0-緒論-流體力學

1、1/72,2/72,老師介紹,薛亮， 39歲，遼寧北鎮(zhèn)人，博士講師聯(lián)系方式：13910019094，xueliang200888@126.com辦公室：研修大廈北樓904,,,3/72,前言,流體力學課程重要性 專業(yè)基礎課；后續(xù)課程基礎；石油行業(yè)（力學與機械）教學理念與方法 學習組織方法：課前預習、課堂講解、課后作業(yè) 被動的教與主動的學作業(yè)形式 作業(yè)本與練習本；課代表周五交辦公室

2、考試 第18周，由學校統(tǒng)一安排； 每年都有補考與重修,流體力學分支學科：稀薄氣體力學、磁流體力學、宇宙流體力學、地球流體力學、非牛頓流體力學、生物流體力學、多相流體力學、物理-化學流體力學、工業(yè)流體力學、滲流力學、油氣井流體力學、計算流體力學、油藏數(shù)值模擬，瞬變流等等。射流動力學、連續(xù)介質力學、數(shù)值傳熱學,4/72,,講授內容,第一章 場論與張量初步第二章 流體靜力學第

3、三章 流體運動學第四章 流體力學基本方程組第五章 理想流體流動第六章 粘性流體層流流動第七章 粘性流體湍流流動第八章 一維圓管流動第九章 非牛頓流體流動第十章 兩相流體動力學第十一章 計算流體力學基礎,教材：①汪志明, 《高等流體力學》, 石油工業(yè)出版社,2006主要參考書：②陳矛章,

4、 《粘性流體動力學基礎》, 高等教育出版社,1993③吳望一,《流體力學》,北京大學出版社,1982,5/72,第一時期：17世紀中葉以前。缺乏系統(tǒng)的流體力學知識和工程設計的概念。直覺觀察→仔細測量→實踐→提高→實踐→再提高,◆希臘的阿基米德（前287-前212）提出浮力的定量理論?！舯彼紊蚶ǎ?031-1095）提出小圓管的流量計量，與700年后哈根、泊肅葉實驗結果定性符合?！?638年伽利略將實驗方法引入力學，研究運動物

5、體阻力。,,潛艇上浮,流線型汽車,緒論 流體力學發(fā)展簡史,,6/72,◆1647年帕斯卡提出靜力學的基本關系式。◆1671年清人揭喧開展旋渦的專門實驗。◆由風帆演變來的風輪和水輪。,第一時期：17世紀中葉以前。缺乏系統(tǒng)的流體力學知識和工程設計的概念。,,飛機引起的漩渦,緒論 流體力學發(fā)展簡史,,7/72,◆ 1678年牛頓的粘性流體內摩擦定律。◆ 1738年伯努利提出不可壓縮流體的伯努利定理。

6、◆ 1775年歐拉提出流體運動的描述方法和建立理想流體基本方程組。,,牛頓內摩擦定律模型,緒論 流體力學發(fā)展簡史,,第二時期：17世紀末葉至19世紀末葉。流體力學初步形成和發(fā)展。,8/72,◆ 1845年亥姆霍茲提出亥姆霍茲第一定理和第二定理。◆ 1860年亥姆霍茲提出速度分解定理?！?1871年韋納姆設計建造低速風洞。,,風洞試驗,緒論 流體力學發(fā)展簡史,,第二時期：17世紀末葉至19世紀末

7、葉。流體力學初步形成和發(fā)展。,9/72,◆ 1872年弗勞德主持建造供船舶實驗的拖曳水池?！?1883年雷諾實驗，1895年提出雷諾應力、湍流基本方程組。,,雷諾實驗,緒論 流體力學發(fā)展簡史,,第二時期：17世紀末葉至19世紀末葉。流體力學初步形成和發(fā)展。,拖曳水池實驗,10/72,◆ 1891年蘭徹斯特提出升力概念、有限翼展機翼理論?！?1902年庫塔和1906年儒可夫斯基分別獨立提出升力理論。,第二時期：17

8、世紀末葉至19世紀末葉。流體力學初步形成和發(fā)展。,,緒論 流體力學發(fā)展簡史,,超音速翼型流場,,輪船航行中,11/72,第三時期：20世紀初葉至中葉。主要圍繞航空航天開展，發(fā)展迅猛。,◆ 1904年普朗特提出邊界層理論?！?1910年布拉修斯和卡普雷金分別獨立提出一般二維物體受力公式。,,湍流邊界層模型,緒論 流體力學發(fā)展簡史,,12/72,◆ 1912年馮·卡門分析渦街穩(wěn)定性?！?19

