绪论流体力学.ppt

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1、12老师介绍薛亮， 39岁，辽宁北镇人，博士讲师联系方式：，办公室：研修大厦北楼904 钻采流 体力学（5 年） 航空流 体力学（11年）本科 ： 19931997 北京航空航天大学，应用力学专业硕士 ： 19972000 北京航空航天大学，计算流体力学工作：20002003 中国空气动力研究与发展中心，飞行器气动设计博士 ： 20042007 中国石油大学（北京），油气井工程工作：2007 现在 中国石油大学（北京），钻井与采油相关流体力学3前言n流体力学课程重要性 专业基础课；后续课程基础；石油行业（力学与机械）n教学理念与方法 学习组织方法：课前预习、课堂讲解、课后作业 被动的教与主动的

2、学n作业形式 作业本与练习本；课代表周五交办公室n考试 第18周，由学校统一安排； 每年都有补考与重修流体力学分支学科：流体力学分支学科：稀薄气体力学、磁流体力学、宇宙流体力学、地球流体力学、非牛顿流体力学、非牛顿流体力学、生物流体力学、多相流体力学多相流体力学、物理-化学流体力学、工业流体力学、渗流力学渗流力学、油气井流体力学、油气井流体力学、计算流体力学、油藏数值模拟，瞬变流等等。计算流体力学、油藏数值模拟，瞬变流等等。射流动力学、连续介质力学、数值传热学射流动力学、连续介质力学、数值传热学 4讲授内容第一章 场论与张量初步第二章 流体静力学第三章 流体运动学第四章 流体力学基本方程组第五

3、章 理想流体流动第六章 粘性流体层流流动第七章 粘性流体湍流流动第八章 一维圆管流动第九章 非牛顿流体流动第十章 两相流体动力学第十一章 计算流体力学基础教材：汪志明, 高等流体力学, 石油工业出版社,2006主要参考书：陈矛章, 粘性流体动力学基础, 高等教育出版社,1993吴望一,流体力学,北京大学出版社,19825第一时期：17世纪中叶以前。缺乏系统的流体力学知识和工程设计的概念。直觉观察仔细测量实践提高实践再提高希腊的阿基米德（前287-前212）提出浮力的定量理论。北宋沈括（1031-1095）提出小圆管的流量计量，与700年后哈根、泊肃叶实验结果定性符合。1638年伽利略将实验方法

4、引入力学，研究运动物体阻力。潜艇上浮流线型汽车绪论 流体力学发展简史 61647年帕斯卡提出静力学的基本关系式。1671年清人揭喧开展旋涡的专门实验。由风帆演变来的风轮和水轮。第一时期：17世纪中叶以前。缺乏系统的流体力学知识和工程设计的概念。飞机引起的漩涡风轮水轮绪论 流体力学发展简史 7 1678年牛顿的粘性流体内摩擦定律。 1738年伯努利提出不可压缩流体的伯努利定理。 1775年欧拉提出流体运动的描述方法和建立理想流体基本方程组。牛顿内摩擦定律模型绪论 流体力学发展简史 第二时期：17世纪末叶至19世纪末叶。流体力学初步形成和发展。8 1845年亥姆霍兹提出亥姆霍兹第一定理和第二定理。

5、 1860年亥姆霍兹提出速度分解定理。 1871年韦纳姆设计建造低速风洞。风洞试验绪论 流体力学发展简史 第二时期：17世纪末叶至19世纪末叶。流体力学初步形成和发展。9 1872年弗劳德主持建造供船舶实验的拖曳水池。 1883年雷诺实验，1895年提出雷诺应力、湍流基本方程组。雷诺实验绪论 流体力学发展简史 第二时期：17世纪末叶至19世纪末叶。流体力学初步形成和发展。拖曳水池实验10 1891年兰彻斯特提出升力概念、有限翼展机翼理论。 1902年库塔和1906年儒可夫斯基分别独立提出升力理论。第二时期：17世纪末叶至19世纪末叶。流体力学初步形成和发展。绪论 流体力学发展简史 超音速翼型流

6、场轮船航行中11第三时期：20世纪初叶至中叶。主要围绕航空航天开展，发展迅猛。 1904年普朗特提出边界层理论。 1910年布拉修斯和卡普雷金分别独立提出一般二维物体受力公式。湍流边界层模型绪论 流体力学发展简史 12 1912年冯卡门分析涡街稳定性。 1950年诺伊曼提出显式和隐式人工粘性概念。涡街模型绪论 流体力学发展简史 第三时期：20世纪初叶至中叶。主要围绕航空航天开展，发展迅猛。13第四时期：20世纪中叶以后。形成许多分支学科、交叉学科。稀薄气体力学、磁流体力学、宇宙流体力学、地球流体力学、非牛顿流体力学、生物流体力学、多相流体力学、物理-化学流体力学、工业流体力学、渗流力学等等。

