流體動(dòng)力學(xué)結構圖(流體動(dòng)力學(xué))
1.流體動(dòng)力學(xué)
流體動(dòng)力學(xué)（fluid dynamics）是流體力學(xué)的一門(mén)子學(xué)科。流體動(dòng)力學(xué)研究的對象是運動(dòng)中的流體（流體指液體和氣體）的狀態(tài)與規律。
流體動(dòng)力學(xué)底下的小學(xué)科包括有空氣動(dòng)力學(xué)（研究氣體）和 hydrodynamics（研究液體）。
流體動(dòng)力學(xué)有很大的應用，在預測天氣，計算飛機所受的力和力矩，輸油管線(xiàn)中石油的流率等方面.其中的的一些原理甚至運用在交通工程.交通運輸本身被視為一連續流體，解決一個(gè)典型的流體動(dòng)力學(xué)問(wèn)題，需要計算流體的多項特性，包括速度，壓力，密度，溫度.
2.流體動(dòng)力學(xué)原理是什么意思
流體力學(xué)概念 流體力學(xué)是力學(xué)的一個(gè)獨立分支，是一門(mén)研究流體的平衡和流體機械運動(dòng)規律及其實(shí)際應用的技術(shù)科學(xué)。
流體力學(xué)所研究的基本規律，有兩大組成部分。一是關(guān)于流體平衡的規律，它研究流體處于靜止（或相對平衡）狀態(tài)時(shí)，作用于流體上的各種力之間的關(guān)系，這一部分稱(chēng)為流體靜力學(xué)；二是關(guān)于流體運動(dòng)的規律，它研究流體在運動(dòng)狀態(tài)時(shí)，作用于流體上的力與運動(dòng)要素之間的關(guān)系，以及流體的運動(dòng)特征與能量轉換等，這一部分稱(chēng)為流體動(dòng)力學(xué)。
流體力學(xué)在研究流體平衡和機械運動(dòng)規律時(shí)，要應用物理學(xué)及理論力學(xué)中有關(guān)物理平衡及運動(dòng)規律的原理，如力系平衡定理、動(dòng)量定理、動(dòng)能定理，等等。因為流體在平衡或運動(dòng)狀態(tài)下，也同樣遵循這些普遍的原理。
所以物理學(xué)和理論力學(xué)的知識是學(xué)習流體力學(xué)課程必要的基礎。 目前，根據流體力學(xué)在各個(gè)工程領(lǐng)域的應用，流體力學(xué)可分為以下三類(lèi)： 水利類(lèi)流體力學(xué)：面向水工、水動(dòng)、海洋等； 機械類(lèi)流體力學(xué)：面向機械、冶金、化工、水機等； 土木類(lèi)流體力學(xué)：面向市政、工民建、道橋、城市防洪等。
3.流體動(dòng)力學(xué)的主要種類(lèi)
可壓縮流與不可壓縮流
所有流體某種程度上而言都是可壓縮的，換言之，壓力或溫度的改變會(huì )造成流體密度的改變。然而，許多情況下，壓力或溫度改變所造成的密度改變相當微小，是可以被忽略的。此種流體可以用不可壓縮流進(jìn)行模擬，否則必須使用更普遍性的可壓縮流方程式進(jìn)行描述。
數學(xué)上而言，不可壓縮性代表著(zhù)流體流動(dòng)時(shí)，其密度維持不變，換言之：其中，D / Dt為對流導數（convective derivative）。此條件可以簡(jiǎn)化許多描述流體的方程式，尤其是運用在均勻密度的流體。
