流体力学的最新研究进展 举例说明流体力学在能源与动力工程专业的应用?
流体力学是能源动力三大主干课程之一:传热学,工程热力学,流体力学。只有学好这三门课,能源动力其他的问题都easy了。我就是这个专业的^ ^。。。比如蒸汽轮机里面的蒸汽流动,压缩机里面的空气流动,内燃机里面的燃料组织,锅炉燃烧的燃料组织,石油管道运输~哪儿会没有流体哩。。。能源转化转移都需以工质为媒介~肯定涉及工质的流动,物性~流体力学是少不了的。
等你学流体力学和传热学的时候的理论你才会发现还是有点作用。流体当中有流函数和势函数的概念需要用复变函数的解析函数理解。流体和传热的流场和温度场分析经常涉及拉普拉斯方程,导热方程这些都是需要数理方程与特殊函数方面的知识来求解解析解。当然这是理论研究上的作用,实际烧个锅炉这些都用不到。
毕业生应获得以下几方面的知识和能力:
1.具有较扎实的 自然科学基础,较好的人文、艺术和 社会科学基础及正确运用本国语言、文字的表达能力;
2.较系统地掌握本专业领域宽广的技术理论基础知识,主要包括工程力学、机械学、工程热物理、流体力学、电工与电子学、控制理论、市场经济及企业管理等基础知识;
3.获得本专业领域的工程实践训练,具有较强的计算机和外语应用能力;
4.具有本专业领域内某个专业方向所必要的专业知识,了解其科学前沿及发展趋势;
5.具有较强的自学能力、创新意识和较高的综合素质。
3人才目标
本专业主要培养能源转换与利用和热力环境保护领域具有扎实的理论基础,较强的实践、适应和创新能力,较高的道德素质和文化素质的高级人才,以满足社会对该能源动力学科领域的科研、设计、教学、工程技术、经营管理等各方面的人才需求。学生应具备宽广的自然科学、人文和社会科学知识,热学、力学、电学、机械、自动控制、系统工程等宽厚理论基础、热能动力工程专业知识和实践能力,掌握计算机应用与 自动控制技术方面的知识。毕业生能从事 能源与动力工程及相关方面的研究、教学、开发、制造、安装、检修、策划、管理和营销等工作。也可在本专业或其它相关专业继续深造,攻读硕士、博士学位。
4主干学科
动力工程与工程热物理、机械工程、流体力学
5主要课程
工程力学、 机械设计基础、机械制图、 电工与电子技术、工程热力学、流体力学、 传热学、控制理论、测试技术、燃烧学 等
主要实践性教学环节:包括军训、金工、电工、电子实习、认识实习、生产实习、社会实践、课程设计、毕业设计(论文)等,一般应安排40周以上。
授予学位:工学学士 硕士 博士
很好河海大学力学学科属力学与材料学院,拥有工程力学国家重点学科,力学一级江苏省重点学科,力学一级博士学位授权点,力学一级博士后流动站;是国家“211工程”、“优势学科平台”和江苏省“优势学科平台”重点建设学科。力学包括:一般力学、固体力学、流体力学、工程力学及相关学科。力学的一个分支,主要研究在各种力的作用下,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规律。
而流体力学是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。
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。
除水和空气以外,流体还指作为汽轮机工作介质的水蒸气、润滑油、地下石油、含泥沙的江水、血液、超高压作用下的金属和燃烧后产生成分复杂的气体、高温条件下的等离子体等等。
气象、水利的研究,船舶、飞行器、叶轮机械和核电站的设计及其运行,可燃气体或炸药的爆炸,以及天体物理的若干问题等等,都广泛地用到流体力学知识。许多现代科学技术所关心的问题既受流体力学的指导,同时也促进了它不断地发展。1950年后,电子计算机的发展又给予流体力学以极大的推动。
流体力学的研究内容
流体是气体和液体的总称。在人们的生活和生产活动中随时随地都可遇到流体,所以流体力学是与人类日常生活和生产事业密切相关的。大气和水是最常见的两种流体,大气包围着整个地球,地球表面的70%是水面。大气运动、海水运动(包括波浪、潮汐、中尺度涡旋、环流等)乃至地球深处熔浆的流动都是流体力学的研究内容。
20世纪初,世界上第一架飞机出现以后,飞机和其他各种飞行器得到迅速发展。20世纪50年代开始的航天飞行,使人类的活动范围扩展到其他星球和银河系。航空航天事业的蓬勃发展是同流体力学的分支学科——空气动力学和气体动力学的发展紧密相连的。这些学科是流体力学中最活跃、最富有成果的领域。
石油和天然气的开采,地下水的开发利用,要求人们了解流体在多孔或缝隙介质中的运动,这是流体力学分支之一——渗流力学研究的主要对象。渗流力学还涉及土壤盐碱化的防治,化工中的浓缩、分离和多孔过滤,燃烧室的冷却等技术问题。
燃烧离不开气体,这是有化学反应和热能变化的流体力学问题,是物理-化学流体动力学的内容之一。爆炸是猛烈的瞬间能量变化和传递过程,涉及气体动力学,从而形成了爆炸力学。
沙漠迁移、河流泥沙运动、管道中煤粉输送、化工中气体催化剂的运动等,都涉及流体中带有固体颗粒或液体中带有气泡等问题,这类问题是多相流体力学研究的范围。
等离子体是自由电子、带等量正电荷的离子以及中性粒子的集合体。等离子体在磁场作用下有特殊的运动规律。研究等离子体的运动规律的学科称为等离子体动力学和电磁流体力学,它们在受控热核反应、磁流体发电、宇宙气体运动等方面有广泛的应用。
风对建筑物、桥梁、电缆等的作用使它们承受载荷和激发振动;废气和废水的排放造成环境污染;河床冲刷迁移和海岸遭受侵蚀;研究这些流体本身的运动及其同人类、动植物间的相互作用的学科称为环境流体力学 (其中包括环境空气动力学、建筑空气动力学)。这是一门涉及经典流体力学、气象学、海洋学和水力学、结构动力学等的新兴边缘学科。
生物流变学研究人体或其他动植物中有关的流体力学问题,例如血液在血管中的流动,心、肺、肾中的生理流体运动和植物中营养液的输送。此外,还研究鸟类在空中的飞翔,动物在水中的游动,等等。
因此,流体力学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。此外,如从流体作用力的角度,则可分为流体静力学、流体运动学和流体动力学;从对不同“力学模型”的研究来分,则有理想流体动力学、粘性流体动力学、不可压缩流体动力学、可压缩流体动力学和非牛顿流体力学等。
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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流体动力学底下的小学科包括有空气动力学(研究气体)和 hydrodynamics(研究液体)。
流体动力学有很大的应用,在预测天气,计算飞机所受的力和力矩,输油管线中石油的流率等方面.其中的的一些原理甚至运用在交通工程.交通运输本身被视为一连续流体,解决一个典型的流体动力学问题,需要计算流体的多项特性,包括速度,压力,密度,温度.
F
=
αρQ(V2-V1)
式中:F——作用在隔离体水体上的合外力(含水体自重、断面上的水压力和固体边壁的反作用力),矢量;ρ———流体密度;Q——流量;V2——流出断面的流速,矢量;V1——流进断面的流速,矢量。α——动量修正系数。
对于隔离出来的水体的表面上的各部分都受有大气压的作用,不同方向上的大气压强自相平衡(大气压对隔离体的合力等于零),所以压强用表压强。