0-緒論-流體力學(xué)

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(xué)課程重要性 專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課；后續(xù)課程基礎(chǔ)；石油行業(yè)（力學(xué)與機(jī)械）教學(xué)理念與方法 學(xué)習(xí)組織方法：課前預(yù)習(xí)、課堂講解、課后作業(yè) 被動(dòng)的教與主動(dòng)的學(xué)作業(yè)形式 作業(yè)本與練習(xí)本；課代表周五交辦公室

2、考試 第18周，由學(xué)校統(tǒng)一安排； 每年都有補(bǔ)考與重修,流體力學(xué)分支學(xué)科：稀薄氣體力學(xué)、磁流體力學(xué)、宇宙流體力學(xué)、地球流體力學(xué)、非牛頓流體力學(xué)、生物流體力學(xué)、多相流體力學(xué)、物理-化學(xué)流體力學(xué)、工業(yè)流體力學(xué)、滲流力學(xué)、油氣井流體力學(xué)、計(jì)算流體力學(xué)、油藏?cái)?shù)值模擬，瞬變流等等。射流動(dòng)力學(xué)、連續(xù)介質(zhì)力學(xué)、數(shù)值傳熱學(xué),4/72,,講授內(nèi)容,第一章 場(chǎng)論與張量初步第二章 流體靜力學(xué)第

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

4、 《粘性流體動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)》, 高等教育出版社,1993③吳望一,《流體力學(xué)》,北京大學(xué)出版社,1982,5/72,第一時(shí)期：17世紀(jì)中葉以前。缺乏系統(tǒng)的流體力學(xué)知識(shí)和工程設(shè)計(jì)的概念。直覺(jué)觀察→仔細(xì)測(cè)量→實(shí)踐→提高→實(shí)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(jì)量，與700年后哈根、泊肅葉實(shí)驗(yàn)結(jié)果定性符合?！?638年伽利略將實(shí)驗(yàn)方法引入力學(xué)，研究運(yùn)動(dòng)物

5、體阻力。,,潛艇上浮,流線型汽車(chē),緒論 流體力學(xué)發(fā)展簡(jiǎn)史,,6/72,◆1647年帕斯卡提出靜力學(xué)的基本關(guān)系式?！?671年清人揭喧開(kāi)展旋渦的專(zhuān)門(mén)實(shí)驗(yàn)?！粲娠L(fēng)帆演變來(lái)的風(fēng)輪和水輪。,第一時(shí)期：17世紀(jì)中葉以前。缺乏系統(tǒng)的流體力學(xué)知識(shí)和工程設(shè)計(jì)的概念。,,飛機(jī)引起的漩渦,緒論 流體力學(xué)發(fā)展簡(jiǎn)史,,7/72,◆ 1678年牛頓的粘性流體內(nèi)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(yùn)動(dòng)的描述方法和建立理想流體基本方程組。,,牛頓內(nèi)摩擦定律模型,緒論 流體力學(xué)發(fā)展簡(jiǎn)史,,第二時(shí)期：17世紀(jì)末葉至19世紀(jì)末葉。流體力學(xué)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(shè)計(jì)建造低速風(fēng)洞。,,風(fēng)洞試驗(yàn),緒論 流體力學(xué)發(fā)展簡(jiǎn)史,,第二時(shí)期：17世紀(jì)末葉至19世紀(jì)末

7、葉。流體力學(xué)初步形成和發(fā)展。,9/72,◆ 1872年弗勞德主持建造供船舶實(shí)驗(yàn)的拖曳水池?！?1883年雷諾實(shí)驗(yàn)，1895年提出雷諾應(yīng)力、湍流基本方程組。,,雷諾實(shí)驗(yàn),緒論 流體力學(xué)發(fā)展簡(jiǎn)史,,第二時(shí)期：17世紀(jì)末葉至19世紀(jì)末葉。流體力學(xué)初步形成和發(fā)展。,拖曳水池實(shí)驗(yàn),10/72,◆ 1891年蘭徹斯特提出升力概念、有限翼展機(jī)翼理論?！?1902年庫(kù)塔和1906年儒可夫斯基分別獨(dú)立提出升力理論。,第二時(shí)期：17

8、世紀(jì)末葉至19世紀(jì)末葉。流體力學(xué)初步形成和發(fā)展。,,緒論 流體力學(xué)發(fā)展簡(jiǎn)史,,超音速翼型流場(chǎng),,輪船航行中,11/72,第三時(shí)期：20世紀(jì)初葉至中葉。主要圍繞航空航天開(kāi)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(dú)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(xué)發(fā)展簡(jiǎn)史,,12/72,◆ 1912年馮·卡門(mén)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(xué)發(fā)展簡(jiǎn)史,,第三時(shí)期：20世紀(jì)初葉至中葉。主要圍繞航空航天開(kāi)展，發(fā)展迅猛。,13/72,第四時(shí)期：20世紀(jì)中葉以后。形成許多分支學(xué)科、交叉學(xué)科。稀薄氣體力學(xué)、磁流體力學(xué)、宇宙流體力學(xué)、地球流體力學(xué)、非牛頓流體力學(xué)、生物流體力學(xué)、多相流體力學(xué)、物理-化學(xué)流體力學(xué)、工業(yè)流體力學(xué)、滲流力學(xué)等等。,緒論 流體力學(xué)發(fā)展簡(jiǎn)史,,14/72,談鎬生

