什么是船舶水動力學(xué) 淺談對水力學(xué)的認(rèn)識

水動力學(xué)原理是什么原理？流體力學(xué)的學(xué)科內(nèi)容，為什么要學(xué)習(xí)液體動力學(xué)？什么是水力學(xué)？

本文導(dǎo)航

• 水力學(xué)研究現(xiàn)狀
• 計算流體力學(xué)主要學(xué)什么
• 流體動力學(xué)的基礎(chǔ)是什么
• 淺談對水力學(xué)的認(rèn)識

水力學(xué)研究現(xiàn)狀

研究水和其他液體的運動規(guī)律及其與邊界相互作用的學(xué)科。又稱液體動力學(xué)。液體動力學(xué)和氣體動力學(xué)組成流體動力學(xué)。液體動力學(xué)的主要研究內(nèi)容如下：①理想液體運動?？珊雎哉承缘囊后w稱為理想液體，邊界層外的液體可視為理想液體，其運動符合理想流體運動規(guī)律。②粘性液體運動。分析大粘度液體(如潤滑油)的流動狀態(tài)、水流的能量損失、船舶的摩擦阻力、邊界層和尾跡等都須考慮液體粘性。③空泡流。液體流經(jīng)壓強足夠低的區(qū)域時，內(nèi)部氣化形成空泡，除空泡潰滅產(chǎn)生沖擊，造成邊壁材料剝蝕破壞外，還會形成空泡繞流現(xiàn)象。④多相流動，挾有固體顆粒、摻有氣泡等物質(zhì)的液體流動，如含沙水流、摻氣水流等。⑤非牛頓流體流動。剪應(yīng)力和剪切變形速率不成線性關(guān)系的液體（如加入高分子聚合物的水）的流動。⑥自由表面流動。流動液體的部分邊界是液體和氣體的分界面，其上的壓力接近常數(shù)，明渠流、液體自由表面波、物體從空氣進入水中時帶入空氣而形成的空泡流動等均屬這種流動。⑦分層流。兩層或多層密度不同的液體可形成分層流，密度差可由不同液體產(chǎn)生，也可由含鹽、含沙量不同或溫度不同所引起。⑧水彈性問題。在某些條件下，流過固壁的液體可引起邊壁振動，這種振動又反過來改變流動特性；研究液體與彈性體相互作用的理論稱為水彈性力學(xué)。水動力學(xué)既是一門基礎(chǔ)理論學(xué)科，又是一門應(yīng)用學(xué)科，主要用于水利水電工程、造船工程、海洋工程、近代水中武器、化工、環(huán)保工程、石油開采等領(lǐng)域。

