gdayang 发表于 2008-1-19 10:42

流体方面的概念

1.可压流体与非可压流体
根据密度是否为常数,流体可分为可压与不可压流体。
当密度为常数时,流体为不可压流体,否则为可压流体。
水的可压缩型是很小的,压强每增加一个大气压,其体积变化不到万分之一。工程中常用的其它工作液体,如液压油,机械油等,其体积模量数值也都很大,在一般工程计算中,可以忽略其可压缩性,将其看作是不可压流体。
气体的可压缩性与液体相比则大得很多,因此,在研究气体的时候,无论是温度还是压强对体积和密度的影响都必须考虑。
在低速(通常取小于50m/s)气流中,当压强变化不大时,通常可以忽略可压缩性的影响,按不可压流体来处理,其结果也是足够精确的。
2.体积模量
流体体积随压强变化的属性通常以压缩率或体积模量来表示。
压缩率:当流体温度保持不变,所受压强改变时,其体积的相对变化率。
压缩率的倒数称为体积模量。用体积模量来表示流体的可压缩性的大小很方便。体积模量大的流体可压缩性小,体积模量小的流体可压缩性大。
3.水力直径与当量直径
有些时候,我们会涉及到水力直径这个量的计算。
水力直径是水力半径的二倍,水力半径是总流过流断面面积与湿周之比。
当量直径是总流过流断面面积的四倍与湿周之比。因此当量直径是水力直径的二倍。
所谓湿周,就是在总流的过流断面上与流体相接触的固体边壁周长。
4.近壁面区流动
对于有固体壁面的充分发展的湍流流动,沿壁面法线方向的不同距离上,可将流动划分为壁面区和核心区。核心区的流动是完全湍流区。在壁面区,流体流动受壁面流动条件的影响比较明显,壁面区又可分为三个子层:粘性底层,过渡层,对数律层。
粘性底层是一个紧贴固体壁面的极薄层,其中粘性力在动量、热量及质量交换中起主导作用,湍流切应力可以忽略,所以流动几乎为层流流动,平行于壁面的速度分量沿壁面法线方向为线性分布。
过渡层处于粘性底层的外面,其中粘性力和湍流切应力作用相当,流动状况复杂,很难用一个公式或定律来描述,但过渡层的厚度极小,可以归入到对数律层中。
对数律层处于最外层,其中粘性力的影响不明显,湍流切应力占主要地位,流动处于充分发展的湍流状态,流速分布接近对数律。
5.描述流体运动的两种方法
拉格朗日法
研究流场中每一个流体质点的运动,分析运动参数随时间的变化规律,然后综合所有的流体质点,得到整个流场的运动规律。
拉格朗日法着眼于流体质点,将运动参数看作为随体坐标与时间的函数。
欧拉法
研究某瞬时整个流场内位于不同位置上流体质点的运动参数,然后综合所有空间点,用于描述整个流体的运动。
欧拉法着眼于空间点,将运动参数看作为空间坐标和时间的函数。
两者可以互相转化。

6.牛顿流体与非牛顿流体
依据内摩擦剪应力与速度变化率的关系不同,粘性流体又分为牛顿流体和非牛顿流体。
牛顿内摩擦定律表示:流体内摩擦剪应力和单位距离上的两层流体间的相对速度成比例。比例系数µ称为流体动力粘度,常简称为粘度。它的值取决于流体的性质、温度和压力大小。若µ为常数,则称为牛顿流体,否则为非牛顿流体。空气、水等均为牛顿流体;聚合溶液、含有悬浮粒杂质或纤维的流体为非牛顿流体。
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