流體 りゅうたい 力學 りきがく (英語 えいご :Fluid mechanics )是 これ 力學 りきがく 的 てき 一門 いちもん 分 ぶん 支 ささえ ,是 ぜ 研究 けんきゅう 流體 りゅうたい (包含 ほうがん 氣體 きたい 、液體 えきたい 及等 とう 離 はなれ 子 こ 體 たい )現象 げんしょう 以及相關 そうかん 力學 りきがく 行為 こうい 的 てき 科學 かがく 。流體 りゅうたい 力學 りきがく 可 か 以按照 あきら 研究 けんきゅう 對象 たいしょう 的 てき 運動 うんどう 方式 ほうしき 分 ぶん 為 ため 流體 りゅうたい 靜 せい 力學 りきがく 和 わ 流體 りゅうたい 動力 どうりょく 學 がく ,前者 ぜんしゃ 研究 けんきゅう 處 しょ 於靜止 せいし 狀態 じょうたい 的 てき 流體 りゅうたい ,後者 こうしゃ 研究 けんきゅう 力 ちから 對 たい 於流體 りゅうたい 運動 うんどう 的 てき 影響 えいきょう 。流體 りゅうたい 力學 りきがく 按照應用 おうよう 範圍 はんい ,分 ふん 為 ため 空氣 くうき 力學 りきがく 及水力 すいりょく 學 がく 等 ひとし 。
流體 りゅうたい 力學 りきがく 是 ぜ 連續 れんぞく 介 かい 質 しつ 力學 りきがく 的 てき 一門 いちもん 分 ぶん 支 ささえ ,是 ぜ 以宏 ひろし 觀 かん 的 てき 角度 かくど 來 らい 考慮 こうりょ 系統 けいとう 特性 とくせい ,而不是 ぜ 微 ほろ 觀 かん 的 てき 考慮 こうりょ 系統 けいとう 中 ちゅう 每 ごと 一 いち 個 こ 粒子 りゅうし 的 てき 特性 とくせい 。流体 りゅうたい 力学 りきがく (尤 ゆう 甚是流體 りゅうたい 動力 どうりょく 學 がく )是 ぜ 一 いち 個 こ 活躍 かつやく 的 てき 研究 けんきゅう 領域 りょういき ,其中有 ちゅうう 許多 きょた 尚 ひさし 未 み 解決 かいけつ 或 ある 部分 ぶぶん 解決 かいけつ 的 てき 問題 もんだい 。流體 りゅうたい 動力 どうりょく 學 がく 所 しょ 應用 おうよう 的 てき 數學 すうがく 系統 けいとう 非常 ひじょう 複雜 ふくざつ ,最 さい 佳 けい 的 てき 處理 しょり 方式 ほうしき 是 ぜ 利用 りよう 電腦 でんのう 進行 しんこう 數 かず 值分析 ぶんせき ,如計算 けいさん 流體 りゅうたい 力學 りきがく 通 つう 过數值分析 ぶんせき 的 てき 方式 ほうしき 求 もとめ 解 かい 流體 りゅうたい 力學 りきがく 問題 もんだい 。粒子 りゅうし 圖像 ずぞう 測 はか 速 はや 技術 ぎじゅつ 是 ぜ 一個將流體流場視覺化並進行分析的實驗方式,也利用 りよう 了 りょう 流體 りゅうたい 高度 こうど 可 か 見 みる 化 か 的 てき 特 とく 點 てん 。
理論 りろん 流體 りゅうたい 力學 りきがく 的 てき 基本 きほん 方 かた 程 ほど 是 これ 纳维-斯托克 かつ 斯方程 ほど ,簡稱 N-S方 かた 程 ほど ,纳维-斯托克 かつ 斯方程 ほど 由 よし 一 いち 些微分 びぶん 方 かた 程 ほど 組成 そせい ,通常 つうじょう 只 ただ 有 ゆう 透過 とうか 給 きゅう 予 よ 特定 とくてい 的 てき 邊 あたり 界 かい 條件 じょうけん 與 あずか 使用 しよう 數 かず 值計算 けいさん 的 てき 方式 ほうしき 才 ざい 可 か 求 もとめ 解 かい 。纳维-斯托克 かつ 斯方程 ほど 中 ちゅう 包含 ほうがん 速度 そくど
