第七章 不可压缩流体动力学基础
在前面的章节中，我们学习了理想流体和粘性流体的流动分析，按照水力学的观点，求得平均量。但是，很多问题需要求得更加详细的信息，如流速、压强等流动参数在二个或三个坐标轴方向上的分布情况。本章的内容介绍流体运动的基本规律、基本方程、定解条件和解决流体问题的基本方法。
第一节 流体微团的运动分析
运动方式：①移动或单纯的位移（平移）②旋转③线性变形④角变形。位移和旋转可以完全比拟于刚体运动，至于线性变形和脚变形有时统称为变形运动则是基于液体的易流动性而特有的运动形式，在刚体是没有的。
在直角坐标系中取微小立方体进行研究。
一、平移：如果图（a）所示的基体各角点的质点速度向量完全相同时，则构成了液体基体的单纯位移，其移动速度为zyxuuu、、。基体在运动中可能沿直线也可能沿曲线运动，但其方位与形状都和原来一样（立方基体各边的长度保持不变）。
二、线变形：从图（b）中可以看出，由于沿y轴的速度分量，B点和C点都比A点和D点大了dyyuy，而yuy就代表1dy时液体基体运动时，在单位时间内沿y轴方向的伸长率。
xux，yuy，zuz
三、角变形（角变形速度）
ddddDCABCDBA dtyudydtdyyudxx dtxudxdtdxxudyy
dd 2dd
角变形： xuyudddyxz212
xuzuzxy21
yuzuzyx21
四、旋转（旋转角速度）
yuxuxyz21
zuyuyzx21 即，
xuzuzxy21
(完整版)流体力学 第一章 流体力学绪论
第一章 绪论
§1—１流体力学及其任务
1、流体力学的任务：
研究流体的宏观平衡、宏观机械运动规律及其在工程实际中的应用的一门学科。
研究对象： 流体,包括液体和气体。
2、流体力学定义：研究流体平衡和运动的力学规律、流体与固体之间的相互作用及其在工程技术中的应用.
3、研究对象：流体(包括气体和液体）。
4、特性：
• 流动(flow)性，流体在一个微小的剪切力作用下能够连续不断地变形,只有在外力停止作用后,变形才能停止。
• 液体具有自由（free surface）表面，不能承 受拉力承受剪切力（ shear stress)。
• 气体不能承受拉力,静止时不能承受剪切力，具有明显的压缩性，不具有一定的体积，可充满整个容器。
流体作为物质的一种基本形态，必须遵循自然界一切物质运动的普遍，如牛顿的力学定
律、质量守恒定律和能量守恒定律等。
5、易流动性：处于静止状态的流体不能承受剪切力,即使在很小的剪切力的作用下也将发生连续不断的变形,直到剪切力消失为止。这也是它便于用管道进行输送，适宜于做供热、制冷等工作介质的主要原因.流体也不能承受拉力，它只能承受压力.利用蒸汽压力推动气轮机来发电，利用液压、气压传动各种机械等,都是流体抗压能力和易流动性的应用.
