《流体力学漫谈》PPT课件

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1、流体力学漫谈2007年11月28日林建忠一.流体力学的应用属性二.流体力学的科学属性三.流体力学的研究手段四.流体力学的主要领域一.流体力学的应用属性船舶海洋航空航天大气环流水利枢纽石油勘探流体机械建筑桥梁仿生推进环境保护交通堵塞人体生命材料特性体育运动化工过程二.流体力学的科学属性1.物理属性力静力学动力学运动层流湍流流体模型分子模型连续介质模型确定随机MDLiouvilleDSMCBoltzmann欧拉BurnettN-S方程解决流体力学的基本框架刚体流场Navier-Stokes方程牛顿第二定律流体微团宏

2、观足够小、微观足够大不可压2.数学属性2000年，美国克雷数学所选定七个“千年大奖问题”,其中之一是Navier-Stokes方程的存在性与光滑性。三.流体力学的研究手段1.解析方法(1)用几何条件简化—管流(2)大惯性流场—忽略粘性(3)大粘性流场—忽略惯性2.数值计算种类：有限元、有限差分、有限体积、谱方法……目标：高精度、高分辨率、高效。难点：多尺度多物理流动问题：计算机、计算技术真实复杂物体绕流中的网格生成快速有效并行算法及配套专用并行计算机3.实验研究作用：(1)发现物理和自然现象如转捩、拟序结构、涡

3、破裂。(2)验证理论和计算。方式：流动显示和定量测量仪器：热线、LDA、PIV问题：复杂流场的测量精度PIV、PTV激光测速技术、流动显示技术风洞水洞四.流体力学的主要领域1.湍流层流场湍流场经典物理学最后疑团湍流层流(1)统计理论雷诺及其雷诺平均雷诺平均运动方程不封闭周培源湍流理论建立脉动速度关联量方程求解湍流模式理论，在工程以及商业软件中广泛应用。湍流中的拟序结构(2)拟序结构有结构无结构(3)数值模拟●直接数值模拟(DNS)，限于简单流场●模式理论(无普适模式)●大涡模拟(介于两者之间)(4)非线性动力学

4、方法●混沌理论●分叉理论●分数维(5)流动稳定性独怜幽草涧边生，上有黄鹂深树鸣，春潮带雨晚来急，野渡无人舟自横。2.非牛顿流胶体、塑料、高分子聚合物粘—非弹性流体、粘度依赖时间、粘—弹性流体应力和应变率具有复杂关系3.微流体力学宏观足够小、微观足够大Kn=分子自由程/特征尺度Kn<0.001,N-S方程和无滑移边条可用0.0010.1,N-S方程不可用；0.110，自由分子流。应用：微芯片、微机电系统特点：表面积与体积之比大壁面效应大，对流

5、传热率大问题：方程和边条的适用性扩散和混合规律，层流向湍流转捩，流体性质如有无极性、PH值等对流动影响。微型换热器微喷管19微米生物芯片静态微混合器毛细管电泳是重要分离技术，增加通道长度可提高分离效果，常引进弯道，负作用。改变壁面电荷分布改进前改进后4.多相流体力学若气、液、固两相以上存在常规颗粒(圆球、10微米以上量级)已有很多结果。超常规(非圆球如圆柱、更小固粒)(1)柱状固粒多相流普遍：冰晶、污染物、微生物、谷物与胶囊、纸浆、纤维复合材料成型、气纤等。难点：非各向同性，除空间分布，还有取向分布。柱状颗粒有

6、较大影响半径。不同St数下固粒运动结果St=0.01St=1.0柱状固粒的沉降(2)纳米固粒多相流普遍：大气污染、呼吸道疾病、药品、制冷、减阻传热、食品饮料、催化、新能源、制备纳米结构材料和器件。难点：VanderWaals力、静电力、布朗运动、固粒的产生、凝结、聚并。Surfacegrowthcoagulationcoalescencecoalescencebreakage主要物理化学过程主要研究手段●分子动力学模型(MD)—颗粒直径小于1纳米●颗粒动力学模型—直径大于1纳米,小于10微米●拉格朗日或双流体模

7、型直径大于10微米颗粒浓度变化颜色代表浓度，红色最高谢谢各位o#r%u(y+B3E6H9LcOfRjUmXp!s&w)z0C4F7IaMdPhSkVnZq$t*x-A2D5G8KbNeQiTlXo#r%v(y+B3E6I9LcOgRjUmYp!t&w)z1C4F7JaMePhSkWnZq$u*x+A2D5H8KbNfQiTlXo#s%v(y0B3E6I9LdOgRjVmYp!t&w-z1C4G7JaMePhTkWnZr$u*x+A2E5H8KcNfQiUlXp#s%v)y0B3F6IaLdOgSjVmYq!t&

8、w-z1D4G7JbMePhTkWoZr$u(x+A2E5H9KcNfRiUlXp#s&v)y0C3F6IaLdPgSjVnYq!t*w-A1D4G8JbMeQhTlWoZr%u(x+B2E5H9KcOfRiUmXp#s&v)z0C3F7IaLdPgSkVnYq$t*w-A1D5G8JbNeQhTlWo#r%u(y+B2E6H9LcOfRjUmXp!s&w)z0C4F7IaMdPhSk