cora 发表于 2005-9-28 08:27

[转帖]流体力学中定常流动的确切定义是什么?

我看到的是速度场不随时间变化的流动就是定常流动。但是在研究流函数时,在费翔麟主编的高等流体力学一书中的推导,好象有不是这样定义的,具体是怎样定义的,请朋友们指点一下。

其实,定常流动这个概念中,大家最容易迷茫的是:流速随空间的变化而变化,但不随时间变化,于是我 们就会问:空间变化时,时间不也在变吗?怎么能说速度与时间无关呢?(这其实是个习惯思维的误区,我们可以想象在同一时刻不同的空间点的变化),对于这点,我们也可以应该用数学中的偏微分来理解,把速度看成是时间与空间的函数,速度对时间的偏微分等于0就是定常流动。形象的来说,假如有个流场,在其中,不同的空间点具有不同的值,但每个空间点的速度不随时间变化,就是定常流动。至于不同教材中的不同说法,只不过是描述不一样,例如吴望一的教材应该是数学语言多点,而其它的可能是工程角度多点,但在作者没有错误的条件下,本质是一样的 。

cora 发表于 2005-9-28 08:27

定常,非定常是对于流场本身的物理性质来说的,指的是物理解是否随时间变化,如果不变化就是定常的。

稳定,非稳定是从数值计算角度来说,一般指的是解物理方程的数值方法是否稳定分为条件稳定,绝对稳定和绝对不稳定,简单说就是对初始值容忍程度。

数值方法(狭义来说:离散物理模型方程得到得差分方程)的稳定性一般指的是差分方程的稳定性,它反映的是针对差分方程的数值解来言的一个性质,简单说就是数值解是否收敛。它由有差分方程的性质决定,这仅说的是差分方程的稳定性。

但实际计算中,网格性质,时间步长也决定了数值方法的稳定性,就是最终是否能得到收敛解,比如库朗数,就是表达了空间步长和时间步长的对数值计算收敛性影响一个数。如果库朗数太大,可能对稳定的差分方程却导致发散的结构,我想这一般是我们所言的稳定性。

数值方法的稳定性,是一门需要很强物理数学基础的学科。

还有顺便说说,有时候,数值计算得到稳定解,未必是物理解,就是说,可能物理上是非定常得,数值计算得到了一个稳定的结果,我们不能断言这个流场就是定常的。我觉得考虑定常,非定常不能光从方程上看,而要通过流场实际的物理性质来判断流场是否定常,简单得一个例子就是,用欧拉方程求解跨声速绕流,一般跨声速流场应该有激波震荡现象,流场是非定常的,但是欧拉方程就能解出一个稳定得流场,一个稳定得激波面

反之,有时候,物理上应该是定常的流场,可能由于数值方法的不合理,最终会导致不稳定的结果,简单例子就是用fluent时,把库朗数加大,特别是在开始跌带的时候,可能就是发散了,得不到收敛解。

qqffss 发表于 2005-9-28 14:41

受益匪浅啊,前几天还有人问过我什么叫非定常流动

qqffss 发表于 2005-9-28 14:42

我给他的答案事后想想自己都不满意
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