流体力学

流体力学，科学关注流体响应对施加在他们身上的力量。它是古典文学的一个分支物理在液压和液压领域具有重要的应用价值航空工程，化学工程，气象学和动物学。

最熟悉的流体当然是水，而一本19世纪的百科全书可能会在……的单独标题下讨论这个问题流体静力学水动力学是研究静止状态下的水的科学运动．阿基米德大约在250年创立了流体静力学公元前当，根据传说，他从浴室里跳出来，光着身子跑过锡拉丘兹的街道，一边喊着“尤里卡!”;从那以后，它几乎没有发展。另一方面，流体力学的基础直到18世纪才奠定，当时数学家，比如欧拉而且丹尼尔·伯努利开始探索结果，对于像水这样几乎连续的介质动态牛顿为离散粒子组成的系统所阐述的原理。19世纪，几位一流的数学家和物理学家继续了他们的工作，特别是G.G.斯托克斯和威廉·汤姆森。到19世纪末，人们已经找到了许多有趣现象的解释，这些现象与水管和孔洞中的水流、船只在水中航行时留下的波浪、窗玻璃上的雨滴等有关。然而，对于像水流过一个固定的障碍并产生一个作用力这样的基本问题，人们仍然没有正确的理解拖曳力在它;势流理论，在其他方面也很有效上下文，在相对较高的流速下，所得结果与实验结果相差很大。这个问题直到1904年才被正确理解，当时德国物理学家路德维希·普朗特介绍了的概念边界层(见下文流体动力学:边界层和分离)．普朗特的职业生涯一直持续到第一架有人驾驶飞机被研制出来的时期。从那时起，就流了空气物理学家和工程师对流体的兴趣已经和水的流动一样了，因此流体力学也变成了流体动力学．流体这个词力学，如这里所使用的，包括两种流体动力学这门学科仍然被称为流体静力学。

除了普朗特，20世纪另一位值得一提的代表人物是杰弗里·泰勒英格兰。泰勒仍然是一个经典物理学家，而他的大多数同时代人都把他们的注意力转向原子结构和原子力学问题量子力学在美国，他有几个意想不到的重要发现场流体力学。流体力学的丰富在很大程度上要归功于流体运动基本方程中的一个非线性项也就是说,一种涉及液体的速度两次。用非线性方程描述的系统的特征是，在某些条件下，它们变得不稳定，并开始以乍一看完全混乱的方式表现。在液体的情况下混乱的行为很常见，叫做湍流。数学家们现在已经开始认识到混乱这可以进行富有成效的分析，这一发展表明，流体力学将仍然是一个活跃的研究领域，直到21世纪。(对于概念的讨论混乱,请参阅物理科学，原理．)

流体力学是一门几乎有无尽分支的学科，下面的叙述必然是不完整的。对流体的基本性质有一定的了解;下一节将介绍最相关的属性。有关详细信息，请参见热力学而且液体．

基本特性液体

流体并不像欧拉和伯努利的后继者所假设的那样是严格的连续介质，因为流体是由离散分子组成的。然而，分子是如此之小，而且，除了在极低压力下的气体中，每毫升的分子数量是如此之多，以至于它们不必被视为单个的实体．有一些液体被称为液晶，其中的分子以某种方式堆积在一起，使介质的性质局部各向异性，但绝大多数流体(包括空气和水)都是这样各向同性．在流体力学中，各向同性流体的状态可以通过定义其单位体积的平均质量来完全描述密度(ρ)温度（T)，其速度(v)，这些宏观性质与单个分子的位置和速度之间的联系是什么，并没有直接的联系。

也许需要用一个词来说明两者的区别气体而且液体，尽管区别是容易感知比描述。在气体中，分子之间的距离足够远，几乎可以彼此独立地移动，气体倾向于膨胀，填满它们所能得到的任何体积。在液体中，分子或多或少是接触的，它们之间的短程吸引力使它们粘在一起;分子运动得太快，无法稳定下来数组它们是固体的特征，但速度不会快到可以飞开。因此，液体样品可以以液滴或具有自由表面的射流的形式存在，或者它们可以放在仅受重力约束的烧杯中，以一种使样品气体不能。这些样品可能会及时蒸发，因为分子一个接一个地获得足够的速度，在自由表面逃逸而没有被替换。然而，液滴和射流的寿命通常很长，足以使蒸发被忽略。