對于氣體要辨別是否具有可壓縮性，馬赫數是一個(gè)衡量的指標。概略來(lái)說(shuō)，在馬赫數低于0.3左右時(shí)，可以用不可壓縮流的行為解釋。至于液體，較符合可壓縮流還是不可壓縮流的性質(zhì)，主要取決于液體本身的性質(zhì)（特別是液體的臨界壓力與臨界溫度）和流體的條件（液體壓力是否接近和液體臨界壓力）。 聲學(xué)的問(wèn)題往往需要引進(jìn)壓縮性的考量，因為聲波算是可壓縮波，其性質(zhì)會(huì )隨著(zhù)傳播的介質(zhì)以及壓力變化而改變。
黏性流與非黏性流
當流體內的阻力越大時(shí)，描述流體須考慮其黏性的影響。雷諾數可用來(lái)估算流體的黏性對描述問(wèn)題的影響。所謂史托克流指雷諾數相當小的流動(dòng)。在此情況，流體的慣性相較于黏性可忽略。而流體的雷諾數大代表流體流動(dòng)時(shí)慣性大于黏性。因此當流體有很大的雷諾數，假設它是非黏性流，忽略其黏性，可當成一個(gè)近似。 這樣的近似，當雷諾數大時(shí)，可得到很好的結果。即使在某些不得不考慮黏性的問(wèn)題（例如邊界問(wèn)題）。在流體與管壁的邊界，有所謂的不滑移條件，局部會(huì )有很大的速率應變率，使得黏性的作用放大而有渦度，黏性因而不可被忽略。 因此，計算管壁對流體的凈力，需要使用黏性方程式。如同達朗白謬論的說(shuō)明，物體在非黏性流里，不會(huì )感受到力。尤拉方程是描述非黏性流的標準方程式。在這種情況，一個(gè)常使用的模型，使用尤拉方程描述遠離邊界的流體，在接觸的邊界，使用邊界層方程式。 在某一個(gè)流線(xiàn)上，將尤拉方程積分，可得到白努利方程。如果流體每一處都是無(wú)旋轉渦動(dòng)，白努利方程可描述整個(gè)流動(dòng)。
穩定流與非穩定流
流體速度和壓力隨時(shí)間而改變的流動(dòng)稱(chēng)為非穩定流。非穩定流的速度和壓力不僅要考慮位置，同時(shí)也要考慮時(shí)間的影響。流體速度和壓力均不隨時(shí)間而改變的流動(dòng)稱(chēng)為穩定流。
層流亂流
當流動(dòng)由漩渦和明顯的隨機性所主導時(shí)，此種流動(dòng)稱(chēng)為亂流。當亂流效應不明顯時(shí)，則稱(chēng)為層流。然而值得注意的是，流動(dòng)之中存在于漩渦不一定表示此流動(dòng)為亂流──這些現象可能也存在于層流之中。數學(xué)上，亂流通常以雷諾分離法來(lái)表示，也就是亂流可以表示成穩定流與擾動(dòng)部分的和。亂流遵守納維-斯托克斯方程式。數值直解法（Direct numerical simulation,DNS），基于納維-斯托克斯方程式可應用在不可壓縮流，可使用雷諾數對亂流進(jìn)行模擬（必須在電腦性能與演算結果準確性均能負荷的條件下）。而此數值直解法的結果，可以解釋所得的實(shí)驗資料。
然而，大部分我們有興趣的流動(dòng)都是雷諾數比DNS能夠模擬的范圍大上許多，即使電腦性能在接下來(lái)的數十年間持續發(fā)展，仍難以實(shí)行模擬。任何飛行交通工具，要足夠能承載一個(gè)人（L >3 m）以72 km/h (20 m/s)的速度移動(dòng)，此情況都遠遠在DNS能夠模擬的范圍之外（雷諾數為4百萬(wàn)）。像是空中巴士A300或波音747這類(lèi)的飛行工具，機翼上的雷諾數超過(guò)4千萬(wàn)（以翼弦為標準）。為了能夠處理這些生活上實(shí)際的問(wèn)題，需要建立亂流模型。雷諾平均納維-斯托克斯方程式（Reynolds-averaged Navier-Stokes equations） 結合了亂流的效果，提供了一個(gè)亂流的模型，將額外的動(dòng)量傳遞表示由雷諾應力所造成；然而，亂流也會(huì )增加熱傳與質(zhì)傳速度。大渦數值模擬計算（Large eddy simulation,LES）也是一個(gè)模擬方法，外觀(guān)與分離渦流模型（detached eddy simulation, DES）甚相似，是一種亂流模擬與大渦數值模擬計算的結合。
