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流体力学

1750
  • Archimedes
  • Daniel Bernoulli
  • Leonhard Euler
  • Claude-Louis Navier
  • George Gabriel Stokes
演示浮力和流体动力学原理的流体力学实验室实验。

(图片仅供参考)

体液 力学 动力学是应用力学的一个分支,研究液体和气体的静力学(流体静止)和动力学(流体运动)。它应用质量、动量和动力学的基本原理。 节能 用于分析和预测流体行为。其应用范围十分广泛,涵盖空气动力学、水力学、气象学和海洋学等领域。

粘性流体的运动控制方程是纳维-斯托克斯方程。这是一组非线性偏微分方程,是将牛顿第二定律应用于流体运动,并假定流体应力是扩散粘性项和压力项的总和。对于可压缩的牛顿流体,矢量方程为: [latex]\rho(\frac\{partial \mathbf{v}}{partial t} + \mathbf{v} \cdot \nabla \mathbf{v}) = -\nabla p + \nabla \cdot \mathbf{T}+ (mathbf{f}[/latex]),其中 [latex]\rho[/latex] 是密度,[latex]\mathbf{v}[/latex] 是速度,[latex]p[/latex] 是压力,[latex]\mathbf{T}[/latex] 是应力张量,[latex]\mathbf{f}[/latex] 代表体力。求解这些方程是这一领域的核心挑战。

流体行为通常以无量纲数为特征。最著名的是 雷诺数 (Re),它描述了惯性力与粘性力之比,用于预测从平稳有序的层流到混乱湍流的过渡。其他重要数字包括 马赫数 和自由表面流动的弗劳德数。由于控制方程的复杂性,特别是对于湍流,计算流体动力学(CFD)已成为一种重要工具,使用数值方法来解决和分析涉及流体流动的问题。

UNESCO Nomenclature: 2210
- 机械

类型

抽象系统

中断

基础

用法

广泛使用

前体

  • 连续介质力学假设
  • 牛顿运动定律
  • 热力学原理
  • 微积分的发展
  • 阿基米德浮力原理

应用程序

  • 空气动力学(飞机机翼、汽车和风力涡轮机的设计)
  • 水力学(水坝、管道和泵的设计)
  • 气象学(天气预报和气候建模)
  • 生物医学工程(动脉血流分析)
  • 环境工程(空气和水中污染物扩散的建模)

专利:

NA

潜在创新理念

  • microfluidic ‘lab-on-a-chip’ devices for rapid medical diagnostics
  • 基于优化冷凝物理的大气水分收集系统
  • silent 无人机 propellers with designs bio-inspired by owl wings to reduce turbulence
  • 基于等离子体的执行器,用于控制飞机机翼上的气流,无需移动部件
  • 适用于城市环境的高效垂直轴风力涡轮机
  • 采用优化液滴尺寸的雾气的先进灭火系统
  • 模仿鲨鱼皮的船舶流体动力涂层可减少阻力
  • 闭环 irrigation systems that model water flow in soil to minimize waste
相关内容: 流体力学、流体动力学、纳维-斯托克斯方程 粘度湍流、层流、空气动力学、CFD。

历史背景

流体力学

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1738
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1757
1788
1800
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1785
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(如果日期未知或不相关,例如“流体力学”,则提供其显著出现的近似估计)

第十年 周年纪念日

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