流體（Fluid）是由不斷地作熱運動且無固定平衡位置的分子構成的、沒有固定形狀和具有流動性的物質。包括液體、氣體和超臨界流體。
流體的物理性質主要包括密度、黏性、壓縮性和膨脹性。單位體積流體的質量，稱為流體的密度，用ρ來表示；流體流動時產生內摩擦力的這種性質叫流體的黏性；流體的壓縮性與膨脹性，當溫度不變時，流體所占有的體積隨作用在流體上的壓強增大而縮小，這種特性稱為流體的壓縮性；通常用體積壓縮系數Bp來表示。當壓強不變、流體溫度升高時，其體積增大，這種特性稱為流體的膨脹性。液體和氣體在這兩種性質上的差別是很大的；流體有兩種性質不同的流動形態即層流和紊流（又叫湍流）。
流體的連續性方程即根據質量守恒定律，流體在管道內恒定流動，單位時間流過任一截面的流體質量必定相等；伯努利方程，在理想條件下，同一流管的任何一個截面處，單位體積流體的動能、勢能和壓力勢能之和是一個常量。
流體力學已廣泛應用于各個領域。如農業、漁業、航空、航海、國防和人民生活服務等。計算流體力學為工程技術人員提供了實際工況模擬仿真的操作平臺，已廣泛應用于航空航天、土木水利、生物醫學等領域。人工智慧流動控制技術無需依賴物理系統的數學模型就可以更好、更快地實現設計目的。納米流體在傳熱領域的應用具有非常廣闊的前景。
物理性質
密度
單位體積流體的質量，稱為流體的密度，用符號ρ表示，國際單位（SI制）為kg/m3。流體密度的大小，可以表征流體流動時慣性的大小，是流體的重要屬性之一。
對于均質流體，密度（ρ）的數學表達式為：
流體的密度，通常用實驗測得。
黏性
流體流動時，由于流體與固體壁面的附著力和流體本身之間的分子運動，使流體各處的速度產生差異。如下圖所示，兩平面間充滿流體，設下平面固定不動，而上平面以速度v運動，貼近兩平面的流體必粘附于平面上，緊貼于運動面上的流體質點與運動平面以相同的速度v運動，而緊貼于下平面的流體質點速度為零，平面間流體層的速度各不相同。運動快的流層可以帶動較慢的流層（拖動力使其加速），運動較慢的流層則又阻滯運動較快的流層（阻力阻止其向前運動），拖動力和阻力是大小相等方向相反的一對力，分別作用在兩個緊挨著但速度不同的流體層上，這種流層之間的相互制約力，稱為內摩擦力。流體流動時產生內摩擦力的這種性質叫流體的黏性。
壓縮性和膨脹性
流體和固體不同，其體積大小將隨壓強和溫度的變化而變化。當溫度不變時，流體所占有的體積隨作用在流體上的壓強增大而縮小，這種特性稱為流體的壓縮性；當壓強不變、流體溫度升高時，其體積增大，這種特性稱為流體的膨脹性。液體和氣體在這兩種性質上的差別是很大的。
液體
液體壓縮性的大小，一般用等溫壓縮率KT表示。其意義是指溫度不變時，由壓強變化所引起的液體體積的相對變化量，即：
式中κT為等溫壓縮率（Pa-1）；
V為液體原來的體積（m3）；
△V為體積的變化量（m3）；
p為壓強的變化量(Pa)。
式中的負號表示壓強增加時體積縮小，故加上負號后κT永遠為正值。對于0℃的水在壓強為5.065×10Pa（5atm）時，κT為0.539×10-4Pa-1，可見水的壓縮性是很小的。其他液體的情況與水類似，壓縮性也是很小的。因此，在工程上可把液體看成是不可壓縮的，只有在特殊情況下，如研究管中水擊作用和高壓造型機的液壓傳動系統，才必須考慮液體的壓縮性。
液體膨脹系數的大小用體積膨脹系數（簡稱體脹系數）αV表示。其意義是指在壓強不變時，溫度每變化1K所引起的液體體積的相對變化量，即：
式中αV為體脹系數（K）；
V為液體原來的體積（m3）；