4.求一全套“流體力學(xué)”學(xué)習資料
第1章 緒 論本章首先引入流體的連續性假設，然后介紹流體的流動(dòng)性、粘性、可壓縮性等物理性質(zhì)以及作用在流體上的力。
1.1流體力學(xué)的研究對象及意義在一定的外界條件下，根據組成物質(zhì)的分子間距離和相互作用力強弱的不同，將物質(zhì)劃分為固體、液體和氣體，而根據物質(zhì)的受力和運動(dòng)特性的不同，物質(zhì)又可劃分為固體和流體。流體包括液體和氣體。
固體既能承受法向力（包括壓力和拉力），又能承受切向力，在彈性范圍內作用力使固體產(chǎn)生有限的變形，作用力消失，變形消失，固體恢復到原來(lái)的形狀；流體只能承受壓力，不能承受拉力，在靜止流體中只要有切向力的作用，不管它多么小，在足夠大的時(shí)間內流體將產(chǎn)生連續不斷的變形。這種變形就是我們所說(shuō)的流動(dòng)。
因此，也稱(chēng)能流動(dòng)的物質(zhì)為流體。水、空氣、酒精、滑油等是常見(jiàn)的流體。
流體力學(xué)是力學(xué)的一個(gè)分支，屬于宏觀(guān)力學(xué)。它的主要任務(wù)是研究流體所遵循的宏觀(guān)運動(dòng)規律以及流體和周?chē)矬w之間的相互作用。
有些物質(zhì)具有流體和固體的雙重特性。例如我們熟知的瀝青，塊狀瀝青表現為固體，而經(jīng)長(cháng)時(shí)間載荷作用下的瀝青又具有流體的特性。
又如面條也有固體和流體的雙重特性，我們把這類(lèi)物體統稱(chēng)為粘彈性流體。流體力學(xué)不討論這種具有雙重性的物質(zhì)，只討論像水、空氣這樣的“純粹流體”。
液體和氣體雖同為流體，具有共性，但又各有特性。液體雖無(wú)一定的形狀，但具有一定的體積，不易被壓縮，在于氣體的交界面上存在自由表面；氣體既沒(méi)有一定的形狀，也沒(méi)有一定的體積，易于被壓縮，不存在自由表面。
液體和氣體的特性決定了各自需要研究的特殊問(wèn)題。以液體為主要研究對象的力學(xué)稱(chēng)為水動(dòng)力學(xué)（Hydrodynamics），以空氣為主要研究對象的力學(xué)稱(chēng)為水動(dòng)力學(xué)（Aerodynamics），兩者結合起來(lái)統稱(chēng)為流體力學(xué)（Fluid Mechanics）。
例如，由于液體存在自由表面，艦船在水面上航行時(shí)會(huì )引起船波，需要研究波浪問(wèn)題而不計壓縮性，如果艦船在洶涌起伏的水面上（波浪中）航行，還會(huì )發(fā)生搖擺和擊水等現象；由于氣體的易壓縮性，飛機、導彈等在空中高速航行時(shí)要考慮壓縮性和沖擊波等問(wèn)題問(wèn)題。但是，如果研究距水面較遠的深水問(wèn)題，水面的影響可不予考慮，而研究低速流動(dòng)的空氣時(shí)，也可以不考慮壓縮性，這時(shí)，水和空氣遵循大致相同的運動(dòng)規律。
例如，空氣中的氣球和深水下的水雷，空氣中的飛船和水下的水滴形潛艇等等的受力情況是類(lèi)似的。流體力學(xué)廣泛應用于航空、船舶、水利、交通、石油、能源、建筑、機械、采礦、冶金、化工等各個(gè)領(lǐng)域。
