波士顿大学流体动力学课程辅导

流体力学是物理学的一个分支，研究流体运动、浸入流体中的物体所受的力以及物体相对于流体运动的运动。流体力学的基本原理是质量、动量和能量守恒定律。流体力学的经典理论涉及势流、液体中的波、可压缩流和二维流体运动。这篇文章为大家带来波士顿大学流体动力学课程辅导。

一、流体力学理论和原理

流体力学的目的是了解流体的运动。流体力学的领域已经非常广泛，包括固体和流体--简言之，连续物质--的流动。流体力学理论还涉及静态应力分析问题，并结合了弹性理论。

流体力学的基本原理是以下定律：

1.质量守恒定律

质量守恒定律指出，质量既不会产生，也不会消失。在可压缩流体沿基本流管流动时，为系统建立的连续性方程遵守质量守恒定律。

2.动量守恒

当一个质点系统只受到系统中质点相互施加的力时，系统的总矢量动量保持不变。动量守恒可以用牛顿第二运动定律进行数学表达。它将作用在流体元件上的力的总和与沿结果力方向的动量变化率联系起来。在无粘性流体流动中，三维动量方程可简化为欧拉运动方程。在粘性流体流动中，纳维-斯托克斯方程用数学方法表示动量方程。

3.能量守恒

能量守恒定律指出，能量既不能被创造，也不能被毁灭;它只能从一种形式转换成另一种形式。不粘性流体沿流线稳定流动时的能量守恒方程可由伯努利方程给出。

定律的数学表达可以用积分或微分的形式表示。在工程应用的大规模分析中，数学语句的积分形式用于表达流体力学概念。流体力学方程的微分形式仅用于小规模分析，因为精确解法的获得仅限于少数专门的流动。通常情况下，数值技术比分析方法更适合解决流体力学问题。

二、经典流体力学理论

经典流体力学理论的基本原理强调的是不粘性流体力学。经典流体力学理论主要涉及势流、液体中的波、可压缩流和二维流体运动。

在植根于欧拉和伯努利著作的经典流体力学中，流体被视为理想化的不粘性物质。与粘度相关的剪应力被假定为零，压力被视为各向同性量。根据所有这些假设，流体流动与静止时的流体平衡条件相同。

伯努利定律(将流线上的压力变化与速度变化联系起来)是经典流体力学理论中的一个著名定理。根据伯努利定律，无粘性流体在横截面不同的管道中流动时，在流速较高的收缩处压力较低，而在流体停滞的管道开口处压力较高。

总之，在流体力学的经典理论中，假定流体某点的应力分量与应力-速度分量之间存在确定的关系。应力-应变-速度分量之间的关系是线性的，并且在参考轴的变换下保持不变。在这种关系中，没有与应力或应变速度分量的时间导数相关的术语;应力和应变速度分量之间的关系可以很好地描述理想流体的基本流动特性。不过，应力-应变-速度关系限制了其适用性。

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