什么是船舶水动力学 浅谈对水力学的认识

光阴只方寸2022-11-22 08:02:24644

水动力学原理是什么原理?流体力学的学科内容,为什么要学习液体动力学?什么是水力学?

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水力学研究现状

研究水和其他液体的运动规律及其与边界相互作用的学科。又称液体动力学。液体动力学和气体动力学组成流体动力学。液体动力学的主要研究内容如下:①理想液体运动。可忽略粘性的液体称为理想液体,边界层外的液体可视为理想液体,其运动符合理想流体运动规律。②粘性液体运动。分析大粘度液体(如润滑油)的流动状态、水流的能量损失、船舶的摩擦阻力、边界层和尾迹等都须考虑液体粘性。③空泡流。液体流经压强足够低的区域时,内部气化形成空泡,除空泡溃灭产生冲击,造成边壁材料剥蚀破坏外,还会形成空泡绕流现象。④多相流动,挟有固体颗粒、掺有气泡等物质的液体流动,如含沙水流、掺气水流等。⑤非牛顿流体流动。剪应力和剪切变形速率不成线性关系的液体(如加入高分子聚合物的水)的流动。⑥自由表面流动。流动液体的部分边界是液体和气体的分界面,其上的压力接近常数,明渠流、液体自由表面波、物体从空气进入水中时带入空气而形成的空泡流动等均属这种流动。⑦分层流。两层或多层密度不同的液体可形成分层流,密度差可由不同液体产生,也可由含盐、含沙量不同或温度不同所引起。⑧水弹性问题。在某些条件下,流过固壁的液体可引起边壁振动,这种振动又反过来改变流动特性;研究液体与弹性体相互作用的理论称为水弹性力学。水动力学既是一门基础理论学科,又是一门应用学科,主要用于水利水电工程、造船工程、海洋工程、近代水中武器、化工、环保工程、石油开采等领域。

  水动力学研究主要类型:

  按不同类型水流运动的特点主要分为下列几类:

  ①有压管流。研究输送液体的各种管道的流量和沿管压强变化的计算,也包含流动瞬变时发生水击的分析。

  ②明槽流。包括河渠中正常均匀流动;非均匀渐变流动,主要为水面线的分析;急变流动,如水跃现象等;非定常流动,如洪水计算等。

  ③孔流。各种小孔口和喷嘴在压力水头下的出流以及水工中闸门大孔泄流的计算。

  ④堰流。各种量水堰和溢流坝等水工建筑物的顶上过流的计算。

  ⑤渗流。研究多孔介质中主要是地下土壤中的渗流运动规律,也包括地下水对建筑物基础的浮托力计算。

  ⑥挟沙水流。研究挟带泥沙的河渠中浑水的流动规律,也包括物料输送管道的流动。

  ⑦水力机械中的流动。主要为水轮机和水泵等叶轮机械中的流动特性。

  ⑧波浪。研究各种水波的运动特性和波浪对建筑物的波压力。

  水动力学发展与理论基础:

  十八世纪初叶,经典水动力学有迅速的发展.欧拉、丹尼尔、伯努利是这一领域中杰出的先驱者。 十八世纪末和整个十九世纪,形成了两个相互独立的研究方向:一是运用数学分析的理论流体动力学;一是依靠实验的应用水力学。开尔文、瑞利、斯托克斯、兰姆等人的工作使理论水平达到相当的高度,而谢才、达西、巴赞、弗朗西斯、曼宁等人则在应用水力学方面进行了大量的实验研究,提出了各种实用的经验公式。

  十九世纪末,流体力学的发展扭转了研究工作中的经验主义倾向,这些发展是:雷诺理论及实验研究;雷诺的因次分析;弗劳德的船舶模型实验;空气动力学的迅速发展。二十世纪初的重要突破是普朗特的边界层理论,它把无粘性理论和粘性理论在边界层概念的基础上联系起来。

  二十世纪蓬勃发展的经济建设提出了越来越复杂的水力学问题:高浓度泥沙河流的治理;高水头水力发电的开发;输油干管的铺设;采油平台的建造;河流湖泊海港污染的防治等。使水力学的研究方向不断发展,从定床水力学转向动床水力学 ;从单向流动到多相流动;从牛顿流体规律到非牛顿流体规律;从流速分布到温度和污染物浓度分布;从一般水流到产生渗气、气蚀,引起振动的高速水流。以电子计算机应用为主要手段的计算水力学 也得到了相应的发展。水力学作为一门以实用为目的的学科将逐渐与流体力学合流。

  水动力学的研究方法:

  一、理论分析:

  经典力学的基本原理:

  牛顿的三大定律、动量定理、动能定理

  水流运动的基本方程式:

  连续性方程、能量方程、动量方程

  二、科学试验及测试方法

  1、原型观测

  2、模型试验

  3、系统试验

  4、数值模拟

  水动力学主要测试要素:

