工程流体力学的概述
流体力学是连续介质力学的一门分支,是研究流体(包含气体及液体)现象以及相关力学行为的学科。可以按照研究对象的运动方式分为流体静力学和流体动力学,还可按应用范围分为水力学,空气动力学等等。理论流体力学的基本方程是纳维-斯托克斯方程,简称N-S方程。
纳维-斯托克斯方程由一些微分方程组成,通常只有通过一些边界条件或者通过数值计算的方式才可以求解。它包含速度v=(u,v,w),压强,密度,粘度温度等变量,而这些都是位置(x,y,z) 和时间t的函数。通过质量守恒、能量守恒和动量守恒,以及热力学方程 f(ρ,P,T)和介质的材料性质我们可以确定这些变量。
流体力学中研究得最多的流体是水和空气。它的主要基础是牛顿运动定律和质量守恒定律,常常还要用到热力学知识,有时还用到宏观电动力学的基本定律、本构方程和高等数学、物理学、化学的基础知识。
1738年伯努利出版他的专著时,首先采用了水动力学这个名词并作为书名;1880年前后出现了空气动力学这个名词;1935年以后,人们概括了这两方面的知识,建立了统一的体系,统称为流体力学。
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能源与动力工程专业主要学:大学物理实验、普通化学及实验、工程图学、微机原理与接口技术、理论力学、材料力学、流体力学、计算机控制技术、工程热力学、传热学、热力测试技术、锅炉原理与设计、制冷与空调、热力过程控制、热力发电工程、燃料与燃烧、机械优化设计等。
关于能源与动力工程专业:能源与动力工程专业主要研究能源的开发和利用、动力机械和热工设备的设计和测试技术等,能源包括煤、石油、天然气等传统能源和核能、风能、生物能等新能源,动力机械和热工设备包括内燃机、锅炉、航空发动机、制冷机等。如:天然气用作汽车燃料、风能发电、冬季烧锅炉供暖、空调制冷机设计和测试等。
能源与动力工程专业的毕业生可在大型企业、相关公司以及相关的研究所、设计院、高等院校和管理部门从事热能工程、动力工程、制冷工程方面的研究与设计、产品开发、制造、试验、管理、教学等工作。
能源与动力工程专业主要就业方向为发电厂、内燃机厂、汽车制造厂、物流调控、锅炉厂、大型机械厂、造船厂等。
主要学的是跟物理、数学和计算机有关的课程,如果你喜欢学物理数学的话,这个专业学起来还是很有意思的,就业方向比较广,好学校本科就业率很高,建议学制热方向的,上了大学之后多了解一些行业知识,以便为以后工作制定方向。
学的都是关于液体流动的,都是侧重水力学等不可压缩流体方面的,因为工程流体力学和流体力学有一小部分涉及气体等可压缩流体,包含范围更广一点,环境工程专业的不知道学不学气体方面的,水力学就是把可压缩流里如气体的力学特性内容删掉。
其实不管是学什么专业的,这门课程的重点教学内容都是水力学部分。内容方面,有流体静力学,流体动力学,流体运动学,流动阻力及能量损失,孔口出流,管嘴出流,明渠恒定流,堰流,渗流等内容,总之是建筑设计,市政设计的基础。
水力学是一门技术基础课,也是水利类各专业的主干必修课程。
水静力学
水静力学研究液体静止或相对静止状态下的力学规律及其应用,探讨液体内部压强分布,液体对固体接触面的压力,液体对浮体和潜体的浮力及浮体的稳定性,以解决蓄水容器,输水管渠,挡水构筑物,沉浮于水中的构筑物,如水池、水箱、水管、闸门。堤坝、船舶等的静力荷载计算问题。
水动力学
水动力学研究液体运动状态下的力学规律及其应用,主要探讨管流、明渠流、堰流、孔口流、射流多孔介质渗流的流动规律,以及流速、流量、水深、压力、水工建筑物结构的计算,以解决给水排水、道路桥涵、农田排灌、水力发电、防洪除涝、河道整治及港口工程中的水力学问题。
水力学作用
随着经济建设的发展,水力学学科衍生了一些新的分支,以处理特定条件下的水力学问题,如以解决河流泥沙运动所导致的河床演变问题的动床水力学,以解决风浪对防护构筑物的动力作用和对近岸底砂的冲淤作用等问题的波浪理论等。
