空气动力学基本概念：流体力学基础：流体动力学方程.pdfVIP

空气动力学基本概念：流体力学基础：流体动力学方程

1空气动力学基本概念：流体力学基础

1.1流体的性质与分类

流体是指能够流动的物质，包括液体和气体。流体的性质与分类是流体力

学研究的基础，理解这些概念对于分析和预测流体行为至关重要。

1.1.1流体的性质

连续性假设：在流体力学中，流体被视为连续介质，即流体的物

理性质（如密度、压力、速度）在空间中是连续分布的。

粘性：流体流动时，流体分子之间的内摩擦力称为粘性。粘性是

流体流动阻力的来源之一。

压缩性：流体在压力作用下体积会发生变化，这种性质称为压缩

性。气体的压缩性远大于液体。

表面张力：流体表面分子间的相互吸引力，导致流体表面有收缩

的趋势，形成表面张力。

1.1.2流体的分类

理想流体：无粘性、不可压缩的流体，仅用于理论分析。

实际流体：具有粘性、可压缩的流体，更接近真实流体行为。

1.2流体静力学基础

流体静力学研究静止流体的力学性质，包括压力分布、浮力原理等。

1.2.1压力分布

在静止流体中，压力随深度增加而增加，遵循帕斯卡定律和流体静力学基

本方程。

1.2.2浮力原理

阿基米德原理指出，浸在流体中的物体受到的浮力等于它所排开流体的重

量。

1

1.3流体动力学基本概念

流体动力学研究流体在运动状态下的力学行为，涉及速度场、压力场、流

线等概念。

1.3.1速度场与压力场

速度场：描述流体中各点速度分布的函数。

压力场：描述流体中各点压力分布的函数。

1.3.2流线与迹线

流线：在某一时刻，流体中各点速度方向的连线。

迹线：流体中某一质点随时间的运动轨迹。

1.3.3控制体与控制面

控制体：流体动力学中，为了分析流体流动，选取的空间区域。

控制面：控制体的边界，用于计算流体通过的流量和动量。

1.3.4欧拉方法与拉格朗日方法

欧拉方法：固定观察点，研究流体通过该点的性质变化。

拉格朗日方法：跟踪流体中特定质点，研究其随时间的运动和性

质变化。

1.4示例：流体静力学基本方程的计算

假设我们有一个水箱，深度为10米，水的密度为1000kg/m³，重力加速度

为9.8m/s²。我们想要计算水箱底部的压力。

#流体静力学基本方程计算示例

#导入必要的库

importnumpyasnp

#定义参数

density=1000#水的密度，单位：kg/m³

gravity=9.8#重力加速度，单位：m/s²

depth=10#水箱深度，单位：m

#计算压力

pressure=density*gravity*depth

2

#输出结果

print(f水箱底部的压力为：{pressure}Pa)

这段代码使用了流体静力学基本方程=ℎ来计算水箱底部的压力，其

ℎ

中是压力，是流体密度，是重力加速度，是深度。通过这个例子，我们可

以直观地看到流体静力学基本方程的应用。

1.5结论

流体力学基础涵盖了流体的性质、分类、静力学和动力学的基本概念。掌

握这些概念是进行空气动力学分析和设计的前提。通过具体示例，我们能够更

好地理解和应用流体力学中的理论知识。

2流体动力学方程

2.11连续性方程解析

连续性方程是流体力学中的基本方程之一，它描述了流体在流动过程中质

量守恒的原理。在不可压缩流体中，连续性方程可以简化为：

∂∂∂

++=0

∂∂∂