v
→
=
(
u
,
v
,
w
)
{\displaystyle {\vec {v}}=(u,v,w)}
、壓 あつ 强 きょう
p
{\displaystyle p}
、密度 みつど
ρ ろー
{\displaystyle \rho }
、黏度
η いーた
{\displaystyle \eta }
,和 わ 温度 おんど
T
{\displaystyle T}
等 ひとし 變量 へんりょう ,而這些都是 ぜ 位置 いち
(
x
,
y
,
z
)
{\displaystyle (x,y,z)}
和 わ 時間 じかん t 的 てき 函數 かんすう 。通過 つうか 質量 しつりょう 守恒 もりつね 、能 のう 量 りょう 守恒 もりつね 和 わ 動 どう 量 りょう 守恒 もりつね ,以及熱 ねつ 力學 りきがく 方 かた 程 ほど
f
(
ρ ろー
,
p
,
T
)
{\displaystyle f(\rho ,p,T)}
和 わ 介 かい 質 しつ 的 てき 材料 ざいりょう 性質 せいしつ ,我 わが 們可以確定 かくてい 這些變量 へんりょう 與 あずか 其應變 おうへん 的 てき 關係 かんけい 。
与 あずか 連續 れんぞく 介 かい 質 しつ 力學 りきがく 的 てき 關係 かんけい
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流體 りゅうたい 力學 りきがく 的 てき 基本 きほん 假設 かせつ
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由 よし 一 いち 控 ひかえ 制 せい 表面 ひょうめん 包圍 ほうい 的 てき 控 ひかえ 制 せい 體積 たいせき 內,某 ぼう 積分 せきぶん 量的 りょうてき 平衡 へいこう
任 にん 一 いち 個 こ 真實 しんじつ 世界 せかい 的 てき 數學 すうがく 模型 もけい 都 みやこ 有 ゆう 其基本 きほん 假設 かせつ ,流體 りゅうたい 力學 りきがく 也不例外 れいがい 。這些基本 きほん 假設 かせつ 是 ぜ 可 か 以用方程式 ほうていしき 的 てき 形式 けいしき 表示 ひょうじ ,若 わか 基本 きほん 假設 かせつ 成立 せいりつ ,其方程式 ほうていしき 也必定 ひつじょう 成立 せいりつ 。
例 れい 如考慮 こうりょ 三維空間下的流場,質量 しつりょう 守恆 もりつね 的 てき 假設 かせつ 意味 いみ 著 ちょ 針 はり 對 たい 任 にん 何 なん 被 ひ 控 ひかえ 制 せい 表面 ひょうめん 包圍 ほうい 的 てき 控 ひかえ 制 せい 體積 たいせき (例 れい 如球體 きゅうたい ),體積 たいせき 內質量的 りょうてき 變化 へんか 率 りつ 等 とう 於質量 りょう 由 よし 外 がい 往內通過 つうか 控 ひかえ 制 せい 表面 ひょうめん 的 てき 速 そく 率 りつ ,再 さい 減 げん 去 さ 質量 しつりょう 由 よし 內往外 がい 通過 つうか 控 ひかえ 制 せい 表面 ひょうめん 的 てき 速 そく 率 りつ (其中的 てき 一個特例是控制體積內外的質量均為定值),這可以轉換 てんかん 成 なり 控 ひかえ 制 せい 體積 たいせき 內積分 せきぶん 形式 けいしき 的 てき 方程式 ほうていしき [1] :74 。
