流体动力学结构图(流体动力学)

1.流体动力学

流体动力学（fluid dynamics）是流体力学的一门子学科。流体动力学研究的对象是运动中的流体（流体指液体和气体）的状态与规律。

流体动力学底下的小学科包括有空气动力学（研究气体）和 hydrodynamics（研究液体）。

流体动力学有很大的应用，在预测天气，计算飞机所受的力和力矩，输油管线中石油的流率等方面.其中的的一些原理甚至运用在交通工程.交通运输本身被视为一连续流体，解决一个典型的流体动力学问题，需要计算流体的多项特性，包括速度，压力，密度，温度.

2.流体动力学原理是什么意思

流体力学概念 流体力学是力学的一个独立分支，是一门研究流体的平衡和流体机械运动规律及其实际应用的技术科学。

流体力学所研究的基本规律，有两大组成部分。一是关于流体平衡的规律，它研究流体处于静止（或相对平衡）状态时，作用于流体上的各种力之间的关系，这一部分称为流体静力学；二是关于流体运动的规律，它研究流体在运动状态时，作用于流体上的力与运动要素之间的关系，以及流体的运动特征与能量转换等，这一部分称为流体动力学。

流体力学在研究流体平衡和机械运动规律时，要应用物理学及理论力学中有关物理平衡及运动规律的原理，如力系平衡定理、动量定理、动能定理，等等。因为流体在平衡或运动状态下，也同样遵循这些普遍的原理。

所以物理学和理论力学的知识是学习流体力学课程必要的基础。 目前，根据流体力学在各个工程领域的应用，流体力学可分为以下三类： 水利类流体力学：面向水工、水动、海洋等； 机械类流体力学：面向机械、冶金、化工、水机等； 土木类流体力学：面向市政、工民建、道桥、城市防洪等。

3.流体动力学的主要种类

可压缩流与不可压缩流

所有流体某种程度上而言都是可压缩的，换言之，压力或温度的改变会造成流体密度的改变。然而，许多情况下，压力或温度改变所造成的密度改变相当微小，是可以被忽略的。此种流体可以用不可压缩流进行模拟，否则必须使用更普遍性的可压缩流方程式进行描述。

数学上而言，不可压缩性代表着流体流动时，其密度维持不变，换言之：其中，D / Dt为对流导数（convective derivative）。此条件可以简化许多描述流体的方程式，尤其是运用在均匀密度的流体。

对于气体要辨别是否具有可压缩性，马赫数是一个衡量的指标。概略来说，在马赫数低于0.3左右时，可以用不可压缩流的行为解释。至于液体，较符合可压缩流还是不可压缩流的性质，主要取决于液体本身的性质（特别是液体的临界压力与临界温度）和流体的条件（液体压力是否接近和液体临界压力）。 声学的问题往往需要引进压缩性的考量，因为声波算是可压缩波，其性质会随着传播的介质以及压力变化而改变。

黏性流与非黏性流

当流体内的阻力越大时，描述流体须考虑其黏性的影响。雷诺数可用来估算流体的黏性对描述问题的影响。所谓史托克流指雷诺数相当小的流动。在此情况，流体的惯性相较于黏性可忽略。而流体的雷诺数大代表流体流动时惯性大于黏性。因此当流体有很大的雷诺数，假设它是非黏性流，忽略其黏性，可当成一个近似。 这样的近似，当雷诺数大时，可得到很好的结果。即使在某些不得不考虑黏性的问题（例如边界问题）。在流体与管壁的边界，有所谓的不滑移条件，局部会有很大的速率应变率，使得黏性的作用放大而有涡度，黏性因而不可被忽略。 因此，计算管壁对流体的净力，需要使用黏性方程式。如同达朗白谬论的说明，物体在非黏性流里，不会感受到力。尤拉方程是描述非黏性流的标准方程式。在这种情况，一个常使用的模型，使用尤拉方程描述远离边界的流体，在接触的边界，使用边界层方程式。 在某一个流线上，将尤拉方程积分，可得到白努利方程。如果流体每一处都是无旋转涡动，白努利方程可描述整个流动。

稳定流与非稳定流

流体速度和压力随时间而改变的流动称为非稳定流。非稳定流的速度和压力不仅要考虑位置，同时也要考虑时间的影响。流体速度和压力均不随时间而改变的流动称为稳定流。

层流乱流

当流动由漩涡和明显的随机性所主导时，此种流动称为乱流。当乱流效应不明显时，则称为层流。然而值得注意的是，流动之中存在于漩涡不一定表示此流动为乱流──这些现象可能也存在于层流之中。数学上，乱流通常以雷诺分离法来表示，也就是乱流可以表示成稳定流与扰动部分的和。乱流遵守纳维-斯托克斯方程式。数值直解法（Direct numerical simulation,DNS），基于纳维-斯托克斯方程式可应用在不可压缩流，可使用雷诺数对乱流进行模拟（必须在电脑性能与演算结果准确性均能负荷的条件下）。而此数值直解法的结果，可以解释所得的实验资料。

然而，大部分我们有兴趣的流动都是雷诺数比DNS能够模拟的范围大上许多，即使电脑性能在接下来的数十年间持续发展，仍难以实行模拟。任何飞行交通工具，要足够能承载一个人（L >3 m）以72 km/h (20 m/s)的速度移动，此情况都远远在DNS能够模拟的范围之外（雷诺数为4百万）。像是空中巴士A300或波音747这类的飞行工具，机翼上的雷诺数超过4千万（以翼弦为标准）。为了能够处理这些生活上实际的问题，需要建立乱流模型。雷诺平均纳维-斯托克斯方程式（Reynolds-averaged Navier-Stokes equations） 结合了乱流的效果，提供了一个乱流的模型，将额外的动量传递表示由雷诺应力所造成；然而，乱流也会增加热传与质传速度。大涡数值模拟计算（Large eddy simulation,LES）也是一个模拟方法，外观与分离涡流模型（detached eddy simulation, DES）甚相似，是一种乱流模拟与大涡数值模拟计算的结合。