△V為體積的變化量（m3）；
T為溫度的變化量（K）。
標準大氣壓下，當溫度較低（10~20℃）時，水的體脹系數僅為1.5×10-4K-1；當溫度較高（90~100℃）時，也僅為7×10-4K-1。因此，在工程實際中，除供熱系統外，可以不考慮液體的膨脹性。
氣體
溫度與壓強的改變，對氣體體積變化的影響很大。根據物理學中理想氣體狀態方程可知，對一定質量的理想氣體，當溫度不變時，氣體體積與壓強成反比，即壓強增加一倍，體積減為原來的一半；當壓強不變時，體積與熱力學溫度成正比，溫度每升高1K，體積就膨脹1/273（即蓋-呂薩克定律）。由此可見，氣體具有很大的壓縮性和膨脹性。但當氣體流速不高（小于50m/s），或在運動過程中溫度、壓強變化不大（相對壓強小于1.013×105Pa)時，也可將氣體看作和水一樣是不可壓縮流體。這樣，關于液體的平衡和運動規律也同樣適合于氣體的流動。例如，在車間的通風除塵系統和氣體輸送系統的設計計算中，因管道內的氣流速度一般都小于20m/s，故可以不考慮氣體的壓縮性和膨脹性，按液體的運動和平衡規律進行處理。
雷諾系數
實驗表明，同一流體在同一管道內流動時，由于流速的不同，可形成兩種性質不同的流動形態：層流和紊流（又叫湍流）。層流是指流體各質點平行于管道內壁有規則地流動，而且層次分明，各流層的液體質量互不摻雜；紊流是指流體無規則，紊亂交錯地流動，并有旋渦摻雜于各流層之間。
流體在一定的條件下是層流，當條件改變后，可變為紊流。根據雷諾實驗得到一個判斷流體形態的準則數，叫雷諾準則數，簡稱雷諾數。流動時的慣性力和黏性力（內摩擦力）之比稱為雷諾數，它是表征黏性流體流動特性的一個重要參數。其定義式為：
式中D為圓管直徑（流經通道為圓管時）；
為流體密度；
為流體平均流速；
為流體動力黏度。
依據雷諾數的大小可以判別黏性流體的流動特性。雷諾數小，意味著流體流動時各質點間的黏性力占主要地位；雷諾數大，意味著慣性力占主要地位。在工程上，對于圓管；一般管道雷諾數Re<2100時，流體為層流狀態；Re>4000時，流體為紊流流狀態；Re=2100~4000時，為過渡狀態。在不同的流動狀態下，流體的運動規律、流速的分布等都是不同的，因而管道內流體的平均流速與最大流速的比值也是不同的。因此，雷諾數的大小決定了黏性流體的流動特性。
運動方程
理想流體
實際的流體，無論液體或氣體，都是有黏性的。黏性的存在，給流體運動規律的研究，帶來極大的困難。為了簡化理論分析，特引入理想流體概念，所謂理想流體，是指粘滯性和可壓縮性很小（可近似為無黏性即μ=0）的流體，它是人們為研究流體的運動和狀態而引入的一個理想模型。理想流體實際上是不存在的，它只是一種對物性簡化的力學模型。
在一定條件下，將實際流體當作理想流體處理后，所得結果對某些黏性影響很小的流動能夠較好地符合實際；對黏性影響不能忽略的流動，則可通過試驗加以修正，從而能比較容易地解決許多實際流動問題。這是處理黏性流體運動問題的一種有效方法。
連續介質模型
流體是由大量作隨機熱運動的分子組成的，分子之間存在相當大的空隙，流體分子在任一時刻總是不連續地分布在所占據的空間。在一般工程應用上，如果考慮這種微觀上的物質不連續性，從每個分子的運動出發來掌握整個流體的運動規律，顯然是不現實的。在研究流體動量傳輸問題時，人們關心的往往不是單個分子的運動行為，而是宏觀流體的機械運動，因而通常采用宏觀流體模型來研究，這就是1753年由偉大數學家萊昂哈德·歐拉提出的連續介質模型。連續介質模型就是把流體看成是由無數連續地、彼此之間無間隙地占據所在空間的流體質點所組成的介質。所謂流體質點，是指包含大量流體分子，并能保持宏觀力學性能的微小體積單元。應用連續介質模型，就可以將描述流體流動的一系列宏觀物理量，如流體的密度、溫度、壓力，以及流動速度等，看成是時間和空間坐標的連續函數，以便用數學方法來描述和研究流體流動的規律。