　　水動力學(xué)研究主要類型：

　　按不同類型水流運動的特點主要分為下列幾類：

　?、儆袎汗芰?。研究輸送液體的各種管道的流量和沿管壓強變化的計算，也包含流動瞬變時發(fā)生水擊的分析。

　?、诿鞑哿鳌０ê忧姓＞鶆蛄鲃?；非均勻漸變流動，主要為水面線的分析；急變流動，如水躍現(xiàn)象等；非定常流動，如洪水計算等。

　?、劭琢?。各種小孔口和噴嘴在壓力水頭下的出流以及水工中閘門大孔泄流的計算。

　?、苎吡鳌８鞣N量水堰和溢流壩等水工建筑物的頂上過流的計算。

　?、轁B流。研究多孔介質(zhì)中主要是地下土壤中的滲流運動規(guī)律，也包括地下水對建筑物基礎(chǔ)的浮托力計算。

　?、迴渡乘?。研究挾帶泥沙的河渠中渾水的流動規(guī)律，也包括物料輸送管道的流動。

　?、咚C械中的流動。主要為水輪機和水泵等葉輪機械中的流動特性。

　?、嗖ɡ?。研究各種水波的運動特性和波浪對建筑物的波壓力。

　　水動力學(xué)發(fā)展與理論基礎(chǔ)：

　　十八世紀(jì)初葉，經(jīng)典水動力學(xué)有迅速的發(fā)展.歐拉、丹尼爾、伯努利是這一領(lǐng)域中杰出的先驅(qū)者。 十八世紀(jì)末和整個十九世紀(jì)，形成了兩個相互獨立的研究方向：一是運用數(shù)學(xué)分析的理論流體動力學(xué)；一是依靠實驗的應(yīng)用水力學(xué)。開爾文、瑞利、斯托克斯、蘭姆等人的工作使理論水平達到相當(dāng)?shù)母叨?，而謝才、達西、巴贊、弗朗西斯、曼寧等人則在應(yīng)用水力學(xué)方面進行了大量的實驗研究，提出了各種實用的經(jīng)驗公式。

　　十九世紀(jì)末，流體力學(xué)的發(fā)展扭轉(zhuǎn)了研究工作中的經(jīng)驗主義傾向，這些發(fā)展是：雷諾理論及實驗研究；雷諾的因次分析；弗勞德的船舶模型實驗；空氣動力學(xué)的迅速發(fā)展。二十世紀(jì)初的重要突破是普朗特的邊界層理論，它把無粘性理論和粘性理論在邊界層概念的基礎(chǔ)上聯(lián)系起來。

　　二十世紀(jì)蓬勃發(fā)展的經(jīng)濟建設(shè)提出了越來越復(fù)雜的水力學(xué)問題：高濃度泥沙河流的治理；高水頭水力發(fā)電的開發(fā)；輸油干管的鋪設(shè)；采油平臺的建造；河流湖泊海港污染的防治等。使水力學(xué)的研究方向不斷發(fā)展，從定床水力學(xué)轉(zhuǎn)向動床水力學(xué) ；從單向流動到多相流動；從牛頓流體規(guī)律到非牛頓流體規(guī)律；從流速分布到溫度和污染物濃度分布；從一般水流到產(chǎn)生滲氣、氣蝕，引起振動的高速水流。以電子計算機應(yīng)用為主要手段的計算水力學(xué) 也得到了相應(yīng)的發(fā)展。水力學(xué)作為一門以實用為目的的學(xué)科將逐漸與流體力學(xué)合流。

　　水動力學(xué)的研究方法：

　　一、理論分析:

