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1.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。
2.流体力学学什么
总体来说，是学习有关流体在静止状态下的静力学知识或有关运动下的动力学知识，以及相关工程应用的知识。
具体说起来，主要的基本知识有：1）流体的特性，如粘性、压缩性等。2）流体静止时表现出来的力学性质，如压差方程、平衡微分方程、压强的计算等。
3）流体运动时表现出来的运动与力学的性质，如流线方程、迹线方程，伯努利能量方程，N-S动力学方程等，动量方程，动量矩方程。4）流体在静止和运动时对物体的作用力的规律及其在工程上的应用，如静止流体对平面或曲面或物体作用力的计算，运动流体对平面或曲面或物体作用力（或力矩）的计算，或在飞机、火车、汽车等工业上的应用。
5）量纲理论，如量纲同一性定律，π定律等。6）其它，如计算流体力学等。
3.如何入门计算流体力学
计算流体力学入门第一章基本原理和方程1.计算流体力学的基本原理1.1为什么会有计算流体力学1.2计算流体力学是一种科研工具1.3计算流体力学是一种设计工具1.4计算流体力学的冲击-其它方面的应用1.4.1汽车和发动机方面的应用1.4.2工业制造领域的应用1.4.3土木工程中的应用1.4.4环境工程中的应用1.4.5海军体形中的应用（如潜艇）在第一部分，作为本书的出发点，首先介绍计算流体力学的一些基本原理和思想，同时也导出并讨论流体力学的基本控制方程组，这些方程组是计算流体力学的物理基础，在理解和应用计算流体力学的任何一方面之前，必须完全了解控制方程组的数学形式和各项的物理意义，所有这些就是第一部分的注意内容。
1.1 为什么有计算流体力学时间：21世纪早期。地点：世界上任何地方的一个主要机场。
事件：一架光滑美丽的飞机沿着跑道飞奔，起飞，很快就从视野中消失。几分钟之内，飞机加速到音速。
仍然在大气层内，飞机的超音速燃烧式喷气发动机将飞机推进到了26000ft/s-轨道速度-飞行器进入地球轨道的速度。这是不是一个充满幻想的梦？这个梦还没有实现，这是一个星际运输工具的概念，从20世纪八十年代到九十年代，已经有几个国家已经开始这方面的研制工作。
特别的，图1.1显示的是一个艺术家为NASD设计的飞行器的图纸。美国从八十年代中期开始就进行这项精深的研究。
对航空知识了解的人都知道，象这种飞行器，这样的推进力使飞机飞的更快更高的设想总有一天会实现。但是，只有当CFD发展到了一定程度，能够高效准确可靠的计算通过飞行器和发动机周围的三维流场的时候，这个设想才能实现，不幸的是地球上的测量装置-风洞-还不存在这种超音速飞行的飞行体系。
我们的风洞还不能同时模拟星际飞行器在飞行中所遇到的高Ma和高的流场温度。在21世纪，也不会出现这样的风洞，因此，CFD就是设计这种飞行器的主要手段。
为了设计这种飞行器和其它方面的原因，出现了CFD-本书的主要内容。CFD在现代实际流体力学中非常重要。
CFD组成了流体力学理论研究和发展的“第三中方法”。17世纪在英国和法国，奠定了试验流体力学的基础，18世纪和19世纪，主要也是在在欧洲，逐渐出现了理论流体动力学（参考书3-5是有关流体动力学和航空动力学发展历史的）。
结果，整个20世纪，流体动力学的研究和实践包括两个方面（所有物理科学和工程问题），一方面是纯理论方面，另一方面是纯实验方面。如果是在60年代学习流体力学，你需要在理论和实验方面进行学。
随着高速数字数字计算机的到来，以计算机为基础的解决物理问题的数字代数也发展的很精确，这些对我们今天研究和实践流体动力学提供了革命性的方法，这引入了流体动力学研究中基本的第三种方法-CFD方法。正如图1.2所表明的，在分析解决流体动力学问题中，CFD和纯理论以及纯实验研究同等重要。