可以說(shuō)，目前已很難找到一個(gè)領(lǐng)域與流體力學(xué)沒(méi)有或多或少的聯(lián)系。在船舶與海洋工程領(lǐng)域中，船舶與下水運載器的外形設計、穩性、操縱性、快速性、耐波性、抨擊、海洋結構物的設計、海浪與海流的描述以及海洋能的開(kāi)發(fā)和利用等基本問(wèn)題都向流體力學(xué)提出了廣泛的研究課題。
在海岸與港口航道工程中，避風(fēng)港灣、護岸提壩以及內河航道的設計等都需要流體力學(xué)知識。在水利工程中，大型水利樞紐、水庫、水力發(fā)電站的設計和建造、洪峰預測、河流泥沙等問(wèn)題都是與流體力學(xué)緊密聯(lián)系在一起的。
可見(jiàn)流體力學(xué)在人們生產(chǎn)和生活中占有重要的地位。就船舶與海洋工程領(lǐng)域而言，流體力學(xué)作為一門(mén)專(zhuān)業(yè)基礎科學(xué)，在推動(dòng)造船工程技術(shù)的發(fā)展，開(kāi)發(fā)研制低消耗、高效能艦船的過(guò)程中起著(zhù)非常重要的作用。
流體力學(xué)是一門(mén)古老而富有活力的學(xué)科，至今已經(jīng)歷了兩千多年的歷史。流體力學(xué)的發(fā)展演變過(guò)程大體上經(jīng)歷了四個(gè)階段。
（1）靜力學(xué)（Hydrostatics）：這一階段以公元兩千多年前Archimedes(B.C.278—212)關(guān)于浮力和Pascal(1623—1662)關(guān)于靜水壓力的研究為代表。至今還流傳著(zhù)Archimedes利用浮力原理解決皇冠摻銀問(wèn)題的故事。
（2）理想流體力學(xué)（Ideal Fluid Mechanics）：從十七世紀開(kāi)始一些卓越的數學(xué)家從數學(xué)的角度出發(fā)不計流體的粘性、壓縮性和表面張力研究流體的運動(dòng)，形成了流體力學(xué)學(xué)科的雛形——理想流體力學(xué)（Hydrodynamics,Hydraulics），這一階段以伯努利（Bernoulli）(1700—1782)、歐拉（Euler）(1707—1783)和Largrange的工作最具代表性。但由于忽略粘性，導致了繞流物體阻力為零的佯繆（Paradox）。
(3)流體動(dòng)力學(xué)（Fluid Dynamics）：這一階段研究的特征是理論與實(shí)驗的結合。十八世紀突出的成就是由Navier、Hargen、Poiseuille、Stokes等人創(chuàng )立了粘性流體力學(xué)。
進(jìn)入十九世紀在理論研究遇到困難的情況下開(kāi)始主要依賴(lài)于實(shí)驗，由Reynolds、Froude、Rayleigh等人創(chuàng )立了相似理論，奠定了實(shí)驗流體力學(xué)（Experimental Fluid Mechanics）的基礎。隨著(zhù)Helmholyz、Thomson等人關(guān)于旋渦運動(dòng)的幾個(gè)實(shí)驗的提出，流體力學(xué)的體系逐步趨于完善，也正是這一時(shí)期，流體力學(xué)與航空、造船等工程實(shí)際的聯(lián)系更緊密了，做出重要貢獻的學(xué)者還有儒可夫斯基（Joukowski）、庫塔（Kutta）等人。
自二十世紀初由Plandtl創(chuàng )立了邊界層理論以及隨著(zhù)湍流理論的出現流體力學(xué)進(jìn)入了與工程實(shí)際相結合的蓬勃發(fā)展的時(shí)期，因此Plandtl和Von Karmann也成為了近代流體力學(xué)的奠基人。在我國著(zhù)名的力。