没有固定的形状，取决于约束边界形状，不同的边界必将产生不同的流动。
6、流体的连续介质模型
流体微团——是使流体具有宏观特性的允许的最小体积。这样的微团，称为流体质点。
流体微团：宏观上足够大,微观上足够小。
流体的连续介质模型为:流体是由连续分布的流体质点所组成，每一空间点都被确定的流体质点所占据,其中没有间隙，流体的任一物理量可以表达成空间坐标及时间的连续函数，而且是单值连续可微函数。
7流体力学应用:
航空、造船、机械、冶金、建筑、水利、化工、石油输送、环境保护、交通运输等等也都遇到不少流体力学问题。例如,结构工程:钢结构，钢混结构等.船舶结构；梁结构等要考虑风致振动以及水动力问题；海洋工程如石油钻井平台防波堤受到的外力除了风的作用力还有波浪、潮夕的作用力等，高层建筑的设计要考虑抗风能力;船闸的设计直接与水动力有关等等。
流体静力学和流体动力学的比较
流体静力学和流体动力学是研究流体行为的两个重要分支领域。两者虽然都与流体有关，但在研究的对象、方法以及应用方面存在一些差异。本文将对流体静力学和流体动力学进行比较，并探讨它们在不同领域中的应用。
一、流体静力学
流体静力学是研究静止流体的力学性质和运动规律的学科。它主要研究流体在静止状态下的压力、密度、体积和表面张力等特性，并运用压力定律和浮力原理等基本原理来解释流体的行为。
1. 定义：流体静力学是研究物质在静止状态下的压力和力的分布情况，即研究流体静力平衡的学科。
2. 基本原理：流体静力学基于压力定律和浮力原理。根据压力定律，流体内部各点的压力相等；根据浮力原理，物体在液体中会受到向上的浮力，浮力的大小等于被液体排开的液体重量。
3. 应用：流体静力学在多个领域有着广泛的应用，如建筑工程中的水压力计算、水坝设计中的压力分析、气象学中的大气压强测量等。
二、流体动力学
流体动力学是研究流体在运动状态下的力学性质和运动规律的学科。它主要研究流体在受力作用下的流动、速度分布、压力变化等特性，并运用质量守恒定律、动量守恒定律和能量守恒定律等基本方程来描述和解释流体的行为。
1. 定义：流体动力学是研究流体力学问题中流体的粘性、压力、密度、流速、温度等物理量变化规律的学科。
2. 基本原理：流体动力学基于质量守恒定律、动量守恒定律和能量守恒定律。质量守恒定律指出，流体以不可压缩或可压缩形式在闭合系统中质量保持不变；动量守恒定律表明，系统中受到的总力等于流体流出力和外力之和；能量守恒定律指出，流体在流动过程中能量的总和保持不变。
3. 应用：流体动力学在工程学、天文学、气象学等领域有广泛的应用。例如，航空航天领域中的飞行器气动性能分析、地质学中的地下水流动模拟、化学工程中的流体混合与传热等。
流体静力学和流体动力学虽然在研究流体行为的过程中使用了不同的理论和方法，但二者之间也存在一定的联系和共性。流体静力学可以看作是流体动力学的特例，它研究的是流体在静止状态下的行为，而流体动力学则进一步考虑了流体在运动状态下的行为。
流体力学的基本原理
流体力学是研究流体静力学和流体动力学的学科，旨在了解和分析流体的行为和特征。它的研究对象包括气体和液体，在工程学、物理学和地球科学等领域都有着广泛的应用。本文将探讨流体力学的基本原理，以期帮助读者全面了解这一领域的知识。
一、流体力学的基本概念
流体力学研究的是流体的运动，而流体的运动可以分为两种情况：一种是静态流体，即流体处于静止状态；另一种是动态流体，即流体具有速度场分布的运动状态。流体力学通过数学方法和实验研究对流体的运动行为进行预测和描述。
二、连续介质假设
在进行流体力学的研究中，我们通常采用连续介质假设。连续介质假设认为流体是由无数微观粒子组成的，这些粒子之间的相互作用力可以忽略不计。基于这个假设，我们可以应用微分方程和积分方程进行流体的运动描述和分析。
三、质量守恒定律
质量守恒定律是流体力学中的基本原理之一。根据这一定律，一个封闭系统内的质量总是不变的。换句话说，对于一个流体流动系统来说，流入系统的质量必须等于流出系统的质量。这个原理被广泛应用于流体力学中的流量分析和控制。 四、动量守恒定律
动量守恒定律是另一个重要的流体力学基本原理。它描述了流体中动量的守恒关系。根据动量守恒定律，流体在受到外力作用时会产生加速度，并且流体内各点之间的压力差会引起流体的运动。这个原理在研究流体力学中的压力分布、速度场和流体流动方向等方面起着重要作用。
五、能量守恒定律
能量守恒定律是流体力学的另一个基本原理。根据这一定律，流体在运动过程中能量总是守恒的。能量守恒定律可以用来描述流体在不同状态中的能量变化和转化。例如，在研究流体的产热和传热过程中，我们可以利用能量守恒定律来分析和计算。
六、流体力学的应用
流体力学的研究不仅仅是理论分析，还有着广泛的应用价值。在建筑工程中，流体力学可以用于分析和设计水力结构，例如水坝和水渠。在航空航天工程中，流体力学可以用于研究和改进飞机和火箭的气动性能。在地球科学中，流体力学可以用来模拟大气和海洋的环流系统，以及地球内部的岩浆运动。此外，流体力学还在能源开发、环境保护和生物医学等领域中有着重要的应用。