連續性方程
根據質量守恒定律，流體在管道內恒定流動，單位時間流過任一截面的流體質量必定相等，即：①
式中，ν1、ν2為1、2截面流體平均流速；A1、A2為1、2截面的截面積；ρ1、ρ2為流體在流經1、2截面時流體的密度。
對于不可壓縮流體則有：②
由②式可知，如果管道各截面積為常量，可以方便地求出流體流經各截面的流速。
伯努利方程
伯努利原理即表述密度均勻的無黏性流體做定常流動時，沿流線總能量守恒的定理。定常流動指流場中任一點的物理量如速度、壓強、溫度、密度等均不變的流動。流線指流體內任一點的運動軌跡。伯努利定理是流體力學的基本定律之一，它建立起質點速度同壓力、密度和其他量之間的關系。瑞士學者伯努利在1738年從實驗和推理中創立的。
對于密度均勻的水沿著高程表變化的管道中的定常流，伯努利定理寫成方程的形式是：
式中為p壓強；v為水流質點速度；為g重力加速度；ρ為密度；h為高度；C為常數。方程左邊是單位質量水流的壓力能、動能和勢能之和。整個式子表示單位水流的總能量沿流線守恒。
可壓縮流體方程
由歐拉方程推導普遍的伯努利方程，適用于理想流體（無粘滯性的流體）的歐拉方程為：
（1）
其中，為流體所受單位質量的保守體積力。對定常流動，則有：
，，
于是式（1）為
化簡為
其中為單位質量的勢函數。
工程領域應用方程
如果是可壓縮理想氣體，并且流動過程中等，則由泊松（西莫恩·泊松）公式以及可得到。則，則可壓縮理想氣體在等熵定常流動過程中，沿流線的微分方程為，則。
不可壓縮流體方程
當流體不可壓縮，則為常數，式（2）變為，則
，適于理想流體（不存在摩擦阻力）。
類型
牛頓流體
具有恒定黏度且不受剪切速率影響的流體稱為牛頓流體，常見的牛頓流體有氣體、水、丙三醇等。當水以不同的速度剪力或混合時，流體所受的剪切應力（攪拌機施加的力）與剪切速率（攪拌機速度）成正比。流體的牛頓模型通常由以下方程表示：
式中τ為剪切應力（Pa）；
μ為黏度（Pa·s）；
γ為剪切速率（s-1）
這一關系可由下圖所示，其中黏度定義為剪切應力對剪切速率的斜率。高黏度流體的斜率更大。
非牛頓流體
非牛頓型流體的剪切應力和剪切速率之間可能不具有線性關系。例如，泥漿、紙漿、油漆、瀝青、蛋清、果醬、夾雜固相的金屬液等，這類流體被稱為非牛頓流體。這意味著流體的“黏度”（剪力應力斜率與剪切速率曲線）不是恒定的，而是隨剪切速率變化的。因此，非牛頓型流體在任何剪切速率下的斜率稱為“表觀黏度”。具有隨剪切速率增加而增加的表觀黏度的非牛頓型流體稱為膨塑性流體，而黏度隨剪切速率增加而降低的流體稱為假塑性流體。
超流體
超流體是超低溫下具有奇特性質的理想流體，即流體內部完全沒有黏滯。超流體所需溫度比超導還低，它們都是超低溫現象，室溫超導違背自然規律，也是永動機式的幻想。氦有兩種同位素，即由2個質子和2個中子組成的氦-4和由2個質子和1個中子組成的氦-3。液態氦-4在冷卻到2K以下時，開始出現超流體特征，而氦-3出現超流體現象的溫度只有氦-4的千分之一。阿爾伯特·愛因斯坦預言，原子氣體冷卻到非常低的溫度，所有原子會以最低能態凝聚，物質的這一狀態就被稱為薩特延德拉·玻色愛因斯坦凝聚。玻愛凝聚態物質就是超導體和超流體，它實際是半量子態，在半量子態下，費米子像玻色子一樣可以在狹小空間內大量凝聚。外地核就是玻愛凝聚態的超流體物質，內地核則由中微子構成，都是高密度、大質量形態。