在任何固体或流体介质中都可能存在两种应力，它们之间的区别可以用两只手拿着一块砖来说明。如果持牌人的手相互移动，他就是在用力压力在砖上;如果他将一只手伸向身体，另一只手远离身体，那么他就施加了所谓的剪切应力．像砖这样的固体物质可以承受这两种类型的应力，但根据定义，流体屈服于剪切应力，无论这些应力有多小。它们这样做的速度由流体的粘度．这个性质，关于它，后面还会讲到，是对摩擦当相邻层的流体一个接一个地滑过去。因此，在静止流体和静止流体中，切应力处处为零平衡，由此可以得出压力(即力单位面积)垂直于流体中所有平面的作用是相同的，而不管它们的方向如何(帕斯卡定律)．对于处于平衡状态的各向同性流体，局部压力只有一个值(p)与ρ和所述值一致T．这三个量由所谓的状态方程为了液体。

对于低压气体，其状态方程是简单而众所周知的。它是在哪里R是通用气体常数(8.3焦耳每摄氏度每摩尔)和米是摩尔质量，如果气体是混合物则是平均摩尔质量;对于空气，适当的平均约为29 × 10⁻³千克每摩尔。对于其他流体，状态方程的知识往往是不完整的。然而，除非在非常极端的情况下，人们只需要知道密度如何变化当压力发生很小的变化时，这就被描述为压缩系数的fluid-either的等温压缩性，β_T，或绝热压缩系数，β_年代，视情况而定。当一种流体被压缩时，对它做功往往会使它升温。如果热量有时间散发到周围环境，而流体的温度在整个过程中基本保持不变，则β_T是相关的量。如果几乎没有热量逸出，这是流动问题中更常见的情况，因为大多数流体的导热性很差，那么流动就被称为流动绝热的，和β_年代反而是需要的。(年代是指熵，在an中保持不变绝热过程前提是它发生得足够慢，以至于在热力学意义上被视为“可逆”。)对于符合方程的气体(118)，很明显pρ在等温过程中是成比例的

然而，在这些气体的可逆绝热过程中，压缩温度以这样的速率上升而且其中空气的γ约为1.4，其他常见气体的γ值也类似。对于液体，等温压缩率和绝热压缩率的比值更接近团结．然而，对于液体，这两种可压缩性通常都远小于p⁻¹，而它们为零的简化假设通常是合理的。

γ因子不仅是两个压缩系数之间的比值;它也是两个本金之间的比率特定的加热．摩尔比热是将一摩尔的温度升高一度所需的热量。如果物质在受热时膨胀，从而做功，则比体积固定的情况要大。主摩尔比热，C_P而且C_V，分别为定压加热和定容加热

的空气,C_P大约是3.5R．

固体可以被拉伸而不破裂，液体(虽然不是气体)也能承受拉伸。因此，如果压力稳定地降低标本对于非常纯净水，气泡最终会出现，但它们可能要到压力为负且远低于-10时才会出现⁷牛顿每平方米;这比地球施加的(正)压力大100倍大气．水的理想强度之所以高，是因为破裂时发生破裂的平面两侧的分子之间的相互吸引的联系被打破;必须努力打破这些联系。然而，它的强度会被任何提供核的东西大大降低，在这个核上，这个过程被称为空化(形成蒸汽或气体填充腔)可以开始，和液体含有悬浮灰尘颗粒或溶解气体很容易发生空化。

如果一个球形的自由液滴要被拉伸成细长的圆柱体或以任何其他方式变形以增加其表面积，也必须做功。这里又需要工作来打破分子间的联系。事实上，液体表面的行为，就好像它是一个受张力的弹性膜，除了弹性膜所施加的张力在膜被拉伸时增加，而液体表面所施加的张力则不会增加。表面张力是什么导致液体在毛细管中上升，是什么支撑着悬浮的液滴，是什么限制了液体表面波纹的形成，等等。