流体力学(Hydromechanics)[1]是物理学的一个分支,研究流体(液体、气体和等离子体)现象以及相关力学行为。[2]流体力学可以按照研究对象的运动方式分为流体静力学和流体动力学,前者研究处于静止状态的流体,后者研究力对于流体运动的影响。[5][4]流体力学按照应用范围,分为空气力学及水力学等。[6]流体是气体和液体的总称,流体的基本特征是具有流动性,即各部分之间很容易发生相对运动,没有固定的形状。[2] 对流体力学学科的形成做出第一个贡献的科学家是古希腊的阿基米德(Archimedes),他建立了包括物理浮力定律和浮体稳定性在内的液体平衡理论,奠定了流体静力学的基础;在他的著作《论浮体》 中,阿基米德阐明了浮体和潜体的有效重力的计算方法。[7]1586年,荷兰数学家斯蒂文(Simon Stevin)在他的著作《流体静力学原理》中提出流体静力学悖论,他也是第一个明确提出“流体静力学”概念的人。[8]18世纪,伯努利(Jakob Bernoulli)、瑞士人欧拉(Leonhard Paul Euler)通过对流体力学的贡献,被公认为是 18 世纪理论流体力学的代表性人物,其中伯努利被称为“流体力学之父”。伯努利、欧拉、克莱洛等人正式将流体力学作为一个分支学科。[8][7] 流体力学是连续介质力学的一个分支,是以宏观的角度来考虑系统特性,而不是微观的考虑系统中每一个粒子的特性。流体力学(尤甚是流体动力学)是一个活跃的研究领域,其中有许多尚未解决或部分解决的问题。流体力学的处理在数学上非常复杂,一般通过数值方法(通常使用计算机)来解决,如计算流体力学通过数值分析的方式求解流体力学问题。[9]流体力学的基本模型主要有连续介质模型、理想流体模型与不可压缩流体模型等。[10]流体力学的基本方程是纳维-斯托克斯方程,纳维-斯托克斯方程由一些微分方程组成,通常只有透过给予特定的边界条件与使用数值计算的方式才可求解。[11]流体力学应用于广泛的学科,包括机械、航空航天、船舶制造和生物医学工程。[12][13]在机械制造行业如喷气发动机、内燃机等动力机械都是以流体能量为原动力的。在工程技术中,铸造和材料成型工艺与流体力学的关系密切。[14]在研究人体生物流变学中,例如血液在血管中的流动,心、肺肾中的生理流体运动和植物中营养液的输送等都和流体力学有密不可分的关系。[12] 发展简史
真正对流体力学学科的形成做出第一个贡献 的科学家是古希腊的阿基米德(Archimedes),他建立了包括物理浮力定律和浮体稳定性在内的液体平衡理论,奠定了流体静力学的基础;在他的著作《论浮体》 中,阿基米德阐明了浮体和潜体的有效重力的计算方法。[8][7]