流體 りゅうたい 力學 りきがく 假設 かせつ 所有 しょゆう 流體 りゅうたい 滿足 まんぞく 以下 いか 的 てき 假設 かせつ :
若 わか 在 ざい 次 じ 音速 おんそく 的 てき 條件下 じょうけんか ,也常假設 かせつ 流體 りゅうたい 是 ぜ 不可 ふか 壓縮 あっしゅく 流體 りゅうたい ,也就是 ぜ 流體 りゅうたい 的 てき 密度 みつど 為 ため 定 てい 值。一般情形下的液體可以算是不可壓縮流體,氣體 きたい 則 そく 不 ふ 一定 いってい 。
有 ゆう 時 じ 也會假設 かせつ 流體 りゅうたい 的 てき 黏度 為 ため 零 れい ,此時流體 りゅうたい 即 そく 為 ため 非 ひ 黏性流體 りゅうたい 。氣體 きたい 常常 つねづね 可視 かし 為 ため 非 ひ 黏性流體 りゅうたい 。若 わか 流體 りゅうたい 黏度 不為 ふため 零 れい ,而且流體 りゅうたい 被 ひ 容器 ようき 包圍 ほうい (如管子 こ ),則 のり 在 ざい 邊 あたり 界 かい 處 しょ 流體 りゅうたい 的 てき 速度 そくど 為 ため 零 れい 。若 わか 是 ぜ 黏性流體 りゅうたい ,而且容器 ようき 邊 べ 界 かい 不 ふ 是 ぜ 多孔 たこう 材質 ざいしつ ,則 のり 在 ざい 邊 あたり 界 かい 處 しょ 流體 りゅうたい 和 わ 邊 べ 界 かい 之 の 間 あいだ 的 てき 剪力也是零 れい ,稱 しょう 為 ため 無 む 滑 すべり 動 どう 條件 じょうけん 。若 わか 容器 ようき 邊 べ 界 かい 是 ぜ 多孔 たこう 材質 ざいしつ ,在 ざい 進入 しんにゅう 容器 ようき 的 てき 前 ぜん 沿,滑 すべり 動 どう 條件 じょうけん 造成 ぞうせい 速度 そくど 不為 ふため 零 れい .在 ざい 容器 ようき 多孔 たこう 材質 ざいしつ 中 ちゅう 流體 りゅうたい 和 わ 自由 じゆう 流體 りゅうたい 之 の 間 あいだ 會 かい 有 ゆう 不連續 ふれんぞく 的 てき 速度 そくど 場 じょう ,這和比 ひ 佛 ふつ 爾 なんじ 和 わ 約 やく 瑟夫條件 じょうけん (Beavers and Joseph condition)有 ゆう 關 せき 。
流體 りゅうたい 是 ぜ 由 よし 分子 ぶんし 組成 そせい ,不 ふ 論 ろん 分子 ぶんし 之 の 間 あいだ 還 かえ 是 ぜ 及分子 ぶんし 和 わ 固體 こたい 之 の 間 あいだ 都會 とかい 有 ゆう 碰撞。不 ふ 過 か 連續 れんぞく 體 たい 假設 かせつ 認 みとめ 為 ため 流體 りゅうたい 是 ぜ 連續 れんぞく 的 てき 。像 ぞう 是 ぜ 密度 みつど 、壓力 あつりょく 、溫度 おんど 和 わ 速度 そくど 等 とう 特性 とくせい 都 と 假設 かせつ 為 ため 即 そく 使 し 是 ぜ 在 ざい “無限 むげん ”小 しょう 的 てき 點 てん 上 じょう 都 と 有明 ありあけ 確 かく 定義 ていぎ ,甚至是 ぜ 參考 さんこう 體積 たいせき 元素 げんそ 的 てき 尺度 しゃくど 接近 せっきん 和 わ 流體 りゅうたい 中 ちゅう 二相鄰分子距離的情形也是如此。