流體力學在土木工程中的應用摘要：流體力學是研究流體的機械運動規律及其應用的科學，是力學的分支學科。隨著社會的發展，流體力學被廣泛的應用在各種領域。尤其是在土木工程領域有著非常重要的地位。例如，在建筑工程和橋梁工程中，研究解決風對高聳建筑物的荷載作用和風振問題，要以流體力學為理論基礎；進行基坑排水、地基抗滲穩定處理、橋渡設計都有賴于水力分析和計算……可以說，流體力學已成為土木工程各領域共同的專業理論基礎。流體力學不僅解決單項土木工程的水和氣問題，更能幫助工程技術人員進一步認識土木工程與大氣和水環境的關系。關鍵字：流體力學土木工程流體力學是一門研究流體機械運動規律及其應用的科學，是力學的分支學科。主要研究在各種力的作用下，流體本身的狀態，以及流體和固體壁面、流體和流體間、流體與其他運動形態之間的相互作用的力學分支。流體力學是力學的一個重要分支，在生活、環保、科學技術及工程中具有重要的應用價值。與土木工程更是有密切的聯系。流體力學的發展簡史流體力學出現流體力學是在人類同自然界作斗爭和在生產實踐中逐步發展起來的。古時中國有大禹治水疏通江河的傳說；秦朝李冰父子帶領勞動人民修建的都江堰，至今還在發揮著作用；大約與此同時，古羅馬人建成了大規模的供水管道系統等等。對流體力學學科的形成作出第一個貢獻的是古希臘的阿基米德，他建立了包括物理浮力定律和浮體穩定性在內的液體平衡理論，奠定了流體靜力學的基礎。此后千余年間，流體力學沒有重大發展。直到15世紀，意大利達·芬奇的著作才談到水波、管流、水力機械、鳥的飛翔原理等問題；17世紀，帕斯卡闡明了靜止流體中壓力的概念。但流體力學尤其是流體動力學作為一門嚴密的科學，卻是隨著經典力學建立了速度、加速度，力、流場等概念，以及質量、動量、能量三個守恒定律的奠定之后才逐步形成的。流體力學逐漸發展17世紀，力學奠基人牛頓研究了在流體中運動的物體所受到的阻力，得到阻力與流體密度、物體迎流截面積以及運動速度的平方成正比的關系。他針對粘性流體運動時的內摩擦力也提出了牛頓粘性定律。但是，牛頓還沒有建立起流體動力學的理論基礎，他提出的許多力學模型和結論同實際情形還有較大的差別。之后，法國皮托發明了測量流速的皮托管；達朗貝爾對運河中船只的阻力進行了許多實驗工作，證實了阻力同物體運動速度之間的平方關系；瑞士的歐拉采用了連續介質的概念，把靜力學中壓力的概念推廣到運動流體中，建立了歐拉方程，正確地用微分方程組描述了無粘流體的運動；伯努利從經典力學的能量守恒出發，研究供水管道中水的流動，精心地安排了實驗并加以分析，得到了流體定常運動下的流速、壓力、管道高程之間的關系——伯努利方程。歐拉方程和伯努利方程的建立，是流體動力學作為一個分支學科建立的標志，從此開始了用微分方程和實驗測量進行流體運動定量研究的階段。從18世紀起，位勢流理論有了很大進展，在水波、潮汐、渦旋運動、聲學等方面都闡明了很多規律。法國拉格朗日對于無旋運動，德國赫姆霍茲對于渦旋運動作了不少研究……在上述的研究中，流體的粘性并不起重要作用，即所考慮的是無粘流體。這種理論當然闡明不了流體中粘性的效應。流體力學的理論基礎19世紀，工程師們為了解決許多工程問題，尤其是要解決帶有粘性影響的問題。于是他們部分地運用流體力學，部分地采用歸納實驗結果的半經驗公式進行研究，這就形成了水力學，至今它仍與流體力學并行地發展。1822年，納維建立了粘性流體的基本運動方程；1845年，斯托克斯又以更合理的基礎導出了這個方程，并將其所涉及的宏觀力學基本概念論證得令人信服。這組方程就是沿用至今的納維-斯托克斯方程(簡稱N-S方程)，它是流體動力學的理論基礎。上面說到的歐拉方程正是N-S方程在粘度為零時的特例。普朗特學派從1904年到1921年逐步將N-S方程作了簡化，從推理、數學論證和實驗測量等各個角度，海堤防和水壩等，都會對大氣和水環境造成不利影響，導致生態環境惡化，甚至加重自然災害，這方面國內外已有慘痛的教訓。只有處理好土木工程與大氣和水環境的關系，作到保護環境，減輕災害，才能實現國民經濟可持續發展。三、總結從阿基米德到現在的兩千多年，特別是20世紀以來，流體力學已經發展成為基礎科學體系的一部分，同時又在工業、農業、交通運輸、天文學、地學、生物學、醫學等方面得到廣泛應用，尤其是與土木工程有著十分密切的聯系。今后，人們一方面將根據工程技術方面的需要進行流體力學應用性研究，另一方面將更深入地開展基礎研究以探求流體的復雜流動規律和機理。后一方面主要包括：通過湍流的理論和實驗研究，了解其結構并建立計算模式；多相流動；流體和結構物的相互作用；邊界層流動和分離；生物地學和環