是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=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=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。

       

      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。

       

      对于自己现在学的土木工程与建筑专业,这个建筑与土木工程专业是研究人类社会和生活所需要的基础设施建设的规划、设计、建造和维护的工程领域。其工程硕士学位授权单位培养从事区域规划,城市和村镇规划,城市设计,建筑与结构设计,市政工程设计,桥梁、道路与隧道工程设计,地下与水工结构设计及其勘测、施工、维护等高级工程技术人员。研修的主要课程有:政治理论课、外语课、数值分析、现代建筑设计及理论、现代规划原理与方法、现代建筑评论、城市社会学、环境心理学、现代建筑物理、工程弹塑性力学、高等结构力学、高等土力学、工程结构设计原理、基础工程、工程测试技术、计算机应用技术、优化原理与方法、建筑经济与管理等。由于本领域涉及建筑与土木两个学科,课程可视培养对象增减。

       

      其相关领域:交通与运输工程、测绘工程、水利工程、环境工程、环境科学、计算机应用技术。而工程流体力学属于水利工程其中,这个能更加清楚明确的学习到专业知识和让我们能更好更快的明白它的本质。

       

      对于学习和理解工程流体力学课程上,指导我们的是一位经验丰富又及其幽默的韩老师,他的教育主旨是,让我们在有限的时间内接受更多的人生道理,而对于工程流体力学的学科上,他更加的是提倡我们自学,在课堂上更多接触的是他的各种丰富的求学之路上的经验,给我们最多的就是社会的经验,所以在课堂上最多的不是睡觉的学生而更多是笑声和感慨,但也由于课堂上的学习时间有限,大量的作业后也是一对烦恼,同学也成说了句玩笑式的话:“老师就是教我们1+1等于2,而叫我们做的作业是1000+1000等于几的作业。”

       

      结论

       

      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。

       

      1,结构风工程,高耸建筑物一般都要做风洞试验的。而大跨度柔性桥梁的抗风性能就是空气动力学的一个典型应用。从而有了CFD的蓬勃发展。

       

      2,处于近海和江河中的建筑物,尤其是桥墩基础啦,都要考虑水文的,因此就有河流动力学这一方向。

       

      3,基坑施工时一般要考虑地下水的,降水怎么计算也要用到流体力学。 4,隧道中的通风效应,如何计算隧道施工 运营中的通风问题,风机如何安置,采用哪种通风方式都是很典型的应用。

       

      5,高速铁路隧道的空气动力学效应。这个越来越重视啦。由于高铁的速度高,进出隧道时都会产生活塞效应,所以也要用到流体力学来解决这些问题,也是当前的一个热点。

       

      6,修明渠和城市管网设计(市政工程)用到的基本上都是经典的流体力学。

       

      我们可以从以上几个方面让流体力学和土木与建筑专业相结合并更好的学习,在以后的学习工作中得到明确的方向。

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