假設 かせつ 特性 とくせい 在 ざい 一點和一點之間是連續的變化,而在參考 さんこう 體積 たいせき 元素 げんそ 中 ちゅう 的 てき 特性 とくせい 為 ため 其平均 へいきん 值,不 ふ 考慮 こうりょ 流體 りゅうたい 是 ぜ 由 よし 離散 りさん 分子 ぶんし 所 しょ 組成 そせい 的 てき 事實 じじつ 。
連續 れんぞく 體 たい 假設 かせつ 基本 きほん 上 じょう 是 ぜ 一 いち 個 こ 近似 きんじ 值,就像在 ざい 處理 しょり 天體 てんたい 力學 りきがく 時 じ ,將行 まさゆき 星 ほし 假設 かせつ 為 ため 質點 しつてん 一 いち 樣 よう ,因 いん 此所得 しょとく 的 てき 解 かい 只 ただ 是 これ 近似 きんじ 解 かい 。連續 れんぞく 體 たい 假設 かせつ 所得 しょとく 的 てき 結果 けっか 可能 かのう 無法 むほう 達 たち 到 いた 所 ところ 需的精度 せいど 。不 ふ 過 か 在 ざい 適當 てきとう 的 てき 情況 じょうきょう 下 か ,連續 れんぞく 體 たい 假設 かせつ 可 か 以產生 せい 極 ごく 為 ため 精確 せいかく 的 てき 結果 けっか 。
有 ゆう 關 せき 那 な 些應用 おうよう 連續 れんぞく 體 たい 假設 かせつ 後 ご ,無法 むほう 得 え 到 いた 所 ところ 需精度 せいど 的 てき 問題 もんだい ,可 か 以利用 りよう 統計 とうけい 力學 りきがく 的 てき 方法 ほうほう 求 もとめ 解 かい 。至 いたり 於一問題是否應該用統計力學求解,可 か 以藉由 よし 計算 けいさん 此問題 もんだい 的 てき 克 かつ 努 つとむ 森 もり 数 すう 得知 とくち 。克 かつ 努 つとむ 森 もり 数 すう 定義 ていぎ 為 ため 分子 ぶんし 平均 へいきん 自由 じゆう 程 ほど 與 あずか 問題 もんだい 特徵 とくちょう 長 ちょう 度 ど 之 の 比 ひ ,問題 もんだい 特徵 とくちょう 長 ちょう 度 ど 可能 かのう 是 ぜ 流體 りゅうたい 中 ちゅう 一 いち 物體 ぶったい 的 てき 半徑 はんけい (簡單 かんたん 來 き 說 せつ .克 かつ 努 つとむ 森 もり 数 すう 是 ぜ 指 ゆび 一粒子在撞到另一粒子之前,平均 へいきん 可 か 以移動 いどう 幾 いく 個 こ 本身 ほんみ 半徑 はんけい 的 てき 長 ちょう 度 ど )。若 わか 問題 もんだい 的 てき 克 かつ 努 つとむ 森 もり 数 すう 大 だい 於或等 とう 於一,使用 しよう 統計 とうけい 力學 りきがく 可 か 以得到 いた 較可靠 もたれ 的 てき 結果 けっか 。
纳维-斯托克 かつ 斯方程 ほど 得 とく 名 めい 自 じ 克 かつ 劳德-路 みち 易 えき ·纳维 及喬 たかし 治 ち ·加布里 かふり 埃 ほこり 爾 なんじ ·斯托克 かつ 斯 ,是 ぜ 一組描述流體運動的方程式,其中描述流體 りゅうたい 粒子 りゅうし 動 どう 量的 りょうてき 變化 へんか (力 ちから )只 ただ 和 わ 流體 りゅうたい 外部 がいぶ 的 てき 壓 あつ 強 きょう 及流體 りゅうたい 內部的 てき 黏滯力 りょく (類似 るいじ 摩擦 まさつ 力 りょく )有 ゆう 關 せき 。因 よし 此纳维-斯托克 かつ 斯方程 ほど 描述流體 りゅうたい 內任一 いち 區域 くいき 內的力 りょく 平衡 へいこう 。