  1.流速与流向测量

  2.动水压力的测量

  3.水位和浪高的测量

  4.流量的测量

  5.掺气水流的测量

  6.空化水流的测量

  7.泥沙的测量

  8.水下地形的测量

  9.应力和应变的测量

  10.振动的测量

这些问题明显可以使用搜索引擎搞定的,一般就不要在这里提问了,在谷歌,百度都可以搞定的。

计算流体力学主要学什么

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。 地球流体力学  大气和水是最常见的两种流体。大气包围着整个地球,地球表面的百分之七十是水面。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,属于地球流体力学范围。 水动力学水在管道、渠道、江河中的运动从古至今都是研究的对象。人们还利用水作功,如古老的水碓和近代高度发展的水轮机。船舶一直是人们的交通运输工具,船舶在水中运动时所遇到的各种阻力,船舶稳定性以及船体和推进器在水中引起的空化现象,一直是船舶水动力学的研究课题。这些研究有关水的运动规律的分支学科称为水动力学。 气动力学20世纪初世界上第一架飞机出现以来,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。 渗流力学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。 物理-化学流体动力学燃烧煤、石油、天然气等,可以得到热能来推动机械或作其他用途。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。 多相流体力学沙漠迁移、河流泥沙运动、管道中煤粉输送、化工流态化床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。 等离子体动力学和电磁流体力学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(见电流体动力学,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(见宇宙气体动力学)等方面有广泛的应用。 环境流体力学风对建筑物、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(见循环系统动力学、呼吸系统动力学)和植物中营养液的输送(见植物体内的流动)。此外,还研究鸟类在空中的飞翔(见鸟和昆虫的飞行),动物(如海豚)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。以上主要是从研究对象的角度来说明流体力学的内容和分支。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。

流体动力学的基础是什么

液体动力学是一门应用科学,所研究的课题皆来自生产实践,与工程技术密切相关,主要应用领域如下:

  水利和水电工程  是历史最久的工程科学之一。防洪工程中需要决定防洪库容、泄洪容量、堤顶高程等数据;洪水预报需要知道洪水运行规律;工业发展必须防止对河流的污染,这些问题都能从明槽水流的研究中得到解决。通过高坝下泄的掺气水流具有很大的动能,会引起冲刷;多沙河流的河道、河口以及水库的淤积,可能影响航道或使已建的工程丧失作用,这些问题可通过对泥沙运动的研究获得解决办法。建造水力发电站和抽水工程时,需要研究水力机械的出力、发生振动的条件、启闭过程中的特性变化,主要防止或减少空蚀破坏。这些方面都是水动力学的研究内容。

  造船工程  由于造船技术的需要,古代已对船舶力学有一定的认识。船舶匀速前进和加速前进所遇到的阻力以及航行时的安全性,始终是造船工程中最重要的问题。长期以来研究的螺旋桨出力、兴波阻力、附连质量、适航性等都是为了解决这些问题的。造船技术的革新,水翼船、气垫船的出现(见水翼,气垫),对水动力学提出更高的要求。在水中高速运行的水翼、鱼雷等产生的空泡流,快艇、赛艇、水上飞机的浮舟在水面上的滑行,船舶、闸门、管道等弹性体的振动,水面舰船、潜艇、鱼雷等所产生的水动力噪声等都是水动力学的重要研究课题。

  近代武器  潜艇、鱼雷、反潜导弹等是和水动力学研究密切相关的武器。水下发射引起出水的研究;鱼雷、反潜导弹、航天飞船的仪器舱和座舱的入水引起撞水和入水的研究。

  其他  机械工程中的润滑和液压传动,核电站工程中的水气二相流,海岸工程中所关心的潮流,海上采油工程中所重视的波浪问题等,皆是液体动力学的研究课题。

另外你学习任何一门技术,他都是有市场的,只有市场需要大学才会开设这门专业,希望你好好的学下去,

浅谈对水力学的认识

水力学是研究以水为代表的液体的宏观机械运动规律,及其在工程技术中的应用。水力学包括水静力学和水动力学。

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。

包含

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。

发展

水动力学的发展是与水利工程兴建相联系的。公元前三世纪末,中国秦代修建规模巨大的都江堰、灵渠和郑国渠。汉初利用山溪水流作动力。此后在历代防洪及航运工程上积累了丰富的经验。但是液体流动的知识,在中国相当长的时间内,在欧洲直至15世纪以前,都被认为是一种技艺,而未发展为一门科学。文艺复兴期间,意大利人达·芬奇在实验水力学方面获得巨大的进展,他用悬浮砂粒在玻璃槽中观察水流现象,描述了波浪运动、管中水流和波的传播、反射和干涉。

十八世纪初叶,经典水动力学有迅速的发展.欧拉和丹尼尔第一·伯努利是这一领域中杰出的先驱者。十八世纪末和整个十九世纪,形成了两个相互独立的研究方向:一是运用数学分析的理论流体动力学;一是依靠实验的应用水力学。开尔文、瑞利、斯托克斯、兰姆等人的工作使理论水平达到相当的高度,而谢才、达西、巴赞、弗朗西斯、曼宁等人则在应用水力学方面进行了大量的实验研究,提出了各种实用的经验公式。

十九世纪末,流体力学的发展扭转 了研究工作中的经验主义倾向,这些发展是:雷诺理论及实验研究;雷诺的因次分析;弗劳德的船舶模型实验;空气动力学的迅速发展。二十世纪初的重要突破是普朗特的边界层理论,它把无粘性理论和粘性理论在边界层概念的基础上联系起来。

二十世纪蓬勃发展的经济建设提出了越来越复杂的水力学问题:高浓度泥沙河流的治理;高水头水力发电的开发;输油干管的敷设;采油平台的建造;河流湖泊海港污染的防治等。使水力学的研究方向不断发展,从定床水力学转向动床水力学 ;从单向流动到多相流动;从牛顿流体规律到非牛顿流体规律;从流速分布到温度和污染物浓度分布;从一般水流到产生渗气、气蚀,引起振动的高速水流。以电子计算机应用为主要手段的计算水力学 也得到了相应的发展。水力学作为一门以实用为目的的学科将逐渐与流体力学合流。

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。

文章来自百度百科

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