流体力学连续介质力学的一门分支,是研究流体(包含气体液体)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
连续介质力学:研究连续介质的物理学固体力学: 研究固体连续介质(不受力时有固定的形状)的物理学弹性理论: 其固体在受到应力作用後,会恢复原来的形状
塑性理论: 固体在受到相当大的应力後,产生的永久变形流变学: 研究在外力作用下,物体的变形和流动
流体力学: 研究流体连续介质(其形状随容器而变化)的物理学非牛顿流体
牛顿流体

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。

流体力学的分支

液体静力学研究

  • 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

空气静力学研究

  • 地球大气层的层流