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空气动力学基本概念：流体力学基础：空气动力学实验方

法

1流体力学基础

1.1流体的性质与分类

流体，包括液体和气体，其性质与分类是流体力学研究的起点。流体的性

质主要包括：

密度（ρ）:单位体积的质量，是流体的基本属性之一。

粘度（μ）:衡量流体流动阻力的大小，分为动力粘度和运动粘度。

压缩性:描述流体在压力作用下体积变化的性质，气体具有较高的

压缩性。

表面张力:流体表面分子间的相互吸引力，影响流体的形态和流动。

流体的分类依据其流动特性，主要分为：

牛顿流体:遵循牛顿粘性定律，粘度与剪切速率无关。

非牛顿流体:不遵循牛顿粘性定律，粘度随剪切速率变化。

1.1.1示例：计算流体密度

假设我们有1立方米的水，其质量为1000千克，我们可以计算其密度如下：

#流体密度计算示例

#定义流体质量

mass=1000#千克

#定义流体体积

volume=1#立方米

#计算密度

density=mass/volume

#输出结果

print(f水的密度为：{density}kg/m^3)

1.2流体动力学基本方程

流体动力学基本方程是描述流体运动状态的数学表达，主要包括：

连续性方程:描述流体质量守恒的方程，适用于不可压缩流体和可

压缩流体。

动量方程:描述流体动量守恒的方程，即牛顿第二定律在流体中的

应用。

能量方程:描述流体能量守恒的方程，包括动能、位能和内能的变

化。

1

1.2.1示例：连续性方程的简化应用

考虑一个简单的管道流动问题，假设流体不可压缩，管道的入口和出口面

积分别为和，流速分别为和，根据连续性方程，有：

1212

=

1122

我们可以编写一个简单的Python程序来计算流速的变化：

#连续性方程应用示例

#定义管道入口和出口面积

A1=0.01#平方米

A2=0.02#平方米

#定义入口流速

v1=10#米/秒

#计算出口流速

v2=(A1/A2)*v1

#输出结果

print(f出口流速为：{v2}m/s)

1.3流体流动的类型与特征

流体流动的类型和特征是流体力学研究的重要内容，主要包括：

层流与湍流:层流流动平稳，流线平行；湍流流动混乱，存在大量

涡旋。

亚音速与超音速流动:亚音速流动中，流速小于声速；超音速流动

中，流速大于声速。

不可压缩与可压缩流动:不可压缩流动中，流体密度几乎不变；可

压缩流动中，流体密度随压力和温度变化。

1.3.1示例：判断流动类型

根据雷诺数（Reynoldsnumber）可以判断流动是层流还是湍流。雷诺数的

计算公式为：

=

其中，是流体密度，是流速，是特征长度，是流体的动力粘度。当Re

小于2300时，流动为层流；当Re大于4000时，流动为湍流。

下面是一个Python程序，用于根据给定的参数计算雷诺数，并判断流动类

型：

#判断流动类型示例

#定义流体密度、流速、特征长度和动力粘度

rho=1.225#千克/立方米，空气在标准条件下的密度

v=10#米/秒，流速

L=0.1#米，特征长度