流体力学基础

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流体力学基础

流体基础

流体与固体的区别

固体可以通过静态形变来抵抗剪切应力,而流体不能。

流体在连续的剪切应力作用下,会发生连续变形。

连续性假设

流体充满着一个容积时不留任何自由空隙,既没有真空的地方,也没有分子的微观运动。即把流体看做是连绵不断的不留任何自由空隙的连续介质。

连续性假设合理的条件?

气体分子的平均自由行程l与所研究物体的特征尺度L之比及其微小。(努森数Kn = l/L >= 0.1,连续性假设不再适用)

流体特性

一般流体的运动特性包括:温度压力密度粘性声速

温度

描述流体分子热运动的剧烈程度

温度很难定量地下定义。当两个物体在热接触时没有任何可观测的特性发生改变,则它们的温度相同。

与第三个物体温度相等的两个物体,温度相同。

压力

因为热能引起的流体分子随机运动,单个流体分子会撞击置于流体中的物体表面,从而对物体表面产生作用力。压力为单位表面积上这种作用力的度量值

密度

某点流体的密度,等于包围该点的单位体积流体的质量。

密度是气体成分温度压力的函数。

ρ = f(气体成分, T, P)

理想气体状态方程

P = ρ * R_g * T

其中R_g为气体常数,与气体种类有关。

粘性

粘性是对真实流体在剪切变形过程中,产生的剪切应力大小的度量。

剪切应力与横向速度梯度成正比的流体,称为牛顿流体

粘性大小用粘性系数μ表示,它是气体成分温度压力的函数。

对于空气,在温度低于3000K的情况下,粘性几乎只与温度有关,而不受压力影响。

空气密度可以用Sutherland公式估计。

声速

无限小扰动在流体中的传播速度,称为声速。

流动形态

流体流动的形态主要有层流湍流两种。

层流与湍流一般通过雷诺数的大小来区分:

  • Re < 2300: 层流;
  • Re ≥ 2300 && Re ≤ 10000: 过渡区;
  • Re > 10000: 旺盛湍流;

流动类型

流动类型主要包括外流内流

外流为流体围绕固体的流动,内流为流体在固体包围形成的空间内流动。

Keywords: Fluid
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