超臨界流體
超臨界流體即當物質所處的溫度高于臨界溫度，壓力大于臨界壓力時，該物質的溫度及壓力均處于臨界點以上的液體稱為超臨界流體。例如：當水的溫度和壓強達到臨界點（t=374.3℃，p=22.05MPa）以上時，就處于一種既不同于氣態，也不同于液態和固態的新的流體態——超臨界態，該狀態的水即稱為超臨界水。超臨界流體由于液體與氣體分界消失，是即使提高壓力也不液化的非凝聚性氣體。超臨界流體的物性兼具液體性質與氣體性質。它基本上仍是一種氣態，但又不同于一般氣體，是一種稠密的氣態。其密度比一般氣體要大兩個數量級，與液體相近。它的黏度比液體小，但擴散速度比液體快（約兩個數量級），所以有較好的流動性和傳遞性能。它的介電常數隨壓力而急劇變化（如介電常數增大有利于溶解一些極性大的物質）。另外，根據壓力和溫度的不同，這種物性會發生變化。
超臨界流體是處于臨界溫度和臨界壓力以上，介于氣體和液體之間的流體，兼有氣體、液體的雙重性質和優點，在不同領域得到了廣泛的應用。如超臨界流體萃取、超臨界水氧化技術、超臨界流體干燥、超臨界流體染色、超臨界流體制備超細微粒、超臨界流體色譜和超臨界流體中的化學反應等，其中以超臨界流體萃取應用得最為廣泛。
流體流量的測量
流量就是指單位時間內流過管道或設備某一橫截面流體的數量。這個數量有時用質量來表示，有時用體積來表示，用質量表示的流量稱為質量流量，用體積表示的流量稱為體積流量。流量計量就是要測定流體通過輸送管道的數量。流體計量在工農業生產、國防、科研以及國民經濟各部門顯得非常重要。測定管道流量的儀器叫做流量傳感器，由于流體包括范圍很廣（如：空氣、氫氣、氮氣、煤氣、蒸氣和水、汽油、各種石腦油及液態金屬等）。所測量流體介質也不同，因此流量計種類和規格繁多，儀器種類就有一百多種。按照測量可分為體積流量和質量流量，其中，體積流量分為：容積法、速度計算法和流體漩渦法；質量流量分為：直接質量法和間接質量法。
體積流量
容積法
容積方法是在單位時間內，用標準固定體積對流動介質連續不斷地進行度量，以流出流體固定容積數來計算流量。基于這種測量方法的流量傳感器有：腰輪、橢圓齒輪流量計、旋轉活塞、螺桿流量計等。容積法受流體的流動狀態影響小，適用于測量高黏度、低雷諾數的流體。
速度法
速度型流量計是通過測出管道內的平均流速，再乘以管道截面積求得流體的體積流量。因為通常管道的截面面積為常數，所以，體積流量只和流速成比例關系。主要有超聲波和電磁式流量計。
流體旋渦法
在管道內設置旋渦發生體，使得流體產生旋渦或旋轉，而旋渦的頻率與流體的流量有確定的函數關系，從而實現流體流量的測量。有卡門渦街流量傳感器和旋進旋渦式流量計。
質量流量
直接法
直接法是利用檢測元件，使輸出信號直接反映質量流量。直接式質量流量檢測方法主要有利用孔板和定量泵組合實現的差壓式檢測方法；利用同軸雙渦輪組合的角動量式檢測方法；基于科里奧力效應的檢測方法等。
間接法
用兩個檢測元件分別測出兩個相應參數，通過運算間接獲取流體的質量流量，例如，通過測量出體積流量、流體的密度，進而得到質量流量。
研究進展
計算流體力學
計算流體力學是流體力學的一個分支，它通過計算機模擬獲得某種流體在特定條件下的有關信息，實現了用計算機代替試驗裝置完成“計算試驗”，為工程技術人員提供了實際工況模擬仿真的操作平臺，已廣泛應用于航空航天、土木水利、生物醫學等領域。
