流体力学基础|流体力学是一门什么学科？了解它如何帮助您完成机械设计工作
本文译自机械设计工程师haku的博客。
一、什么是流体力学
二、运用流体力学知识可做什么？
三、流体的分类
理想流体与真实流体
连续和不连续流体
稳定流和不稳定流
牛顿流体和非牛顿流体
超音速流
一、什么是流体力学
流体力学就是“处理流动物体的动力学” ，“流动物体”是指具有不同性质的液体和气体。简化来说，气体充满了空隙，因此分子在其中飞来飞去。液体是松散结合的分子，没有间隙。因此，当气体被压缩时，其体积和密度会发生变化，而当液体被压缩时，其体积和密度几乎不会发生变化。气体和液体之间物理性质的这种差异也会影响流体动力学的性质。
例如，当温度升高时，容器中的气体分子会增加其内能并飞得更快，结果，气体分子与容器壁碰撞，增加了容器内的压力；如果容器是可变的，它会膨胀并增加体积。另一方面，对于液体，这些变化可以忽略不计。- 液体：无压缩性（incompressibility）
二、运用流体力学知识可以做什么？
流体动力学知识用于“处理液体和气体的产品的设计”。具体例子有汽车、飞机、水管、煤气管、冷却发热部件的冷却装置（水冷、风冷）等。例如，在飞机上，我们使用流体动力学知识来计算空气阻力和浮力。对于水管和气管，重要的是设计压力损失小的管道。此外，冷却系统根据流量和速度计算“冷却效率”。通过这种方式，我们周围的许多产品都使用了流体动力学知识。可以说，流体力学是从事机械设计工作的必备知识。三、流体的分类
1、理想流体与真实流体
没有粘度或压缩性的流体称为理想流体，具有粘度的流体称为真实流体。例如日常生活中常见的水和空气，都是真实的流体。河流中的水流沿河岸速度减慢，离开河岸时速度加快。涡流也可能发生在河流中。这些是由于流体的粘性而发生的现象，是真实流体的特性。另一方面，理想流体被定义为没有粘度并且不能通过施加力来压缩的流体。在前面的河流示例中，没有粘性也没有阻力，因此河岸和河中之间的速度没有变化。此外，由于流体之间没有摩擦（剪切力），因此不会产生涡流。水和空气都不是理想流体，但缓缓弯曲的水流和低速气流可以近似为理想流体。2、连续和不连续流体
流体质量连续变化的情况称为连续流体，质量不连续变化的情况称为不连续流体。例如，地表（0 米高度）的空气是连续流体，但 100 公里高度的空气是不连续流体。更详细地解释一下，大气压力随着高度的增加而降低。因此，100 公里高空的空气每单位体积的分子比靠近地表的空气少。气体分子在空间中随机飞来飞去，因此如果分子数量减少，分子数量会因位置而异。换句话说，空间中的质量（分子数）不再均匀分布。在这里，我们使用努森数 Kn来确定流体是否为连续介质。克努森数由下式表示，如果“Kn < 0.01” ，流体是连续的。基本上，处理流体力学的公式和定理只适用于连续流体。请记住，具有高克努森数的不连续流体（例如高空的空气）不在一般流体动力学的范围内。3、稳定流和不稳定流
状态不随时间变化的流称为稳态流，状态随时间变化的流称为非稳态流。这里的流体状态指的是速度、压力、流速和流动方向。例如，在阳光明媚的日子里，微风中的一条河流在条件不变的情况下稳定流动。另一方面，在台风日，河流流量不稳定，因为流量和流速会根据降水量和风速而变化。在机械设计中，所需的规格和设计会根据是否考虑稳态（稳定状态）或非稳态（流量随时间变化）而变化。4、牛顿流体和非牛顿流体
水、空气等粘度（粘度/粘度系数）恒定的流体称为牛顿流体，粘度随流速变化的流体称为非牛顿流体。例如，淀粉糖浆、油漆和混凝土等高粘度流体是非牛顿流体。流体动力学中的公式和定理可以应用于牛顿流体。但非牛顿流体不能直接使用牛顿流体中的公式。5、超音速流
马赫数 M（即流速 u 与声速 a 之比）大于 1 的流动。由于流体的温度会升高，流速在变化，热力学和传热学中也涉及超音速流动；在陨石飞入大气层的速度区（M>5），称为高超音速流。
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