10、 俞鴻儒 胡文瑞 李家春,基礎(chǔ)性很強(qiáng),15/72,應(yīng)用性很廣,16/72,支撐性學(xué)科,17/72,緒論 流體力學(xué)現(xiàn)象,,氫彈爆炸瞬間,肺部流場(chǎng)模擬圖,海嘯,漩渦,18/72,緒論 流體力學(xué)問(wèn)題,,19/72,導(dǎo)彈飛行的馬赫數(shù)為3.94，攻角為20?。計(jì)算結(jié)果表明：導(dǎo)彈的法向力系數(shù)與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的誤差在2.3%以內(nèi)，力矩系數(shù)的誤差在0.3%范圍內(nèi)。,緒論 流體力學(xué)計(jì)算實(shí)

11、例,,20/72,對(duì)噴射泵的二分之一結(jié)構(gòu)使用了二維軸對(duì)稱(chēng)模型。求解中，應(yīng)用了非結(jié)構(gòu)化三角形網(wǎng)格和RNG k-?紊流模型。壓強(qiáng)云圖說(shuō)明：高壓梯度區(qū)出現(xiàn)在噴嘴處，可以引起流動(dòng)模式的改變。這個(gè)結(jié)論有助于設(shè)計(jì)者理解壓力驅(qū)動(dòng)流的物理現(xiàn)象和影響流動(dòng)效率的重要參數(shù)定義。,緒論 流體力學(xué)計(jì)算實(shí)例,,21/72,CFD的研究結(jié)論，與實(shí)驗(yàn)中風(fēng)扇背風(fēng)區(qū)域附近壓強(qiáng)升高的物理現(xiàn)象相吻合。計(jì)算中選取了一系列的不同參數(shù)模型，對(duì)每一套運(yùn)行條件都實(shí)施了新

12、的設(shè)計(jì)造型，增強(qiáng)了對(duì)分離流、失速和其他流動(dòng)現(xiàn)象的了解，這些現(xiàn)象都有可能影響到設(shè)計(jì)者原有的設(shè)計(jì)指標(biāo)。,緒論 流體力學(xué)計(jì)算實(shí)例,,22/72,緒論 流體力學(xué)計(jì)算實(shí)例,,23/72,緒論 流體力學(xué)計(jì)算實(shí)例,,24/72,流體力學(xué)的應(yīng)用 鉆井工程,,25/72,流體力學(xué)的應(yīng)用 油水分離模型,,26/72,流體力學(xué)的應(yīng)用 采油工程,,27/72,流體力學(xué)

13、的應(yīng)用 多相流動(dòng)模型,,28/72,,流體力學(xué)的應(yīng)用 井筒巖屑運(yùn)移模型,,29/72,流體力學(xué)的應(yīng)用 高壓水射流,,30/72,,流體力學(xué)的應(yīng)用 高壓水射流,31/72,支撐性學(xué)科,32/72,錨定器、扶正器、噴槍、噴嘴,石油工程中的應(yīng)用 高壓水射流,,33/72,工具結(jié)構(gòu),石油工程中的應(yīng)用 水力脈沖工具,,34/72,二、水力脈沖工具,石

14、油工程中的應(yīng)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(chǔ)油密封補(bǔ)償系統(tǒng)等部分組成。在研究鉆頭的流場(chǎng)時(shí)軸承、儲(chǔ)油密封補(bǔ)償系統(tǒng)以及牙輪上的牙齒對(duì)整個(gè)流場(chǎng)結(jié)構(gòu)的影響可以忽略。,三、牙輪鉆頭水力結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì),,石油工程中的應(yīng)用 牙輪鉆頭,,36/72,SolidWorks三維制圖軟件設(shè)計(jì)了三牙輪鉆頭的實(shí)體模型。,石油工程中的應(yīng)用 牙輪鉆頭,,37/72,石油工程

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

16、72,石油工程中的應(yīng)用 霧化器,,45/72,氣液分流結(jié)構(gòu),石油工程中的應(yīng)用 霧化器,,46/72,,,,石油工程中的應(yīng)用 霧化器,,47/72,石油工程中的應(yīng)用 霧化器,,48/72,,石油工程中的應(yīng)用 霧化器,,49/72,石油工程中的應(yīng)用 霧化器,,50/72,石油工程中的應(yīng)用 ICDs,,51/