流体力学课程专题报告

流体力学课程专题报告题目流体力学在土木工程中的应用专业土木工程学号1103300110学生韩伟涛教师刘京日期2012年11月30日【摘要】流体力学作为一门力学基础课程，不可避免成为土木工程类学科的一门必修课程。

而流体力学的发展与研究都影响着土建类专业的发展方向。

21世纪安全已经成为了一门必修课，而风力，水力的存在势必影响建筑物的安全，对这些流体的研究势在必行。

对于实现科学，合理施工有这很高的地位。

【关键词】流体力学；土木工程；安全；建筑结构在常温常压下，自然界物质有三种形态：固体、液体和气体。

宏观的看，固体有一定的体积和形状，不易变形；液体有一定的体积，不易压缩，形状随容器形状而变，可有自由表面；气体容易压缩，充满整个容器，没有自由表面。

液体和气体合称为流体，流体的基本特征是具有流动性。

所谓流动性，诸如微风吹过平静的池水，水面因受气流的摩擦力作用而波动；斜坡上的水，因受重力沿坡面方向的切向分力而往低处流淌……。

这些现象表明，流体在静止时不能承受剪力，或者说任何微小的剪力作用，流体都将产生连续不断地变形，这就是流动，只要剪力存在，流动就持续进行。

流体的这种在微小剪力作用下，连续变形的特性，称为流动性。

此外，流体无论静止或运动，都几乎不能承受拉力。

土木工程是建造各类工程设施的科学技术的统称。

它既指所应用的材料、设备和所进行的勘测、设计、施工、保养维修等技术活动；也指工程建设的对象，即建造在地上或地下、陆上或水中，直接或间接为人类生活、生产、军事、科研服务的各种工程设施，例如房屋、道路、铁路、运输管道、隧道、桥梁、运河、堤坝、港口、电站、飞机场、海洋平台、给水和排水以及防护工程等。

而流体力学是力学的一个分支，是研究以水为主体的流体的平衡和运动规律及其工程应用的一门学科, 流体力学，是研究流体的力学运动规律及其应用的学科。

主要研究在各种力的作用下，流体本身的状态，以及流体和固体壁面、流体和流体间、流体与其他运动形态之间的相互作用的力学分支。

在生活、环保、科学技术及工程中具有重要的应用价值。

土木建构物的建筑环境不可避免会有地下及地表流水的影响，对于高层,或者高出建筑物，风对建筑物的影响也是不可小觑的。

在建筑物设计之初不但要考虑这些流体对施工的影响，在建成后，也得防范流体的长期作用对建构物的负面影响。

通过对流体力学的学习，会使我们对流体形成一种客观正确的认识。

在道路桥梁交通中，桥涵水力学问题，路边排水，大桥水下施工中的水力学问题，路基，路边渗水等诸多问题都需要应用流体力学知识去解决。

结构风工程中，高耸建筑物一般都要做风洞试验的。

而大跨度柔性桥梁的抗风性能就是空气动力学的一个典型应用。

基坑施工时一般要考虑地下水的，降水怎么计算也要用到流体力学。

隧道中的通风效应，如何计算隧道施工运营隧道中的通风效应，如何计算隧道施工运营中的通风问题，风机如何安置，采用哪种通风方式都是很典型的应用。

高速铁路隧道的空气动力学效应。

也要用到流体力学来解决这些问题。

修明渠和城市管网设计用到的基本上都是经典的流体力学。

一、流体力学在工业民用建筑中的应用：工业民用建筑是常见建筑，对于低层建筑，地下水是最普遍的结构影响源，集中表现为对地基基础的影响。

如果设计时对建筑地点的地下基地上水文情况了解不到位，地下水一旦渗流会对建筑物周围土体稳定性造成不可挽救的破坏，进而严重影响地基稳定，地基的的破坏对整个建筑主体来说是寿命倒计时的开始。

一些人为的加固可能及耗材费力，又收效甚微。

地下水的浮力对结构设计和施工有不容忽视的影响，结构抗浮验算与地下水的性状、水压力和浮力、地下水位变化的影响因素及意外补水有关。

对于这些严重影响建筑物寿命和甚至波及人生安全的有水的流动性造成问题可以通过水力学知识在建筑物的实际和施工之前给以正确的设计与施工指导。

避免施工时出现基坑坍塌等重大问题，也能避免施工结束后基地抵抗地下水渗流能力差的问题。

现在建筑越来越趋向于高层，高层节约了土地成本，提供了更多的使用空间，但也增加了设计施工问题。

因为随着高度的增加，由于地表及其附近物体对气体流动的阻碍减少，气体流动速度很大，除此之外，高层聚集处由于高层的层高和体积问题，这会对气体的流动产生很大影响，随即会对建筑物的稳定性产生影响，对建筑物的构造和建筑材料考可靠性提出更高的要求。

对建筑的影响是使建筑产生侧向变形，风大时产生振动。

主要由基本风压，风压高度变化系数，风荷载体形系数，风振系数。

这些系数和所在地的风的大小，建筑高度，建筑的外形，和地区粗糙度有关。

气体的流动产生风，通过流体力学可以把气流流动产生的问题具体化，数值化，针对这些问题再针对性的合理解决，即有助于设计施工的进程，又可以合理的运用材料，做到快速，放心，合理。

