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',
密度,
黏度,和
温度'等变量,而这些都是
位置(x,y,z' 和
时间'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 和介质的材料性质我们可以确定这些变量。
和连续介质力学的关系
以下是流体力学和连续介质力学的关系
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:
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。
- 静态液体的压力分布
- 容器壁的受力
- 自由表面的形成
- 静浮力
- 浮动稳定性