　　經(jīng)典力學(xué)的基本原理：

　　牛頓的三大定律、動量定理、動能定理

　　水流運動的基本方程式：

　　連續(xù)性方程、能量方程、動量方程

　　二、科學(xué)試驗及測試方法

　　1、原型觀測

　　2、模型試驗

　　3、系統(tǒng)試驗

　　4、數(shù)值模擬

　　水動力學(xué)主要測試要素：

　　1．流速與流向測量

　　2．動水壓力的測量

　　3．水位和浪高的測量

　　4．流量的測量

　　5．摻氣水流的測量

　　6．空化水流的測量

　　7．泥沙的測量

　　8．水下地形的測量

　　9．應(yīng)力和應(yīng)變的測量

　　10．振動的測量

這些問題明顯可以使用搜索引擎搞定的，一般就不要在這里提問了，在谷歌，百度都可以搞定的。

計算流體力學(xué)主要學(xué)什么

流體是氣體和液體的總稱。在人們的生活和生產(chǎn)活動中隨時隨地都可遇到流體。所以流體力學(xué)是與人類日常生活和生產(chǎn)事業(yè)密切相關(guān)的。 地球流體力學(xué)　　大氣和水是最常見的兩種流體。大氣包圍著整個地球，地球表面的百分之七十是水面。大氣運動、海水運動（包括波浪、潮汐、中尺度渦旋、環(huán)流等）乃至地球深處熔漿的流動都是流體力學(xué)的研究內(nèi)容，屬于地球流體力學(xué)范圍。 水動力學(xué)水在管道、渠道、江河中的運動從古至今都是研究的對象。人們還利用水作功，如古老的水碓和近代高度發(fā)展的水輪機。船舶一直是人們的交通運輸工具，船舶在水中運動時所遇到的各種阻力，船舶穩(wěn)定性以及船體和推進器在水中引起的空化現(xiàn)象，一直是船舶水動力學(xué)的研究課題。這些研究有關(guān)水的運動規(guī)律的分支學(xué)科稱為水動力學(xué)。 氣動力學(xué)20世紀(jì)初世界上第一架飛機出現(xiàn)以來，飛機和其他各種飛行器得到迅速發(fā)展。20世紀(jì)50年代開始的航天飛行使人類的活動范圍擴展到其他星球和銀河系。航空航天事業(yè)的蓬勃發(fā)展是同流體力學(xué)的分支學(xué)科——空氣動力學(xué)和氣體動力學(xué)的發(fā)展緊密相連的。這些學(xué)科是流體力學(xué)中最活躍、最富有成果的領(lǐng)域。 滲流力學(xué)石油和天然氣的開采，地下水的開發(fā)利用，要求人們了解流體在多孔或縫隙介質(zhì)中的運動，這是流體力學(xué)分支之一滲流力學(xué)研究的主要對象。滲流力學(xué)還涉及土壤鹽堿化的防治，化工中的濃縮、分離和多孔過濾，燃燒室的冷卻等技術(shù)問題。 物理-化學(xué)流體動力學(xué)燃燒煤、石油、天然氣等，可以得到熱能來推動機械或作其他用途。燃燒離不開氣體。這是有化學(xué)反應(yīng)和熱能變化的流體力學(xué)問題，是物理-化學(xué)流體動力學(xué)的內(nèi)容之一。爆炸是猛烈的瞬間能量變化和傳遞過程，涉及氣體動力學(xué)，從而形成了爆炸力學(xué)。 多相流體力學(xué)沙漠遷移、河流泥沙運動、管道中煤粉輸送、化工流態(tài)化床中氣體催化劑的運動等都涉及流體中帶有固體顆?；蛞后w中帶有氣泡等問題。這類問題是多相流體力學(xué)研究的范圍。 等離子體動力學(xué)和電磁流體力學(xué)等離子體是自由電子、帶等量正電荷的離子以及中性粒子的集合體。等離子體在磁場作用下有特殊的運動規(guī)律。研究等離子體的運動規(guī)律的學(xué)科稱為等離子體動力學(xué)和電磁流體力學(xué)（見電流體動力學(xué)，磁流體力學(xué)）。它們在受控?zé)岷朔磻?yīng)、磁流體發(fā)電、宇宙氣體運動（見宇宙氣體動力學(xué)）等方面有廣泛的應(yīng)用。 環(huán)境流體力學(xué)風(fēng)對建筑物、橋梁、電纜等的作用使它們承受載荷和激發(fā)振動；廢氣和廢水的排放造成環(huán)境污染；河床沖刷遷移和海岸遭受侵蝕；研究這些流體本身的運動及其同人類、動植物間的相互作用的學(xué)科稱為環(huán)境流體力學(xué)（其中包括環(huán)境空氣動力學(xué)、建筑空氣動力學(xué)）。這是一門涉及經(jīng)典流體力學(xué)、氣象學(xué)、海洋學(xué)和水力學(xué)、結(jié)構(gòu)動力學(xué)等的新興邊緣學(xué)科。 生物流變學(xué)生物流變學(xué)研究人體或其他動植物中有關(guān)的流體力學(xué)問題，例如血液在血管中的流動，心、肺、腎中的生理流體運動（見循環(huán)系統(tǒng)動力學(xué)、呼吸系統(tǒng)動力學(xué)）和植物中營養(yǎng)液的輸送（見植物體內(nèi)的流動）。此外，還研究鳥類在空中的飛翔（見鳥和昆蟲的飛行），動物（如海豚）在水中的游動，等等。 因此，流體力學(xué)既包含自然科學(xué)的基礎(chǔ)理論，又涉及工程技術(shù)科學(xué)方面的應(yīng)用。以上主要是從研究對象的角度來說明流體力學(xué)的內(nèi)容和分支。此外，如從流體作用力的角度，則可分為流體靜力學(xué)、流體運動學(xué)和流體動力學(xué)；從對不同“力學(xué)模型”的研究來分，則有理想流體動力學(xué)、粘性流體動力學(xué)、不可壓縮流體動力學(xué)、可壓縮流體動力學(xué)和非牛頓流體力學(xué)等。

