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液体动力学研究内容

2018/06/19195 作者:佚名
导读: 液体运动受两个主要方面的影响:一是液体本身的特性;另一是约束液体运动的边界特性。根据这些特性的改变,液体动力学的主要研究内容有:理想液体运动 可忽略粘性的液体称为理想液体。根据普朗特的边界层理论,在边界层以外的区域中,粘性力可以不予考虑,因此理想液体的运动规律在特定条件下仍可应用。在普朗特以前,在这一领域曾进行过很多研究(见有环量的无旋运动,拉普拉斯无旋运动)。液体的压缩性很小;只有在几种情

液体运动受两个主要方面的影响:一是液体本身的特性;另一是约束液体运动的边界特性。根据这些特性的改变,液体动力学的主要研究内容有:

理想液体运动 可忽略粘性的液体称为理想液体。根据普朗特的边界层理论,在边界层以外的区域中,粘性力可以不予考虑,因此理想液体的运动规律在特定条件下仍可应用。在普朗特以前,在这一领域曾进行过很多研究(见有环量的无旋运动,拉普拉斯无旋运动)。液体的压缩性很小;只有在几种情况下,如管道中的水击、水中声波、激波传播等,才要考虑液体的可压缩性。

粘性液体运动 有些液体(如润滑油)的粘性很大,分析这些液体流动状态时必须予以考虑(见润滑理论,斯托克斯流动)。另外,分析船舶的摩擦阻力、边界层和波浪间的干扰、船舶和潜体的尾流等都必须考虑液体的粘性。

空化 液体流经压力足够低的区域时,就会气化并在液体内部或液固交界面上形成空泡。水中常含有直径从几十到几百微米的气泡(称为气核),有气核存在才会发生空化。空泡的溃灭产生冲击,引起边壁材料的剥蚀和破坏(见空蚀)。

多相流 挟有固体颗粒、掺有气泡或兼有两者的液体流动称为多相流。最常见的有河道中的含沙水流(见泥沙运动);其次是掺气水流和发生空化后带有空泡的液体流动(见空泡流理论)。气核能影响声波的传播,当水中所含的气核与水的体积比大于10-3时,水中声速就会小于空气中的声速(纯水中的声速约为空气声速的五倍)。

非牛顿流体流动 有些液体(如含沙量高的水)的剪应力和剪切变形速率不成线性关系,这些液体属于非牛顿流体。加入高分子聚合物的水也是非牛顿流体,这种流体对在其中运动的物体的阻力低得多(见非牛顿流体力学)。

自由表面流动 液体流动的部分边界可以是液体和空气的分界面,沿这一部分边界的压力接近常数。河道、渠道、海洋流动皆属于这一类型,称为无压流。自由表面流动的范围很广,包括明槽流、河道非定常流、波浪运动等(见液体自由表面波)。由于造船工程、水利工程的需要,自由表面流动的研究工作早已开始。海洋工程的发展,对这方面的研究又提出新的要求(见海洋结构物水动力学)。有时由于在液体流动区域中形成空腔而有局部和气体接触的自由表面,如鱼雷、导弹在水中运动时引起空化而形成的空腔、从空中进入水中时带入空气而形成的空腔、以及为了防止空蚀通入空气而形成的空腔等皆是(见空化,出水,入水)。

压力流 液体四周都受固体边壁约束的流动称为压力流,又称满管流。水力机械和船舶螺旋桨的旋转叶片间的流动也是压力流。早期为了计算供水系统的流量分配而开始研究管流的特性。压力管道常和水力机械相连,因而出现弹性振动和水击问题。两层或多层密度不相同的液体可以形成分层流。密度差可以是由于液体不同(如水和石油)所引起,也可以是由于含盐、含沙量不同,或温度不同所引起。在石油开采,海水浸入,潜艇航行,水库排沙,电站冷却水的研究中,分层流是很重要的课题(见压力流,异重流,旋转流体和分层流体流动)。

水弹性问题 液体流过固体边壁,在某些条件下可以引起边壁的振动,边壁振动又反过来改变流动特性。研究液体、水和固体边壁相互作用的理论,称为水弹性理论。

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