7、绪论 流体力学发展简史 14谈镐生 俞鸿儒 胡文瑞 李家春基础性很强15应用性很广16(A) Reference modelEastNorth0.0200.0000.0200.0000.0200.000400.000600.000800.0001000.00(B) Initial guessEastNorth0.0200.0000.0200.0000.0200.000400.000600.000800.0001000.00(C) Before geostat, iter 1EastNorth0.0200.0000.0200.0000.0200.000400.000600.000800.0001

8、000.00(D) After geostat, iter 1EastNorth0.0200.0000.0200.0000.0200.000400.000600.000800.0001000.00(E) Before geostat, iter 4EastNorth0.0200.0000.0200.0000.0200.000400.000600.000800.0001000.00(F) After geostat, iter 4EastNorth0.0200.0000.0200.0000.0200.000400.000600.000800.0001000.00支撑性学科17绪论 流体力学现象氢

9、弹爆炸瞬间肺部流场模拟图海啸漩涡18绪论 流体力学问题 19 导弹飞行的马赫数为3.94，攻角为20。计算结果表明：导弹的法向力系数与实验数据的误差在2.3%以内，力矩系数的误差在0.3%范围内。 绪论 流体力学计算实例20 对喷射泵的二分之一结构使用了二维轴对称模型。求解中，应用了非结构化三角形网格和RNG k-紊流模型。压强云图说明：高压梯度区出现在喷嘴处，可以引起流动模式的改变。这个结论有助于设计者理解压力驱动流的物理现象和影响流动效率的重要参数定义。 绪论 流体力学计算实例21 CFD的研究结论，与实验中风扇背风区域附近压强升高的物理现象相吻合。计算中选取了一系列的不同参数模型，对每一

10、套运行条件都实施了新的设计造型，增强了对分离流、失速和其他流动现象的了解，这些现象都有可能影响到设计者原有的设计指标。 绪论 流体力学计算实例22对象网格模型计算方式计算时间设计时间载重汽车一半结构1.5x106个混合网格粘性、紊流k-模型并行计算48小时3周计算结果 阻力系数从0.6-0.7下降至0.4-0.5，减少了阻力，提高经济效益。绪论 流体力学计算实例23对象网格模型介质通风系统297210个四面体网格RNG K-模型和标准壁面函数空气、氨气计算结果顶部入口的清洁空气将氨气向上吸入并由顶部出口排出；速度云图分布证实人的周围几乎没有氨气流动。工作人员无危险。 绪论 流体力学计算实例24

11、流体力学的应用 钻井工程25流体力学的应用 油水分离模型26流体力学的应用 采油工程27流体力学的应用 多相流动模型28流体力学的应用 井筒岩屑运移模型29流体力学的应用 高压水射流30流体力学的应用 高压水射流31(A) Reference modelEastNorth0.0200.0000.0200.0000.0200.000400.000600.000800.0001000.00(B) Initial guessEastNorth0.0200.0000.0200.0000.0200.000400.000600.000800.0001000.00(C) Before geostat, it

12、er 1EastNorth0.0200.0000.0200.0000.0200.000400.000600.000800.0001000.00(D) After geostat, iter 1EastNorth0.0200.0000.0200.0000.0200.000400.000600.000800.0001000.00(E) Before geostat, iter 4EastNorth0.0200.0000.0200.0000.0200.000400.000600.000800.0001000.00(F) After geostat, iter 4EastNorth0.0200.000

13、0.0200.0000.0200.000400.000600.000800.0001000.00支撑性学科32锚定器、扶正器、喷枪、喷嘴石油工程中的应用 高压水射流33工具结构石油工程中的应用 水力脉冲工具34二、水力脉冲工具石油工程中的应用 水力脉冲工具35牙轮钻头是由壳体、牙爪、牙轮、轴承、水眼和储油密封补偿系统等部分组成。在研究钻头的流场时轴承、储油密封补偿系统以及牙轮上的牙齿对整个流场结构的影响可以忽略。三、牙轮钻头水力结构优化设计石油工程中的应用 牙轮钻头36SolidWorks三维制图软件设计了三牙轮钻头的实体模型。石油工程中的应用 牙轮钻头37石油工程中的应用 牙轮钻头38石油工程中的应用 PDC钻头39石油工程中的应用 PDC钻头40石油工程中的应用 井下增压器41五、井下增压器石油工程中的应用 井下增压器42石油工程中的应用 液动冲击器43石油工程中的应用 液动冲击器44石油工程中的应用 雾化器45气液分流结构石油工程中的应用 雾化器46 石油工程中的应用 雾化器47石油工程中的应用 雾化器48石油工程中的应用 雾化器49石油工程中的应用 雾化器50石油工程中的应用 ICDs51水平井入流剖面对比水平井入流剖面对比普通筛管完井ICD完井石油工程中的应用 ICDs52