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理想流體模型有哪些重要意義!

更新時間:2020-04-01      點擊次數(shù):4945

流體的粘度及其影響因素比較復(fù)雜,給實際冶金網(wǎng)流體的運動規(guī)律的研究帶來很大的不 便。因此,為把問題簡化,正像物理學(xué)中引入理想氣體,理論力學(xué)中引入剛體等概念一 樣,流體力學(xué)中也常采用理想流體(或稱無粘性流體)模型,即假設(shè)流體在流動時沒有摩擦 損失,認為內(nèi)摩擦力為零。在處理實際問題時,先按理想流體來考慮,找出規(guī)律后再加以修 正,然后應(yīng)用于實際流體。實際上在某些場合下,粘性并不起主要作用,此時實際流體就可 按理想流體來處理。因此,引入理想流體的概念,對解決工程實際問題具有重要意義。 紊流是工程實際當(dāng)中常見的一種流動型態(tài),其特點是流體內(nèi)部充滿了許多可以目測的 大小不等的漩渦,這些漩渦除在主流方向隨流體運動外,還在各個方向產(chǎn)生無規(guī)則的運動, 使流場中各質(zhì)點的運動方向和大小都隨時間而波動,形成脈動現(xiàn)象。雷諾數(shù)越大,這種脈動 越強烈。紊流的這種無規(guī)則的隨機運動,使得對紊流的研究要比層流復(fù)雜得多。雖然從微觀 上看,紊流實際上是不穩(wěn)定流動,但大量實驗觀測結(jié)果表明,當(dāng)外界條件不變時,在足夠長 的時間內(nèi),這種脈動的各運動參數(shù)始終在某一平均值上下波動。從實際的角度考慮,人們關(guān) 心的并不是紊流的瞬時量,而是這些運動參數(shù)的統(tǒng)計平均值。因此,通常用紊流在某一段時 間內(nèi)的某參數(shù)的統(tǒng)計平均值(稱為時均值)來代替相應(yīng)的脈動參數(shù)值,以平均值和脈動值之和 來代替瞬時值,這就是“時均化”的概念。引入時均化的概念后,工程當(dāng)中實際不穩(wěn)定的紊流 脈動現(xiàn)象并可簡化為時均意義上的穩(wěn)定流動來處理,通常測定和使用的紊流運動參數(shù)(如流 速、流量、壓力等)都是時均化意義上的穩(wěn)定值。 實際粘性流體流動中,無論Re 數(shù)有多大,在固體壁面上流速總為零。而在離開壁面僅 一小距離處,流體的速度就變到與主流速度U()大體相等。因此壁面附近存在一個垂直于流 速方向的速度梯度很大的薄層區(qū)域,稱之為邊界層。流體粘性的影響僅限于邊界層。下面以 流體均勻流過平板為例來說明邊界層的形成與發(fā)展。 從量綱分析中還可得知,雷諾數(shù)實際上是慣性力與粘性力之比其物理意義很明確,Re 值小,表明粘性力的作用較慣性力大,能夠削弱甚至消除因干擾造成的流體擾動,使流動保 持為層流狀態(tài);Re 值大,表明粘性力作用小,無法抵抗因干擾而產(chǎn)生的流體擾動,而慣性力 則易促使擾動的發(fā)展與擴大,使流動呈現(xiàn)紊流狀態(tài)。

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