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一、流體力學(xué)是啥?

流體力學(xué)是研究流體在作用力作用下的行為的科學(xué)。流體力學(xué)是經(jīng)典物理學(xué)的一個(gè)分支，在水力學(xué)、航空學(xué)、化學(xué)工程、氣象學(xué)和動(dòng)物學(xué)中都有非常重要的應(yīng)用。

最著名的流體當(dāng)然是水，19 世紀(jì)的百科全書會(huì)將這一主題分為兩個(gè)標(biāo)題：靜止水力學(xué)(研究水靜止?fàn)顟B(tài)的科學(xué))和流體力學(xué)(研究水運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的科學(xué))。科學(xué)家阿基米德在公元前 250 年左右發(fā)現(xiàn)了流體力學(xué)，據(jù)傳說當(dāng)時(shí)他跳出浴缸，赤身裸體地跑過錫拉庫(kù)扎的街道，大喊 "尤里卡"! "另一方面，可以說流體力學(xué)的基礎(chǔ)最早是在 18 世紀(jì)奠定的，當(dāng)時(shí)萊昂哈德-歐拉(Leonhard Euler)和丹尼爾-伯努利(Daniel Bernoulli)等數(shù)學(xué)家開始研究牛頓力學(xué)原理對(duì)水等近乎連續(xù)介質(zhì)中離散粒子系統(tǒng)的影響。19 世紀(jì)，其他幾位著名的物理學(xué)家和數(shù)學(xué)家繼續(xù)了他們的工作，其中最著名的是斯托克斯(G. G. Stokes)和威廉-湯姆森(William Thomson)。斯托克斯和威廉-湯姆森。

到本世紀(jì)末，他們已經(jīng)為許多有趣的現(xiàn)象找到了解釋，如水流通過管道和孔洞、船后移動(dòng)的波浪、落在玻璃窗上的雨滴等等。可以說，他們?nèi)匀徊焕斫饣驔]有充分理解水通過固體障礙物的阻力等基本問題，即勢(shì)能流理論，該理論在其他情況下通常非常有效，但在相對(duì)較高的流速下，其結(jié)果與實(shí)驗(yàn)并不十分吻合。直到德國(guó)物理學(xué)家路德維希-弗朗特爾(Ludwig Frantl)于 1904 年提出邊界層的概念后，人們才對(duì)這一問題有了正確的認(rèn)識(shí)。

弗朗特爾的工作在第一架載人飛機(jī)的研制過程中仍在繼續(xù)。從那時(shí)起，物理學(xué)家和工程師對(duì)空氣流動(dòng)的興趣至少與對(duì)水流的興趣一樣大。因此，流體力學(xué)成為流體動(dòng)力學(xué)的總稱，這里使用的流體動(dòng)力學(xué)一詞既包括流體力學(xué)的總稱，也包括通常所說的流體力學(xué)。

二、關(guān)于流體力學(xué)

流體力學(xué)研究液體、氣體、血液和人體血漿在靜止和運(yùn)動(dòng)時(shí)的行為。一般來說，流體力學(xué)在力學(xué)和工程學(xué)(如化學(xué)工程和生物系統(tǒng))中有著廣泛的應(yīng)用。以及天體物理學(xué)等領(lǐng)域。本章還將介紹和討論流體力學(xué)及其在系統(tǒng)生物學(xué)中的應(yīng)用。首先，將解釋流體力學(xué)的概念，并由此推導(dǎo)出流體力學(xué)方程以及血液的特性。下一節(jié)將介紹血液作為非牛頓流體的各種模型。此外，對(duì)人體心血管系統(tǒng)中最重要的三個(gè)部分--動(dòng)脈、靜脈和毛細(xì)血管中的血液流動(dòng)進(jìn)行了一般性討論，并給出了相關(guān)方程。最后，介紹了血液在體內(nèi)的搏動(dòng)流動(dòng)。

流體力學(xué)是研究靜止和運(yùn)動(dòng)流體的科學(xué)。流體通常被定義為在恒定載荷下連續(xù)變形的材料。在解決流體力學(xué)問題時(shí)，有五種關(guān)系最為有用：運(yùn)動(dòng)關(guān)系、應(yīng)力關(guān)系、守恒關(guān)系、控制關(guān)系和構(gòu)成關(guān)系。流體力學(xué)分析可以根據(jù)相關(guān)系統(tǒng)和體積的選擇進(jìn)行修改，而體積是通過簡(jiǎn)化矢量量來確定的。假設(shè)流體是連續(xù)的，我們假定流體中不存在不均勻性。粘度的概念與剪切速率和應(yīng)力有關(guān)，后者稱為剪切應(yīng)力。將流體定義為牛頓流體取決于不同剪切速率下的粘度是否恒定。

牛頓流體的粘度恒定，而非牛頓流體的粘度不恒定。在大多數(shù)生物流體應(yīng)用中，我們假定它們是牛頓流體。

流體力學(xué)研究靜態(tài)和動(dòng)態(tài)負(fù)載下的流體系統(tǒng)，如氣體或液體。流體力學(xué)是連續(xù)介質(zhì)力學(xué)的一部分，在連續(xù)介質(zhì)力學(xué)中，材料的運(yùn)動(dòng)學(xué)和力學(xué)行為是以連續(xù)質(zhì)量而非離散粒子為模型的。Bar-Meir 于 2008 年探討了流體力學(xué)與連續(xù)介質(zhì)力學(xué)之間的聯(lián)系。在流體力學(xué)中，連續(xù)體不像固體那樣具有確定的形狀和幾何形狀，在許多應(yīng)用中，不同流體的密度也會(huì)隨時(shí)間和位置而變化。觀察表明，流體力學(xué)中有許多常見問題。