人工智能控制湍流
人工智慧流動控制技術無需依賴物理系統的數學模型就可以更好、更快地實現設計目的。傳統流動控制研究方法通常基于研究人員對流動物理規律的理解構建降階模型替代流動系統，采用線性控制方法實現控制目的，或利用基于梯度的優化方法對有限控制參數實現優化。人工智能方法的發展，打破了傳統流動控制對流體物理模型的依賴，將其視為一個非線性黑箱優化問題，通過迭代優化的方式收斂到最優控制律或控制參數。參數優化類型的人工智能方法可以直接獲得激勵器的最佳控制參數，控制律優化類型的方法則可以獲得驅動激勵器的最優控制律。在科學研究中，人工智能技術可實現的尋優空間遠超人類的認知范疇，在大幅提升湍流控制能力的同時，也伴隨著發現新的物理現象或流動控制機理。
納米流體
納米流體是以一定的形式和比例在液體工質（如水、醇類等）中添加納米級的金屬（金屬氧化物）或非金屬（非金屬氧化物）顆粒，獲得均勻、穩定的固-液懸浮混合液。傳統的固-液兩相混合物（一般將毫米、微米級的固體顆粒加入液體工質中組成）盡管能夠提高工質的導熱性能，但較大的固體粒子使混合物容易產生沉淀、堵塞管道等現象。納米流體則具有傳統兩相混合物的優點，同時能有效改善沉淀、堵塞及腐蝕等問題。大量研究表明，此類新型的換熱工質（納米流體）比傳統工質有著更高的導熱系數，可以有效提高換熱設備效率，從而達到節能減排目的。納米流體呈現出眾多優點，在傳熱領域的應用具有非常廣闊的前景。
應用
體育運動
運動是在氣體或液體環境中實現的，很多情況下流體對人體或器械的影響是不能忽略的。例如，各種水中和水上運動、大多數的球類運動、田徑中的投擲項目，乃至自行車、賽車等運動中，流體對人體和運動器械的阻力或動力效應相當明顯。流體力學研究流體（包括液體及氣體）處于平衡、運動和流體與固體相互作用的力學規律。從運動生物力學角度分析人體和運動器械在流體中的運動，就是要研究流體中力的傳遞、平衡，以及如何在運動中增大動力，減小阻力，即根據的特性，掌握合理的運動技術采用規則所允許的運動器械，盡量發揮動力的效能，減小阻力的作用。
醫藥領域
流體力學也應用于醫學領域，人體的循環系統也是流體系統，因此，像人工心臟、心肺機、助呼吸器等醫療器械的設計也依賴于流體力學。
超臨界流體是一種很好的溶劑，能溶解很多物質。由于中藥材的浸出需經溶劑的浸潤、溶解、擴散、置換過程，而超臨界流體的這種非氣、非液的雙重性質，顯示出優良溶劑的溶解與傳質特性，既有不同于氣、液兩態的溶解性和流動性，又有如液體般的溶解能力和氣體般的傳遞速度，且其密度與介電常數受溫度，特別是壓力影響極為敏感，改變壓力可改變其溶解特性，常壓時，提取物即可與超臨界流體分離；這些基本性質決定了超臨界流體有很強的溶解力，浸出速率快，達到平衡時間短，具有作為浸出介質的較理想的性能，這就是超臨界流體提取中藥有效成分的基本原理，基于此原理的提取方法稱為超臨界流體提取法。
其他領域
流體力學在研究大氣和海洋的運動，可以作好天氣與海情預報，為農業、漁業、航空、航海、國防和人民生活服務；研究流體中運動的物體，可設計出阻力小、穩定性好的最佳物體外形，如汽車、飛機、人造衛星、導彈、船舶、潛艇、魚雷等；研究河流、管道等約束邊界中流體的運動規律，可獲得能耗少、安全性高的工程設計，如水利紐工程、水力發電廠、熱力發電廠等。
參考資料 >
流體.術語在線.2024-01-15
伯努利定理.中國大百科全書.2024-01-20