流體動力學(xué)的基礎(chǔ)是什么

液體動力學(xué)是一門應(yīng)用科學(xué)，所研究的課題皆來自生產(chǎn)實踐，與工程技術(shù)密切相關(guān)，主要應(yīng)用領(lǐng)域如下：

　　水利和水電工程 　是歷史最久的工程科學(xué)之一。防洪工程中需要決定防洪庫容、泄洪容量、堤頂高程等數(shù)據(jù)；洪水預(yù)報需要知道洪水運行規(guī)律；工業(yè)發(fā)展必須防止對河流的污染，這些問題都能從明槽水流的研究中得到解決。通過高壩下泄的摻氣水流具有很大的動能，會引起沖刷；多沙河流的河道、河口以及水庫的淤積，可能影響航道或使已建的工程喪失作用，這些問題可通過對泥沙運動的研究獲得解決辦法。建造水力發(fā)電站和抽水工程時，需要研究水力機械的出力、發(fā)生振動的條件、啟閉過程中的特性變化，主要防止或減少空蝕破壞。這些方面都是水動力學(xué)的研究內(nèi)容。

　　造船工程 　由于造船技術(shù)的需要，古代已對船舶力學(xué)有一定的認(rèn)識。船舶勻速前進和加速前進所遇到的阻力以及航行時的安全性，始終是造船工程中最重要的問題。長期以來研究的螺旋槳出力、興波阻力、附連質(zhì)量、適航性等都是為了解決這些問題的。造船技術(shù)的革新，水翼船、氣墊船的出現(xiàn)（見水翼，氣墊），對水動力學(xué)提出更高的要求。在水中高速運行的水翼、魚雷等產(chǎn)生的空泡流，快艇、賽艇、水上飛機的浮舟在水面上的滑行，船舶、閘門、管道等彈性體的振動，水面艦船、潛艇、魚雷等所產(chǎn)生的水動力噪聲等都是水動力學(xué)的重要研究課題。

　　近代武器 　潛艇、魚雷、反潛導(dǎo)彈等是和水動力學(xué)研究密切相關(guān)的武器。水下發(fā)射引起出水的研究；魚雷、反潛導(dǎo)彈、航天飛船的儀器艙和座艙的入水引起撞水和入水的研究。

　　其他 　機械工程中的潤滑和液壓傳動，核電站工程中的水氣二相流，海岸工程中所關(guān)心的潮流，海上采油工程中所重視的波浪問題等，皆是液體動力學(xué)的研究課題。

另外你學(xué)習(xí)任何一門技術(shù)，他都是有市場的，只有市場需要大學(xué)才會開設(shè)這門專業(yè)，希望你好好的學(xué)下去，

淺談對水力學(xué)的認(rèn)識

水力學(xué)是研究以水為代表的液體的宏觀機械運動規(guī)律，及其在工程技術(shù)中的應(yīng)用。水力學(xué)包括水靜力學(xué)和水動力學(xué)。

起源

水力學(xué)作為學(xué)科而誕生始于水靜力學(xué)。公元前400余年，中國墨翟在《墨經(jīng)》中，已有了浮力與排液體積之間關(guān)系的設(shè)想。公元前250年，阿基米德在《論浮體》中，闡明了浮體和潛體的有效重力計算方法。1586年德國數(shù)學(xué)家斯蒂文提出水靜力學(xué)方程。十七世紀(jì)中葉，法國帕斯卡提出液壓等值傳遞的帕斯卡原理。至此水靜力學(xué)已初具雛形。

包含

水靜力學(xué)

水靜力學(xué)研究液體靜止或相對靜止?fàn)顟B(tài)下的力學(xué)規(guī)律及其應(yīng)用，探討液體內(nèi)部壓強分布，液體對固體接觸面的壓力，液體對浮體和潛體的浮力及浮體的穩(wěn)定性，以解決蓄水容器，輸水管渠，擋水構(gòu)筑物，沉浮于水中的構(gòu)筑物，如水池、水箱、水管、閘門。堤壩、船舶等的靜力荷載計算問題。