纳维-斯托克 かつ 斯方程 ほど 是 ぜ 描述流體 りゅうたい 運動 うんどう 的 てき 微分 びぶん 方 かた 程 ほど 。這樣的 てき 方 かた 程 ほど 描述一些物理量的變化率和其他物理量之間的關係,例 れい 如針對 たい 一個沒有黏度的理想流體,其纳维-斯托克 かつ 斯方程 ほど 可 か 表示 ひょうじ 為 ため 加速度 かそくど (速度 そくど 的 てき 變化 へんか 率 りつ )和 かず 內部壓 あつ 強的 ごうてき 導 みちびけ 數 すう 成 なり 正 せい 比 ひ 。
這意味 あじ 著 ちょ ,對 たい 於一 いち 個 こ 特定 とくてい 的 てき 物理 ぶつり 問題 もんだい ,纳维-斯托克 かつ 斯方程 ほど 至 いたり 少 しょう 需要 じゅよう 利用 りよう 微積分 びせきぶん 來 らい 求 もとめ 解 かい 。實務 じつむ 上 じょう 只 ただ 有 ゆう 最 さい 簡單 かんたん 的 てき 例 れい 子 こ 可 か 以用此方 こちら 式 しき 求 もとめ 解 かい ,例 れい 如非紊流、恒 つね 定 じょう 流 りゅう (流 りゅう 場 じょう 不隨 ふずい 時間 じかん 改變 かいへん )而且雷 かみなり 諾 だく 數 すう 小 しょう 的 てき 情 じょう 形 がた 。
對 たい 於一些複雜 ふくざつ 的 てき ,和 わ 紊流 有 ゆう 關 せき 的 てき 問題 もんだい ,例 れい 如全球 だま 氣象 きしょう 系統 けいとう 、空氣 くうき 動力 どうりょく 學 がく 等 とう ,纳维-斯托克 かつ 斯方程 ほど 的 てき 求 もとめ 解 かい 需要 じゅよう 用 よう 電腦 でんのう 才能 さいのう 進行 しんこう ,相關 そうかん 的 てき 科學 かがく 稱 たたえ 為 ため 計算 けいさん 流體 りゅうたい 力學 りきがく 。
牛 うし 頓 ひたすら 與 あずか 非 ひ 牛 うし 頓 ひたぶる 流體 りゅうたい
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牛 うし 頓 ひたぶる 流體 りゅうたい 得 とく 名 めい 於牛頓 とみ ,定義 ていぎ 為 ため 流體 りゅうたい 的 てき 剪切應力 おうりょく 和 わ 垂直 すいちょく 剪切平面 へいめん 的 てき 速度 そくど 梯 はしご 度 ど 呈 てい 正 せい 比 ひ 。不 ふ 管 かん 作用 さよう 於流體 りゅうたい 的 てき 力 りょく 大小 だいしょう 如何 いか ,流體 りゅうたい 都會 とかい 繼續 けいぞく 流動 りゅうどう 。例 れい 如,水 みず 是 ぜ 牛 うし 頓 ひたぶる 流體 りゅうたい ,因 いん 為 ため 它無論 ろん 怎様被 ひ 攪拌,都 と 還 かえ 是 ぜ 保持 ほじ 流體 りゅうたい 的 てき 性質 せいしつ 。另一個比較不嚴謹的定義是在流體中輕輕移動小物體的阻力 和 かず 其施力 りょく 成 なり 正 せい 比 ひ 。重要 じゅうよう 的 てき 流體 りゅうたい ,例 れい 如水 にょすい 以及空氣 くうき ,在 ざい 地表 ちひょう 的 てき 正常 せいじょう 環境 かんきょう 下 か 其特性 せい 都 と 很接近牛 ちかうし 頓 とみ 流體 りゅうたい [1] :145 。