4.求一全套“流体力学”学习资料

第1章 绪 论本章首先引入流体的连续性假设，然后介绍流体的流动性、粘性、可压缩性等物理性质以及作用在流体上的力。

1.1流体力学的研究对象及意义在一定的外界条件下，根据组成物质的分子间距离和相互作用力强弱的不同，将物质划分为固体、液体和气体，而根据物质的受力和运动特性的不同，物质又可划分为固体和流体。流体包括液体和气体。

固体既能承受法向力（包括压力和拉力），又能承受切向力，在弹性范围内作用力使固体产生有限的变形，作用力消失，变形消失，固体恢复到原来的形状；流体只能承受压力，不能承受拉力，在静止流体中只要有切向力的作用，不管它多么小，在足够大的时间内流体将产生连续不断的变形。这种变形就是我们所说的流动。

因此，也称能流动的物质为流体。水、空气、酒精、滑油等是常见的流体。

流体力学是力学的一个分支，属于宏观力学。它的主要任务是研究流体所遵循的宏观运动规律以及流体和周围物体之间的相互作用。

有些物质具有流体和固体的双重特性。例如我们熟知的沥青，块状沥青表现为固体，而经长时间载荷作用下的沥青又具有流体的特性。

又如面条也有固体和流体的双重特性，我们把这类物体统称为粘弹性流体。流体力学不讨论这种具有双重性的物质，只讨论像水、空气这样的“纯粹流体”。

液体和气体虽同为流体，具有共性，但又各有特性。液体虽无一定的形状，但具有一定的体积，不易被压缩，在于气体的交界面上存在自由表面；气体既没有一定的形状，也没有一定的体积，易于被压缩，不存在自由表面。

液体和气体的特性决定了各自需要研究的特殊问题。以液体为主要研究对象的力学称为水动力学（Hydrodynamics），以空气为主要研究对象的力学称为水动力学（Aerodynamics），两者结合起来统称为流体力学（Fluid Mechanics）。

例如，由于液体存在自由表面，舰船在水面上航行时会引起船波，需要研究波浪问题而不计压缩性，如果舰船在汹涌起伏的水面上（波浪中）航行，还会发生摇摆和击水等现象；由于气体的易压缩性，飞机、导弹等在空中高速航行时要考虑压缩性和冲击波等问题问题。但是，如果研究距水面较远的深水问题，水面的影响可不予考虑，而研究低速流动的空气时，也可以不考虑压缩性，这时，水和空气遵循大致相同的运动规律。

例如，空气中的气球和深水下的水雷，空气中的飞船和水下的水滴形潜艇等等的受力情况是类似的。流体力学广泛应用于航空、船舶、水利、交通、石油、能源、建筑、机械、采矿、冶金、化工等各个领域。

可以说，目前已很难找到一个领域与流体力学没有或多或少的联系。在船舶与海洋工程领域中，船舶与下水运载器的外形设计、稳性、操纵性、快速性、耐波性、抨击、海洋结构物的设计、海浪与海流的描述以及海洋能的开发和利用等基本问题都向流体力学提出了广泛的研究课题。

在海岸与港口航道工程中，避风港湾、护岸提坝以及内河航道的设计等都需要流体力学知识。在水利工程中，大型水利枢纽、水库、水力发电站的设计和建造、洪峰预测、河流泥沙等问题都是与流体力学紧密联系在一起的。

可见流体力学在人们生产和生活中占有重要的地位。就船舶与海洋工程领域而言，流体力学作为一门专业基础科学，在推动造船工程技术的发展，开发研制低消耗、高效能舰船的过程中起着非常重要的作用。

流体力学是一门古老而富有活力的学科，至今已经历了两千多年的历史。流体力学的发展演变过程大体上经历了四个阶段。

（1）静力学（Hydrostatics）：这一阶段以公元两千多年前Archimedes(B.C.278—212)关于浮力和Pascal(1623—1662)关于静水压力的研究为代表。至今还流传着Archimedes利用浮力原理解决皇冠掺银问题的故事。

（2）理想流体力学（Ideal Fluid Mechanics）：从十七世纪开始一些卓越的数学家从数学的角度出发不计流体的粘性、压缩性和表面张力研究流体的运动，形成了流体力学学科的雏形——理想流体力学（Hydrodynamics,Hydraulics），这一阶段以伯努利（Bernoulli）(1700—1782)、欧拉（Euler）(1707—1783)和Largrange的工作最具代表性。但由于忽略粘性，导致了绕流物体阻力为零的佯缪（Paradox）。

(3)流体动力学（Fluid Dynamics）：这一阶段研究的特征是理论与实验的结合。十八世纪突出的成就是由Navier、Hargen、Poiseuille、Stokes等人创立了粘性流体力学。

进入十九世纪在理论研究遇到困难的情况下开始主要依赖于实验，由Reynolds、Froude、Rayleigh等人创立了相似理论，奠定了实验流体力学（Experimental Fluid Mechanics）的基础。随着Helmholyz、Thomson等人关于旋涡运动的几个实验的提出，流体力学的体系逐步趋于完善，也正是这一时期，流体力学与航空、造船等工程实际的联系更紧密了，做出重要贡献的学者还有儒可夫斯基（Joukowski）、库塔（Kutta）等人。

自二十世纪初由Plandtl创立了边界层理论以及随着湍流理论的出现流体力学进入了与工程实际相结合的蓬勃发展的时期，因此Plandtl和Von Karmann也成为了近代流体力学的奠基人。在我国著名的力。