《流体力学基本知识》思维导图

boaboa

2022-10-27

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流体静力

流体

表面

压缩性

湍流

质量力

雷诺

流体静力学作用于流体上的力按作用方式可分为表面力和质量力两类

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思维导图大纲

流体力学基本知识点

流体力学是什么，研究流体产生的力，飞行器相关的主要就是物体表面上的力，比如用偶极子加直匀流来模拟圆柱绕流，这个可以进行保角变换来进行机翼表面的压力状况。

流体力学和固体力学的差别和相似之处

固体和流体的区别，第一感觉就是一静一动，拿机翼来说，研究气动的话，空气得动起来才有力，而相应如果研究机翼的强度问题，那可以把机翼放在那加力就好了。这是一个直观的总体的感觉。仔细来看，那就是流体在静止的状态下，它不能承受剪力，粘性也表现不出来，所以很多性质需要在动的情况下去研究。

相似之处，都是微元的处理方式。

流体的粘性

牛顿流体，粘性和速度梯度成正比，比例因子就是粘性系数。粘性不同于分子间作用力或者张力，它是运动才会产生的，流体的动摩擦力，而流体不存在静摩擦力。粘就不是粘性，它是静态的，更多的就是分子间作用力之类的了。

粘性的性质，是流体它固有的。主要受温度的影响，对液体来说，温度越高，应该是越丝滑的，因为温度高了分子间的间距应该会大一点，那么接触的少了，所以摩擦少了；但是对于气体则不然，气体主要是受热运动来控制的，当温度升高，那么分子的热运动加剧，使得分子之间的相互碰撞加剧，最终导致粘性升高。

压缩性

压缩一般说的是气体，固体和液体是不容易被压缩的。固定容器内的压缩通常可以减小体积，飞行器方面是在空间中的研究，这时候压缩，就相当于弹簧后面有人推，前面来不及反映，最终的效果就是被压缩了，体现出一个速度的关系，所以用速度和声速之比来表示压缩性。

因此可知空间中的压缩伴随着提速，放在流管中来看比较清晰，亚声速扩张收缩流道，速度增加，Ma增加，静压静温就会减小，密度相应增大，那就是被压缩了。超音速，扩张流管中，马赫数会升高，静温静压下降，速度增加。

但是地马赫数下常常会认为流体不可压缩来处理，不可压缩，那么音速就是无穷大了，像无限长钢管一样，左边一推，立马传到另一边了。

湍流和层流的区别

湍流和层流的速度不一样，流动特征不一样。湍流是一个整齐，互相参杂互相帮助；层流是各管各的。导致的性质不同，因为层流是各管各的，所以它容易造成避免附近的跟不上，导致流动分离，而湍流则不容易流动分离。

层流的摩擦力却比较小，湍流的摩擦力比较大。毕竟湍流活跃。

1、湍流与层流的讨论：

①概念分类：层流是各层之间没有掺混，湍流是各层之间有掺混。

②湍流与层流可以用雷诺数来区分，雷诺数大，湍流。雷诺数本身，惯性力与粘性力之比。

解决问题①：湍流为什么可以用雷诺数来衡量：

首先，湍流是和雷诺数正相关的，但是不一定就必须以2300为分界点。雷诺数是惯性力与粘性力的比值。

惯性力趋于维持动量，Re大时，流动中的微小扰动会被放大，并由扩散作用输送到其他区域。粘性力趋于耗散动量，就会使得流动变稳定。这与平时的感觉似乎有点不同，我们可能觉得粘性力会导致涡的产生，那就借用一个回答：（不客气，粘性力增加使得掺混增加，逻辑上似乎是合理的，但仅限于湍流边界层的底层。因为这里的能量是反向传递的，即能量由紧挨固体壁面形成的小涡向大涡传递，粘性大则能量传递效果越强。这也是大尺度的涡的由来。而外侧的流动，能量由大涡向小涡传递，最终耗散，如果粘性增大，能量在较大尺度的涡上就耗散掉了，流动很快就归于平静。所以总体上，粘性越大，流动越趋向于层流）。