水力学起源
水力学作为学科而诞生始于水静力学。公元前400余年,中国墨翟在《墨经》中,已有了浮力与排液体积之间关系的设想。公元前250年,阿基米德在《论浮体》中,阐明了浮体和潜体的有效重力计算方法。1586年德国数学家斯蒂文提出水静力学方程。十七世纪中叶,法国帕斯卡提出液压等值传递的帕斯卡原理。至此水静力学已初具雏形。
水力学课程的主要任务是使学生掌握液体运动的一般规律和有关的基本概念、基本理论。通过了解液体平衡规律和液体运动规律,主要学习水静力学和水动力学两大门类的知识;要求能掌握作用于液体上的各种力之间的关系,作用于液体上的力与运动要素之间的关系,以及液体的运动特性与能量转换等基本理论知识;能解决实际工程中有关管流、明渠流和渗流的常见水力学问题;学会必要的分析计算方法和一定的实验操作技术,为学习专业课程,从事专业技术工作,进行科学研究打下必要的坚实基础。
二、课程与其它有关课程的联系和分工
学生学习水力学以前必须学完高等数学、普通物理、理论力学、材料力学和计算机语言等课程。这样,对于有关内容,如微分、积分、矢量、偏导数、泰勒公式、微分方程、液体的物理特性、动能定律、动量定律、达朗贝尔原理、势函数、应力应变和计算机编程具有一定的基础,在水力学中主要是运用这些知识,不必详细讲解。
水力学是一门技术基础课,应当理论联系实际,但应以分析水流现象,揭示水流运动规律,加强水力学的基本概念和基本原理的讲解为主,不宜过分强调专业需要,以致削弱水力学基础理论的讲解。
流体力学,是研究流体(液体和气体)的力学运动规律及其应用的学科。主要研究在各种力的作用下,流体本身的状态,以及流体和固体壁面、流体和流体间、流体与其他运动形态之间的相互作用的力学分支。流体力学是力学的一个重要分支,它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间有相对运动时的相互作用和流动的规律。在生活、环保、科学技术及工程中具有重要的应用价值。
能源与动力工程这个专业挺好的,很多人认为该专业是冷门专业,但并不是的,该专业就业率高,需求量高,毕业后的薪资也高,所以也会有挺多人选择该专业的。我是桂林电子在科技大学18级学生,之前社团里的一个学弟就是修的这个专业,平时在社团组织吃饭的时候,我们也有互相沟通一下专业问题,下面我来具体介绍一下该专业的情况吧。
01——个人感受
我觉得能源与动力工程这个专业跟我们的生活真的息息相关,该专业主要是研究能源的转换和利用及环境保护等基本知识和技能,包括一次能源转化为二次能源的过程、人工环境和制冷空调的技术问题、风能等新能源的开发利用等,力求实现能源利用高效、清洁的目的。例如:煤炭燃烧产生蒸汽能推动发电机的过程,社区绿化、供水、供暖的技术问题,风能、核能发电等。能源在我们生活中是多么的重要呀,所以这个专业的分量也是很重的。
能源与动力工程专业适合所有同学去选择,课程难度不是很大,院校的选择可以是北京大学、浙江大学、山东大学、东华大学等,这几所大学的能源与动力工程专业都是很不错的。
02——专业介绍当代社会发展三大社会问题:人口激增,环境污染,能源短缺。能源与动力工程专业的研究对象就占了能源与环境两席,是面向国家的重大需求而设置的。本专业是多学科交叉的复合型专业,专业立足能源,兼顾环境,主要学习涉及各种能量转换和有效利用的理论、方法和技术,同时关注实现过程当中的环境保护问题。专业培养具有能源转换理论、能源与环境系统工程理论,能源转换与有效利用及其环境影响的分析能力,具有系统思维和较强的创新能力,较高的职业道德素质和文化素质的高级复合型人才。
03——主修课程能源与动力工程专业本科核心课程有:工程热力学、工程流体力学、传热学等专业基础课程,以及能源生产过程控制、换热器原理与设计、制冷原理及设备、能源工业污染物排放与控制等专业课程。
