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黏性流体模型介绍

  流体的黏性是流体的一种物理特性,它表示流体各部分之间动量传递的难易程度,反映了流体抵抗剪切变形的能力。黏性流体是一切真实流体的模型,它具有普遍的意义。

  牛顿通过实验首先提出黏性流体的剪切应力公式,为黏性流体力学的发展创造了条件。1823年L .纳维尔和G.G.斯托克斯分别建立了不可压与可压黏性流体运动方程组。此后,边界层、紊流理论的研究普遍开展起来。

  虽然流体的黏性是用动力黏度μ 来衡量,但是μ 的流体未必当作黏性流体流动来处理。依牛顿内摩擦定律,剪切应力与动力黏度μ 及速度梯度有关。因此,虽然流体的动力黏度较大,但如果流场的速度梯度很小,剪切应力仍然不大,就可以把它当作无黏性流动来处理。相反,如果流体的黏性较小,但流场的速度梯度很大,则仍有必要把它当作黏性流动来处理。

  1904年,普朗特提出了边界层理论,将流动划分为两个区域,在远离边界以外的区域中(势流区),黏性效应可予忽略,用无黏性流体理论求解。而在靠近边界的一薄层区域中,黏性效应不可忽略,应利用黏性流动理论求解。这样,边界层理论不仅给出了正确的数学提法,而且也用黏性流动理论解释了在这种情况下阻力的存在。

  紊流是黏性流体流动中的一个重要方面。实验表明,流体流动有两种流态,层流和紊流。自然界很多层流运动,常常是不稳定的,稍有扰动,层流立即转变为紊流,紊流运动与层流的重大差别是,在它的不规则性和输运能力的剧烈増大。但是由于紊流运动的复杂性,其发生机理至今仍不清楚。目前,对紊流的研究主要通过紊流的平均运动和涨落运动求解黏性流体运动基本方程。

流体力学主要理论模型

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