水動力學(xué)

水動力學(xué)研究液體運動狀態(tài)下的力學(xué)規(guī)律及其應(yīng)用，主要探討管流、明渠流、堰流、孔口流、射流多孔介質(zhì)滲流的流動規(guī)律，以及流速、流量、水深、壓力、水工建筑物結(jié)構(gòu)的計算，以解決給水排水、道路橋涵、農(nóng)田排灌、水力發(fā)電、防洪除澇、河道整治及港口工程中的水力學(xué)問題。

發(fā)展

水動力學(xué)的發(fā)展是與水利工程興建相聯(lián)系的。公元前三世紀(jì)末，中國秦代修建規(guī)模巨大的都江堰、靈渠和鄭國渠。漢初利用山溪水流作動力。此后在歷代防洪及航運工程上積累了豐富的經(jīng)驗。但是液體流動的知識，在中國相當(dāng)長的時間內(nèi)，在歐洲直至15世紀(jì)以前，都被認(rèn)為是一種技藝，而未發(fā)展為一門科學(xué)。文藝復(fù)興期間，意大利人達·芬奇在實驗水力學(xué)方面獲得巨大的進展，他用懸浮砂粒在玻璃槽中觀察水流現(xiàn)象，描述了波浪運動、管中水流和波的傳播、反射和干涉。

十八世紀(jì)初葉，經(jīng)典水動力學(xué)有迅速的發(fā)展.歐拉和丹尼爾第一·伯努利是這一領(lǐng)域中杰出的先驅(qū)者。十八世紀(jì)末和整個十九世紀(jì)，形成了兩個相互獨立的研究方向：一是運用數(shù)學(xué)分析的理論流體動力學(xué)；一是依靠實驗的應(yīng)用水力學(xué)。開爾文、瑞利、斯托克斯、蘭姆等人的工作使理論水平達到相當(dāng)?shù)母叨?，而謝才、達西、巴贊、弗朗西斯、曼寧等人則在應(yīng)用水力學(xué)方面進行了大量的實驗研究，提出了各種實用的經(jīng)驗公式。

十九世紀(jì)末，流體力學(xué)的發(fā)展扭轉(zhuǎn) 了研究工作中的經(jīng)驗主義傾向，這些發(fā)展是：雷諾理論及實驗研究；雷諾的因次分析；弗勞德的船舶模型實驗；空氣動力學(xué)的迅速發(fā)展。二十世紀(jì)初的重要突破是普朗特的邊界層理論，它把無粘性理論和粘性理論在邊界層概念的基礎(chǔ)上聯(lián)系起來。

二十世紀(jì)蓬勃發(fā)展的經(jīng)濟建設(shè)提出了越來越復(fù)雜的水力學(xué)問題：高濃度泥沙河流的治理；高水頭水力發(fā)電的開發(fā)；輸油干管的敷設(shè)；采油平臺的建造；河流湖泊海港污染的防治等。使水力學(xué)的研究方向不斷發(fā)展，從定床水力學(xué)轉(zhuǎn)向動床水力學(xué) ；從單向流動到多相流動；從牛頓流體規(guī)律到非牛頓流體規(guī)律；從流速分布到溫度和污染物濃度分布；從一般水流到產(chǎn)生滲氣、氣蝕，引起振動的高速水流。以電子計算機應(yīng)用為主要手段的計算水力學(xué) 也得到了相應(yīng)的發(fā)展。水力學(xué)作為一門以實用為目的的學(xué)科將逐漸與流體力學(xué)合流。

作用

隨著經(jīng)濟建設(shè)的發(fā)展，水力學(xué)學(xué)科衍生了一些新的分支，以處理特定條件下的水力學(xué)問題，如以解決河流泥沙運動所導(dǎo)致的河床演變問題的動床水力學(xué)，以解決風(fēng)浪對防護構(gòu)筑物的動力作用和對近岸底砂的沖淤作用等問題的波浪理論等。

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