这并不是灵光一显，只要人类高级文明存在，CFD就要发挥作用。因此，现在通过学习CFD，你就会参与一场令人敬畏的，历史性的革命中，这就是本书的重要性所在。
但是，CFD虽然不能代替其它方法，它毕竟提供了一个新的研究方法，非常有前景。CFD对纯理论和纯实验研究有非常好的协调补充作用，但是并不能替代这两种计算方法（有时有建议作用）。
经常需要理论和试验方法。流体动力学的发展依赖于这三种方法的协调发展。
CFD有助于理解和解释理论和试验的结果，反过来，CFD的结果也需要理论计算来验证。最后需要注意，CFD现在非常普通，CFD是计算流体力学的缩写，在本书中，也将使用这一缩写。
1.2 计算流体力学是一种研究工具在不同马赫数和雷诺数下给定流体条件，CFD的结果累死于实验室中风洞的结果。风洞一般来说是一种沉重、笨拙的装置，CFD和此不同，它通常是一个计算程序（以软盘为例），可以随身携带。
更佳的方法是，可以将程序存储在一个指定的计算机上，在千里之外，在任何一个终端设备上就可以使用程序进行计算，也即是说CFD是一个随身携带的工具，或者随身携带的风洞。更深一步对比，可以以此计算程序为工具来做数字实验。
例如，假设有个程序可以计算如图1.3所示的流过机翼的粘性、亚音速可压缩流体的运动（这个计算程序是有Kothari和Anderson所写-参考书6）。这些计算程序采用有限差分法来求解粘性流体运动的完整N-S方程。
N-S方程和其它的流体控制方程在第二章中导出，在参考书6中，Kothari和Anderson采用的是标准的计算方法，这些标准计算方法贯穿本书的各个章节中，也就是说当学习完本书后，具备了求解流过机翼表面的可压缩流体的运动，这些内容在参考书6中都有介绍。现在假设已经有了这样一个程序，那么现在就可以做一些有趣的实验，这些实验在文字描述上和风洞实验完全相同，只是用计算机所做的实验是数字的。
为了更具体的了解数字实验的原理，从参考书6中摘录一个实验进行说明。这个例子是一个数字实验，在一定程度上可以阐明流场的物理作用，而真实实验却不能做到。
例如，图1.3所示为亚音速可压缩流体流过Wortmam机翼的流动。问题是：在Re=100,000时。
4.流体力学的几个基本问题是什么
流体力学是连续介质力学的一门分支，是研究流体（包含气体及液体）现象以及相关力学行为的科学。
可按研究对象的运动方式分为流体静力学和流体动力学，还可按应用范围分为水力学，空气动力学等等。理论流体力学的基本方程是纳维-斯托克斯方程，简称N-S方程。
纳维-斯托克斯方程由一些微分方程组成，通常只有通过一些边界条件或者通过数值计算的方式才可以求解。它包含速度， 压强p，密度ρ， 黏度η，和温度T等变量，而这些都是位置（x,y,z） 和时间t的函数。
通过质量守恒、能量守恒和动量守恒，以及热力学方程 f（ρ，p,T）和介质的材料性质我们可以确定这些变量。 流体力学的基本假设 流体力学有一些基本假设，基本假设以方程式的形式表示。
例如，在三维的不可压缩流体中，质量守恒的假设的方程式如下：在任意封闭曲面（例如球体）中，由曲面进入封闭曲面内的质量速率，需和由曲面离开封闭曲面内的质量速率相等。（换句话说，曲面内的质量为定值，曲面外的质量也是定值）以上方程式可以用曲面上的积分式表示。
流体力学假设所有流体满足以下的假设： 质量守恒 动量守恒 连续体假设 在流体力学中常会假设流体是不可压缩流体，也就是流体的密度为一定值。液体可以算是不可压缩流体，气体则不是。
有时也会假设流体的黏度为零，此时流体即为非黏性流体。气体常常可视为非黏性流体。
若流体黏度不为零，而且流体被容器包围（如管子），则在边界处流体的速度为零。v。
