了解流体力学

流体力学是对静止和运动中的流体行为（液体、气体、血液和等离子体）的广泛研究。它今天具有广泛的应用，该领域包括机械和化学工程、生物系统和天体物理学。流体力学特别研究流体产生的力。

今天你将了解流体力学的定义、应用、分支、性质、历史背景。您还会接触到以下内容：

• 流体力学与连续体力学。
• 无粘性和粘性流体。
• 牛顿流体与非牛顿流体。还将讨论牛顿流体方程。

什么是流体力学？

流体力学可以定义为研究液体和气体的行为，尤其是它们产生的力。正如引言中提到的，流体力学是研究静止（流体静力学）和运动（流体动​​力学）的流体。它也可以定义为在施加的剪切应力下不断变形（流动）的物质。无论施加的应力大小如何，它都会变形。

液体、气体、等离子体，在某种程度上，塑料固体可以是流体的一个很好的例子。流体不会对形状的变化产生内部阻力，它们必须具有容器的形状。

上图显示了容器中液体、气体和等离子体的行为。

大多数科学学科都对流体力学表现出兴趣。例如，物理学家研究极高温气体通过磁场的流动。这是为了寻找一种可接受的利用核聚变反应能量的方法。工程师们对流体力学表现出兴趣，因为流体产生的力用于实际目的。一些示例包括翼型设计、喷气推进、风力涡轮机和液压制动器。这进一步解释。

您应该了解流体力学是研究静止和运动中的流体。流体可以定义为在恒定载荷下不断变形的材料。运动学、应力、守恒、调节和本构是在流体力学问题中有用的五个重要术语。嗯，这些问题可能会根据感兴趣系统的选择和感兴趣的体积而有所不同，这决定了向量的简化。

流体力学的历史背景

流体力学在人类生活中发挥了非常重要的作用，并将继续发挥这种作用。这就是为什么它吸引了许多好奇的人。在古希腊历史上，对此问题进行了系统的理论工作。在 16 ^th 世纪，流体流动控制方程的发展开始了。在 18 ^th 和 19 ^th 几个世纪以来，质量、动量和能量的守恒定律以其最普遍的形式为人所知。在 20 世纪以来，发展以理论、实验和最近的数值形式出现。在理论领域提供了特殊情况下的控制方程的解。实验方法已被用于测量流速和流体特性。使用计算机，流体力学问题的数值处理为研究开辟了新的视角。 21 世纪的共同信念是，在开发新的实验和数值工具方面活动将最为密集。此外，那些用于开发新技术的应用。

流体力学的应用

根据今天的绝大多数观察，如果没有液体，生命将是不可能的。也就是说，覆盖地球的大气和海洋都是流体。流体力学服务于无限的科学和实践目的。尽管它是由非线性场论描述的，而且由于流体现象很容易观察到，但它几乎吸引了所有专业领域。因此，流体力学的应用包括数学家、物理学家、生物学家、地质学家、海洋学家、大气科学家以及几乎所有类型的工程专业。这些天来，艺术家们被吸引去研究、利用和利用流体力学。这用于创建和测试形式和计算技术，以更好地了解自然世界。它还试图改善人类的状况。

流体力学的应用涉及交通运输、材料加工与制造、发电与转换、民用基础设施、食品生产等。

流体力学的主要分支

以下是流体力学的两个主要分支：

流体静力学：

流体力学的这一分支也称为流体静力学。它是对静止流体的研究，它包括对流体处于稳定平衡状态的条件的研究。流体静力学流体力学为日常生活中的许多现象提供了物理解释。这包括大气压随高度变化的原因，木材和油为什么会漂浮在水面上，以及无论容器的形状如何，水面总是水平的。

流体静力学是液压、运输、使用流体和储存设备工程的基础。流体静力学的一些相关方面包括地球物理学和天体物理学（例如，了解地球引力场中的板块构造和异常）、气象学、血压方面的医学以及许多其他专业领域。

流体动力学：

流体动力学是流体力学的一个分支学科，处理流体流动。这就是运动中的液体和气体的科学。它提供了一个系统结构，揭示了这些实践学科，其中包含源自流量测量并用于解决实际问题的经验和半经验定律。流体动力学问题已经解决了。这些涉及计算流体的各种属性，例如压力、密度、速度和温度，作为空间和时间的函数。流体力学的这个分支本身有几个子学科，例如空气动力学，这是对空气和其他运动气体的研究。流体力学是另一个分支学科，是研究运动中的液体。

