• 流體動力學

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    流體動力學

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    在物理和工程,流體動力學是的分支學科流體力學描述的流動的流體-液體氣體。它有幾個子學科,包括空氣動力學(研究空氣和其他運動氣體)和流體動力學(研究運動液體)。流體動力學具有廣泛的應用,包括計算飛機上的力和力矩,確定通過管道石油質量流量,預測天氣模式,了解星云在星際空間和造型裂變武器引爆。

    流體動力學提供了一個系統結構——它是這些實踐學科的基礎——它包含源自流量測量并用于解決實際問題的經驗和半經驗定律。流體動力學問題的解決方案通常涉及計算流體的各種屬性,例如流速、壓力、密度和溫度,作為空間和時間的函數。

    在二十世紀之前,流體動力學是流體動力學的同義詞。這仍然反映在一些流體動力學主題的名稱中,例如磁流體動力學和流體動力學穩定性,這兩者也可以應用于氣體。

    流體動力學的方程

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    流體動力學的基本公理的守恒定律,具體而言,質量守恒,守恒線性動量,以及能量守恒定律(也稱為熱力學xxx定律)。它們基于經典力學,并在量子力學和廣義相對論中進行了修改。它們使用雷諾輸運定理表示。

    除上述之外,假設流體服從連續介質假設。流體由相互碰撞分子固體物體組成。然而,連續統假設假設流體是連續的,而不是離散的。因此,假設密度、壓力、溫度和流速等特性在空間中的無限小點上是明確定義的,并且從一個點到另一個點連續變化。流體由離散分子組成的事實被忽略。

    對于密度足以成為連續體、不包含電離物質且流速相對于光速較小的流體,牛頓流體的動量方程是Navier-Stokes方程——這是一個非線性集的微分方程描述其應力線性依賴于流速梯度和壓力的流體的流動。未簡化的方程沒有一般的封閉形式解,因此它們主要用于計算流體動力學。.方程可以通過多種方式進行簡化,所有這些都使它們更容易求解。一些簡化允許以封閉形式解決一些簡單的流體動力學問題。

    多學科類型

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    根據馬赫制度的流動

    雖然許多流動(例如通過管道的水流)以低馬赫數(亞音速流動)發生,但許多在空氣動力學或渦輪機中具有實際意義的流動發生在M=1的高分數(跨音速流動)或超過它(超音速甚至高超音速流動)。在這些狀態下會出現新現象,例如跨音速流動的不穩定性、超音速流動的沖擊波或由于高超聲速流動中的電離導致的非平衡化學行為。在實踐中,這些流態中的每一個都被單獨處理。

    反應與非反應流

    反應流是具有化學反應性的流動,它在許多領域都有應用,包括燃燒(內燃機)、推進裝置(火箭、噴氣發動機等)、爆炸、火災和安全危害以及天體物理學。除了保護的質量,動量和能量,保護個體的物種(例如,質量分數甲烷在甲烷燃燒)需要被衍生,其中獲得的任何種類的生產/消耗速率通過同時求解方程化學動力學

    磁流體動力學

    磁流體動力學是對電磁場中導電流體流動的多學科研究。這種流體的例子包括等離子體液態金屬和鹽水。流體流動方程與麥克斯韋電磁方程同時求解。

    相對論流體動力學

    相對論流體動力學研究宏觀和微觀流體在與光速相當的大速度下的運動。流體動力學的這個分支占相對論效應無論從狹義相對論和廣義相對論。控制方程推導出黎曼幾何為閔可夫斯基時空。

    壓力的概念是研究流體靜力學和流體動力學的核心。無論流體是否在運動,都可以為流體中的每個點識別壓力。可以使用無液、波登管、水銀柱或各種其他方法測量壓力。

    流體動力學研究中必需的一些術語在其他類似的研究領域中找不到。特別是,流體動力學中使用的一些術語在流體靜力學中沒有使用。

    流體動力學

    不可壓縮流體動力學中的術語

    總壓和動壓的概念源自伯努利方程,在所有流體流動的研究中都很重要。(這兩個壓力不是通常意義上的壓力——它們不能使用無液膜、波登管或水銀柱來測量。)為了避免在流體動力學中提到壓力時潛在的歧義,許多作者使用術語靜壓來區分它與總壓和動壓。靜壓與壓力相同,可以識別流體流場中的每個點。

    流體流中流動停止的點(也就是說,與浸入流體流中的某個固體相鄰的速度為零)具有特殊意義。它是如此重要,以至于被賦予了一個特殊的名稱——停滯點。駐點處的靜壓力具有特殊的意義,因此得名——駐點壓力。在不可壓縮流動中,駐點處的駐點壓力等于整個流場的總壓力。

    可壓縮流體動力學中的術語

    可壓縮流體中,可以方便地定義所有熱力學狀態屬性(例如總溫度、總焓、總聲速)的總條件(也稱為停滯條件)。這些總流量條件是流體速度的函數,并且在不同運動的參考系中具有不同的值。

    為了避免在提及與流體狀態而非運動相關的流體屬性時可能產生歧義,通常使用前綴“靜態”(例如靜態溫度和靜態焓)。在沒有前綴的情況下,流體屬性是靜態條件(因此“密度”和“靜態密度”的意思相同)。靜態條件與參考系無關。

    因為總流動條件是通過等熵使流體靜止來定義的,所以沒有必要區分總熵和靜態熵,因為它們在定義上總是相等的。因此,熵最常被簡稱為“熵”。

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    詞條目錄
    1. 流體動力學
    2. 流體動力學的方程
    3. 多學科類型
    4. 根據馬赫制度的流動
    5. 反應與非反應流
    6. 磁流體動力學
    7. 相對論流體動力學
    8. 不可壓縮流體動力學中的術語
    9. 可壓縮流體動力學中的術語

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