9、50年諾伊曼提出顯式和隱式人工粘性概念。,,渦街模型,緒論 流體力學發(fā)展簡史,,第三時期：20世紀初葉至中葉。主要圍繞航空航天開展，發(fā)展迅猛。,13/72,第四時期：20世紀中葉以后。形成許多分支學科、交叉學科。稀薄氣體力學、磁流體力學、宇宙流體力學、地球流體力學、非牛頓流體力學、生物流體力學、多相流體力學、物理-化學流體力學、工業(yè)流體力學、滲流力學等等。,緒論 流體力學發(fā)展簡史,,14/72,談鎬生

10、 俞鴻儒 胡文瑞 李家春,基礎性很強,15/72,應用性很廣,16/72,支撐性學科,17/72,緒論 流體力學現(xiàn)象,,氫彈爆炸瞬間,肺部流場模擬圖,海嘯,漩渦,18/72,緒論 流體力學問題,,19/72,導彈飛行的馬赫數(shù)為3.94，攻角為20?。計算結果表明：導彈的法向力系數(shù)與實驗數(shù)據(jù)的誤差在2.3%以內，力矩系數(shù)的誤差在0.3%范圍內。,緒論 流體力學計算實

11、例,,20/72,對噴射泵的二分之一結構使用了二維軸對稱模型。求解中，應用了非結構化三角形網(wǎng)格和RNG k-?紊流模型。壓強云圖說明：高壓梯度區(qū)出現(xiàn)在噴嘴處，可以引起流動模式的改變。這個結論有助于設計者理解壓力驅動流的物理現(xiàn)象和影響流動效率的重要參數(shù)定義。,緒論 流體力學計算實例,,21/72,CFD的研究結論，與實驗中風扇背風區(qū)域附近壓強升高的物理現(xiàn)象相吻合。計算中選取了一系列的不同參數(shù)模型，對每一套運行條件都實施了新

12、的設計造型，增強了對分離流、失速和其他流動現(xiàn)象的了解，這些現(xiàn)象都有可能影響到設計者原有的設計指標。,緒論 流體力學計算實例,,22/72,緒論 流體力學計算實例,,23/72,緒論 流體力學計算實例,,24/72,流體力學的應用 鉆井工程,,25/72,流體力學的應用 油水分離模型,,26/72,流體力學的應用 采油工程,,27/72,流體力學

13、的應用 多相流動模型,,28/72,,流體力學的應用 井筒巖屑運移模型,,29/72,流體力學的應用 高壓水射流,,30/72,,流體力學的應用 高壓水射流,31/72,支撐性學科,32/72,錨定器、扶正器、噴槍、噴嘴,石油工程中的應用 高壓水射流,,33/72,工具結構,石油工程中的應用 水力脈沖工具,,34/72,二、水力脈沖工具,石

14、油工程中的應用 水力脈沖工具,,35/72,牙輪鉆頭是由殼體、牙爪、牙輪、軸承、水眼和儲油密封補償系統(tǒng)等部分組成。在研究鉆頭的流場時軸承、儲油密封補償系統(tǒng)以及牙輪上的牙齒對整個流場結構的影響可以忽略。,三、牙輪鉆頭水力結構優(yōu)化設計,,石油工程中的應用 牙輪鉆頭,,36/72,SolidWorks三維制圖軟件設計了三牙輪鉆頭的實體模型。,石油工程中的應用 牙輪鉆頭,,37/72,石油工程

15、中的應用 牙輪鉆頭,,38/72,,石油工程中的應用 PDC鉆頭,,39/72,石油工程中的應用 PDC鉆頭,,40/72,石油工程中的應用 井下增壓器,,41/72,五、井下增壓器,石油工程中的應用 井下增壓器,,42/72,石油工程中的應用 液動沖擊器,,43/72,石油工程中的應用 液動沖擊器,,44/

16、72,石油工程中的應用 霧化器,,45/72,氣液分流結構,石油工程中的應用 霧化器,,46/72,,,,石油工程中的應用 霧化器,,47/72,石油工程中的應用 霧化器,,48/72,,石油工程中的應用 霧化器,,49/72,石油工程中的應用 霧化器,,50/72,石油工程中的應用 ICDs,,51/