什么是流体动力学？一文讲清

流体动力学是力学科学中流体机械动力运动学习系统的总称，其本质也是用力学方法来研究并计算流体（如气体或液体）细节运动的一门学科。通过分析流体运动，可以对流体系统的传热，传质，噪声和振动等动力特性进行研究，从而解决工业和生活中遇到的有关问题。



流体动力学覆盖了多学科领域，如力学、数学、物理、光学、电学、化学和材料科学等，是一门复杂的理论技术，具有广阔的应用价值。它可以帮助工程师确定和改善复杂的系统的性能。

1. 概念

流体动力学涉及流体中的两种类型的动力：紊流（turbulence）和散度（divergence）。紊流是一种涡流动力，它会形成一些旋涡和湍流（turbulent flow）；散度是由空间和时间变化而产生的，其特征就是能量的减少（decay）。通过小性能和能量改变方程式（small-perturbation and energy-change equation），紊流和散度都可以被量化，分析就可以进行了。而在流体动力学中，更重要的是运用力学方程和Python方程式来模拟空气动力学，控制流体和设计飞机制造等。

2. 物理基础

流体动力学的理论物理基础建立在力学原理上。从基本原理出发，来描述流体运动的本质特征，流体的速度，压力，温度和流动的特性都可以从物理原理推出。流体动力学的分析依赖于物理和数学理论，主要是气动力计算，它以解方程的形式出现，包括速度场的推导，压力场的求解，以及流体参数的计算，广泛涉及到了基本物理学中的热力学（thermodynamics），粘度模型（viscosity model） 和重力（gravity）等方面的研究。

3. 模型构建

流体动力学的建模有很多类型，由简单的光线模型到复杂的流动模型，涉及到的方法有数值分析，分数阶差分，有限元分析，分数阶微分方程模型，隐式有限差分模型，扩散方程模型，热传导成像方程模型等。模型构建也分为三类：理论模型、经验模型和混合模型。模型构建不仅要考虑流体动力学的物理原理，还有受到操作条件（如流体温度、粘度等）影响的因素，甚至可以包括非线性（nonlinear）和多物理场等因素。

4. 运用

流体动力学的应用涵盖了很多的领域，如工程传热学；快速凝固；流体激光的研究；汽车内部空气流动；各种流体制冷；缔造空气动力；风力发电原理；气垫船原理；流体控制；天然气管道设计等。通过对流体运动的计算和分析，对流体传热、传质，特性有更深入的理解，有助于节约能源，实现新能源开发，改善工业厂房环境。同时，流体动力学还可以用