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流体动力

流体动力学(Fluid dynamics)是流体力学的一门子学科。流体动力学研究的对象是运动中的流体(含液体和气体)的状态与规律。流体动力学底下的子学科包括有空气动力学和液体动力学。

解决一个典型的流体动力学问题,需要计算流体的多项特性,主要包括速度、压力、密度、温度。

流体动力学有很大的应用,比如在预测天气,计算飞机所受的力和力矩,输油管线中石油的流率等方面上。其中的的一些原理甚至运用在交通工程,因交通运输本身可被视为一连续流体运动。

流体动力学方程

流体动力学的基本公理为守恒律,特别是质量守恒、动量守恒(也称作牛顿第二与第三定律)以及能量守恒。这些守恒律以经典力学为基础,并且在量子力学及广义相对论中有所修改。它们可用雷诺传输定理(Reynolds transport theorem)来表示。

除了上面所述,流体还假设遵守“连续性假设”(continuum assumption)。流体由分子所组成,彼此互相碰撞,也与固体相碰撞。

然而,连续性假设考虑了流体是连续的,而非离散的。因此,诸如密度、压力、温度以及速度等性质都被视作是在无限小的点上具有良好定义的,并且从一点到另一点是连续变动。流体是由离散的分子所构成的这项事实则被忽略。

若流体足够致密,可以成为一连续体,并且不含有离子化的组成,速度相对于光速是很慢的,则牛顿流体的动量方程为“纳维-斯托克斯方程”。其为非线性微分方程,描述流体的流所带有的应力是与速度及压力呈线性相依。

未简化的纳维-斯托克斯方程并没有一般闭形式解,所以只能用在计算流体力学,要不然就需要进行简化。方程可以通过很多方法来简化,以容易求解。其中一些方法允许适合的流体力学问题能得到闭形式解。

除了质量、动量与能量守恒方程之外,另外还有热力学的状态方程,使得压力成为流体其他热力学变量的函数,而使问题得以被限定。

所谓的理想气体的状态方程:

PV=nRTP是压力,V是气体所占体积,n是摩尔数,R是 理想气体常数,T是温度

伯努利方程

常数 = P + 1/2*ρ*ν ^2 + ρ*g*h;

注:里这P为流体压强,ρ为流体密度,v为流体体积,h为流体高度,g为流体重力加速度一般取值9.8牛顿米

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