非 ひ 牛 うし 頓 ひたぶる 流體 りゅうたい 是 ぜ 流體 りゅうたい 的 てき 剪切應力 おうりょく 和 わ 垂直 すいちょく 剪切平面 へいめん 的 てき 速度 そくど 梯 はしご 度 ど 不 ふ 呈 てい 正 せい 比 ひ 的 てき 流體 りゅうたい 。在 ざい 攪動非 ひ 牛 うし 頓 ひたぶる 流體 りゅうたい 時 じ ,會 かい 在 ざい 流體 りゅうたい 表面 ひょうめん 產 さん 生 せい 一 いち 個 こ 「凹洞」,不 ふ 過 か 凹洞在 ざい 一小段時間後就會慢慢消失。這種特性 とくせい 出 で 現在 げんざい 像 ぞう 布 ぬの 丁 ひのと 、太白 たいはく 粉 こな 水 すい 悬浊液 えき 、以及沙子 いさご (雖然嚴格 げんかく 來 き 說 せつ 沙子 いさご 不 ふ 算 さん 流體 りゅうたい )。攪拌非 ひ 牛 うし 頓 ひたぶる 流體 りゅうたい 會 かい 使 し 其粘度 ど 降 くだ 低 てい ,所以 ゆえん 流體 りゅうたい 看 み 起 おこり 來 らい 比較 ひかく 沒 ぼつ 那 な 麼濃稠。非 ひ 牛 うし 頓 ひたぶる 流體 りゅうたい 有 ゆう 很多種 しゅ ,沒 ぼつ 辦法用 よう 依 よ 照 あきら 某 ぼう 一 いち 個 こ 特殊 とくしゅ 性質 せいしつ 的 てき 方式 ほうしき (例 れい 如說大部 たいぶ 份有長 ちょう 分子 ぶんし 鏈的流體 りゅうたい 會 かい 有 ゆう 非 ひ 牛 うし 頓 ひたぶる 流體 りゅうたい 的 てき 行為 こうい )來 らい 加 か 以定義 ていぎ ,[1] :145 。
靜態 せいたい 液體 えきたい 的 てき 壓力 あつりょく 分 ぶん 佈
容器 ようき 壁 かべ 的 てき 受力
自由 じゆう 表面 ひょうめん 的 てき 形成 けいせい
靜 せい 浮力 ふりょく
浮力 ふりょく 定律 ていりつ
浮動 ふどう 物體 ぶったい 的 てき 穩定性 せい 考慮 こうりょ
不可 ふか 壓縮 あっしゅく 流體 りゅうたい 內的壓力 あつりょく 變化 へんか
靜態 せいたい 可 か 壓縮 あっしゅく 流體 りゅうたい 的 てき 壓力 あつりょく 隨 ずい 高度 こうど 之 の 變化 へんか
標準 ひょうじゅん 的 てき 大氣 たいき
使 つかい 被 ひ 侷限流體 りゅうたい 保持 ほじ 靜態 せいたい 的 てき 表面 ひょうめん 力 りょく 效 こう 應 おう
靜態 せいたい 不可 ふか 壓縮 あっしゅく 流體 りゅうたい 之 の 潛 せん 浸 ひた 表面 ひょうめん 上 じょう 的 てき 液體 えきたい 靜態 せいたい 作用 さよう 力 りょく
力作 りきさく 用 よう 於平面 めん 上 じょう 的 てき 問題 もんだい
潛 せん 浸 ひた 曲面 きょくめん 上之 うえの 流體 りゅうたい 靜態 せいたい 作用 さよう 力 りょく
流體 りゅうたい 力學 りきがく 應用 おうよう 領域 りょういき
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