在土木工程中的另一些方面如水景景观供水，暖气水管网供水等问题中，通过流体力学的科学计算，会对这些在具体实施的过程中可能出现的问题给出科学的数据依据。

二、流体力学在给水排水工程中的应用：给排水工程是用于水供给、废水排放和水质改善的工程。

分为给水工程和排水工程。

古代的给排水工程只是为城市输送用水和排泄城市内的降水和污水。

近代的给排水工程是为控制城市内伤寒、霍乱、痢疾等传染病的流行和适应工业与城市的发展而发展。

现代的给排水工程已成为控制水媒传染病流行和环境水污染的基本设施，是发展城市及工业的基础设施之一，市政工程的主要组成部分。

给排水研究的主要对像就是水，在以导水为主要目的的运作中，主要问题就是合理完善的解决“流水”问题。

在这方面，水主要是以管道为媒介进行疏导的，疏导中，不同的地放水流量积水性质不一样。

就对管道有不同的要求。

针对这些实际中的问题，通过水力学理论的研究，可以得到合理的答案，获得合理的方案。

为施工人员正确的施工提出正确理论依据。

针对性的计算不但可以节约施工时间成本，更加合理化了管材等的配置。

三、流体力学在道路桥梁交通中的应用：道路路桥工程是关乎民生，国防建设的重大工程，它的安全性可靠性更是重中之重。

此外，由于路桥的造价很高，且修建需要一定的时间，因此大多数的路桥设计使用年限是很长的。

在这么长的时间里，经受水流的长时间的侵蚀作用，要保持极高的结构强度与结构健康性。

那么对这些侵蚀的来源有准确的了解定性就显得尤为重要。

这些重要工程在施工，使用和维护当中最普遍的是遇到水流的影响。

对于公路，铺设时的选址与路基稳定性都会受到水的影响，施工与使用过程中对于集聚水的的及时排除以消除对路面影响，此外还要考虑路边渗水问题等。

这些客观存在的问题都会对公路的建设保养长生很大影响。

对于桥来说，由于其建筑环境的特殊性，流水影响就是它的主要问题，水流的持续性对桥墩来说是持续性破坏，这是不可避免的，尤其是对于多雨地区，突发性的大水对桥墩的稳定更是考验。

这些问题可以依靠流体力学的只是给出一定的解决依据。

具体的是结合施工地当地水文情况根据流体力学理论知识给出水流的一些合理的可依据信息，指导设计与施工，给出科学的依据。

四、流体力学对于隧道中的通风效应的应用：随着我国经济的发展，铁路公路里程有了很大程度上的提高，其中很多都有穿山的隧道。

汽车或火车在隧道中高速行驶时会对隧道中的气体造成影响，这种影响是相互的，气流的的也可能会长生不利影响，可能会产生“风炮”，进而可能会对安全行驶造成影响。

低俗的汽车会如此，那高速的火车，动车更是有可能。

所以，为确保车辆行驶的安全性，应该充分考虑高速运动的物体会对隧道里的气体产生什么影响，确定影响再根据流体力学得出的流体流动规律去有针对性的消除，已达到安全通车。

对于现在我国主要发展的高铁等快速交通工具，不仅是在隧道。

就算在没有隧道的常规地方，其高速必定会使车体受气流的影响，这种影响会部分转移给路基，因而，流体力学的知识运用在这儿还可以帮助分析录制的可靠度。

五、流体力学对水利上的应用水利建筑物如大坝，水库，防波堤等，这些在水环境中工作的构筑物对水条环件要求很高，这些构筑物的安全意义重大，因此在设计与施工中必须有科学的数据做依据，给予正确的指导。

如常见的发电站，闸门在关闭时受精水压力作用，再来骑士兽动力水压力，在这两种情况下闸底板都要受到由渗流而引起的扬压力作用，而这些力都是设计闸门和闸底板的重要依据。

这些重要的数据得靠流体力学的知识来给出，流体力学对着些重要工程的建设和安全生产提供了重要保障。

六、流体的侵蚀作用侵蚀作用或水土流失是自然界的一种现象，是自然环境恶化的重要原因。

由于水的流动，带走了地球表面的土壤，使得土地变得贫瘠，岩石裸露，植被破坏，生态恶化。

侵蚀作用可分为风化、溶解、磨蚀、浪蚀、腐蚀和搬运作用。

水土流失可能是由于自然环境引起的，譬如地势陡峭，突发大量降水，或者地质变化。

但更多的是由于人类活动导致的，譬如过渡放牧，开垦土地，采伐森林等等。

这种自然现象可以是循环作用的，生态恶化引起水土流失，水土流失又使得生态更加恶化。

于是土地退化，无法耕种。

植物死亡，地表裸露。

恶劣的生态又更导致气候的变化，使得整个人类生存的环境变坏。

水土流失还会使得泥沙淤积，河床抬高，引起水流不畅，水质混浊，甚至导致洪水泛滥，河流改道。

七、总结流体力学不仅用于解决单项土木工程的水和气的问题，更能帮助工程技术人员进一步认识土木工程与大气和水环境的关系。

大气与水环境对建筑物和构筑物的作用是长期的、多方面的，其中台风、洪水通过直接摧毁房屋、桥梁、堤坝，造成巨大的自然灾害；另一方面，兴建大型厂矿、公路、铁路、桥梁、隧道、江海堤防和水坝等，都会对大气和水环境造成不利影响，导致生态环境恶化，甚至加重自然灾害，这方面国内外已有惨痛的教训。

只有处理好土木工程与大气和水环境的关系，做到保护环境，减轻灾害，才能实现国民经济可持续发展。

【参考文献】1、《流体力学在工程建设中的应用》李建强2、《流体力学因素对冲刷腐蚀的影响机制》郑玉贵 2000年第1期3、《计算流体力学并行计算技术研究综述》朱国林 2002年第1期4、《岩土流体力学及其发展》赵阳升中国知网。