正如前面提到的流体动力学应用一样，它具有广泛的应用，包括计算飞机上的力和运动。它还可以确定通过管道的石油质量流量、预测不断变化的天气模式、了解星际空间中的星云以及模拟爆炸。最后，将一些流体动力学原理应用于交通工程和人群动力学中。

流体的基本原理

流体由离散的分子组成；这些分子非常小，除了在非常低压力的气体中。每毫升的分子数量如此之多，以至于需要将它们视为单独的实体。在被称为液晶的液体中，分子以一种使介质的特性局部各向异性的方式堆积在一起。然而，包括空气和水在内的大多数流体都是各向同性的。

在流体力学中，各向异性流体的状态是通过定义其单位体积的平均质量或密度 (p)、温度 (T) 及其在空间中每个点的速度 (V) 来描述的。此外，这些宏观性质与单个分子的位置和速度之间存在联系，没有直接用途。

气体和液体之间的区别很容易感知而不是描述。但这仍然需要审查。分子之间的距离足够远，可以在气体中几乎彼此独立地移动。气体倾向于膨胀以填充它们可用的任何体积。另一方面，液体分子或多或少地接触，并且由于它们之间的短程吸引力，它们会粘在一起。分子移动得太快，无法稳定在固体特有的有序阵列中。即便如此，它们也无法分开。

虽然，液体可以以液滴或具有自由表面的射流形式存在。它们甚至可以坐在仅受重力限制的烧杯中，这是气体样本所不能做到的。这些样品会随着时间的推移而蒸发，因为它们的分子以足够的速度吸收并穿过自由表面而不会被替换。液滴和射流的寿命通常足够长，可以忽略蒸发。

流体力学与连续介质力学的关系

流体力学是连续介质力学的一个分支学科。以下是该领域的子学科列表。

流体力学 – 这是对受力时会变形的连续材料的物理研究。

连续力学 – 连续材料的物理研究。

固体力学 – 研究具有确定静止形状的连续材料的物理特性。

流变学 – 研究具有固体和流体特性的材料。

弹性 – 描述了在移除施加的应力后恢复其静止形状的材料。

可塑性 – 它描述了在施加足够的应力后永久变形。

非牛顿流体 – 它们不会承受与施加的剪切应力成比例的应变率。

牛顿流体 – 承受与施加的剪应力成比例的应变率。这将进一步解释。

在机械上，流体不支持剪切应力，这就是为什么它在静止时具有其容纳容器的形状。静止的流体没有剪切应力。

观看视频以了解有关流体力学的更多信息：

无粘性和粘性流体

无粘性流体没有粘性，这是一种理想化。那有利于数学处理。在超流体的情况下实现纯无粘性流动。否则，流体通常是粘性的。流体力学系统的数学可以通过假设边界层外的流体是无粘性的来处理。该解决方案应与薄层状边界层的解决方案相匹配。

牛顿和非牛顿流体

牛顿流体以艾萨克·牛顿命名。它被定义为剪切应力与垂直于剪切平面的方向上的速度梯度成线性比例的流体。意思是，不管对流体的作用力如何，它都会继续流动。水是牛顿流体的一个很好的例子，因为无论搅拌或混合多少，它都会继续显示流体特性。

一个很好的例子是一个小物体在流体中缓慢移动的阻力与施加在物体上的力成正比。水和大多数气体等重要流体在正常条件下表现得非常近似牛顿流体。

另一方面，非牛顿流体在搅拌时会留下一个洞。这将随着时间的推移逐渐填满，因为它可能发生在布丁和 oobleck 等材料中。搅拌非牛顿流体可以降低流体的速度，使其看起来更薄。那里有各种类型的非牛顿流体。它们可以被定义为不服从特定属性的东西。例如，几乎所有具有长分子链的流体都可以以非牛顿方式反应。

结论

这就是这篇关于流体力学的文章的全部内容，我们将在其中给出它的定义、历史背景、应用、分支、原理以及它与连续介质力学的关系。

我希望你能从这篇文章中得到很多，如果是的话，请与其他学生分享。谢谢阅读。下次见！