其中工程热力学、工程流体力学、传热学是这个专业的基础课程,学好这几门课,后面的课程才会比较轻松,没打好基础的话,后面会很吃力,所以,选了这个专业的话就得好好修这几门基础课程。
04——就业前景本专业就业前景不错,毕业生主要从事能源的有效利用,能源环境的控制和保护,建筑人工环境领域的研究或者是设计安装运行管理等方面的工作。
根据我们学校上一届该专业就业情况来分析,大部分毕业生能在政府规划部门、经济管理部门、能源部门、环保部门、设计单位、工矿企业、科研单位、学校等从事可再生能源利用、新能源工程与设备及能源环境保护的规划、设计、施工、管理、教育和研究开发等工作。
05——总结总体来说,能源与动力工程这个专业还是非常不错的,毕业生毕业后的就业方向广,前景也很好,最主要是该专业的难度不是很难,所以说,对能源动力工程有兴趣的同学可以考虑一下该专业,毕竟以后能源肯定是一个大话题、大热门。
一、判断题
1、 根据牛顿内摩擦定律,当流体流动时,流体内部内摩擦力大小与该处的流速大小成正比。 错误
2、 一个接触液体的平面壁上形心处的水静压强正好等于整个受压壁面上所有各点水静压强的平均值。正确
3、 流体流动时,只有当流速大小发生改变的情况下才有动量的变化。 错误
4、 在相同条件下,管嘴出流流量系数大于孔口出流流量系数。 正确
5、 稳定(定常)流一定是缓变流动。 错误
6、 水击产生的根本原因是液体具有粘性。错误
7、 长管是指运算过程中流速水头不能略去的流动管路。 错误
8、 所谓水力光滑管是指内壁面粗糙度很小的管道。 错误
9、 外径为D,内径为d的环形过流有效断面,其水力半径为 。题?
10、 凡是满管流流动,任何断面上的压强均大于大气的压强。 错误
湍流教材中,首推Cornell大学教授S.B.Pope写的《Turbulent Flows》,Pope的水平应该是现在研究湍流中活着的排前三的吧。。这本书适合专业是力学与应用数学的人学习;据说Pope教授花了2,3年的时间专心写这本书,作为一个地地道道的英国人,不管是书中的文法表述、用词的准确性还是逻辑性方面都胜过同类教材。湍流还有几本教材也不错,本人没读过,但也一道推荐出来好了,一本是U.Frisch写的,是一位统计物理学家,从统计物理角度介绍湍流;第三本是P.A.Durbin写的,从物理角度介绍湍流算法,是学习湍流计算方向的人的必读书目;P.Bradshaw写的《An iintroduction to Turbulence and its Measurment》,讲湍流实验的,实则不管做湍流计算还是实验的人都应该读一下。计算流体力学方面,本人也是刚起步,教材首推Blazek的书,这本书从一个程序员的角度来讲CFD,物理说得不多,侧重具体算法的实现,书后附光盘中有程序。另外,这本书重点讲了有限体积法,把结构网格和非结构网格分开讲了,是这本书的一个特色;中科院力学所李新亮的课件和课堂录像,李新亮老师在讲具体格式时候会加上自己的理解,这点对于初学者非常有用;黎曼解和近似黎曼解是计算网格界面通量的基础,是构建当下FVM,FDM方法体系的核心支柱,所以Toro的那本黎曼解也是必读,而且这本书写得非常详细,读起来基本没什么障碍;CFD的中文书中,清华任玉新老师和北航阎超老师写的书还算不错的,最近新出的《计算空气动力学并行编程基础》(国防科大出版社)也可以作为参考书看。
工程流体力学课程是土木、能源动力等专业重要的专业基础课,课程用到的数学方法广泛且繁难,既有理论深度又涉及大量工程实践问题。本课程团队结合多年教学实践,介绍了流体静力学、流体动力学等专题知识,课程涉及量纲分析、势流理论、边界层理论等基本理论,适用于能源动力类、土木、船舶等本科专业。
流体力学是力学的一个重要分支,是土木、能源动力、船舶等专业不可缺少的专业基础理论。工程流体力学与大量的工程实际问题联系密切,是衔接流体力学理论与工程应用的纽带,在本科生教学体系中占有重要地位,课程具有理论性较强,概念抽象、应用性广等特点。