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流体力学 - 维基百科,自由的百科全书

流体りゅうたい力学りきがく

流體りゅうたい力學りきがく英語えいごFluid mechanicsこれ力學りきがくてき一門いちもんぶんささえ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とうはなれ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てき科學かがく流體りゅうたい力學りきがく以按あきら研究けんきゅう對象たいしょうてき運動うんどう方式ほうしきぶんため流體りゅうたいせい力學りきがく流體りゅうたい動力どうりょくがく前者ぜんしゃ研究けんきゅうしょ靜止せいし狀態じょうたいてき流體りゅうたい後者こうしゃ研究けんきゅうちからたい流體りゅうたい運動うんどう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ふんため空氣くうき力學りきがく水力すいりょくがくひとし

流體りゅうたい力學りきがく連續れんぞくかいしつ力學りきがくてき一門いちもんぶんささえひろしかんてき角度かくどらい考慮こうりょ系統けいとう特性とくせい,而不ほろかんてき考慮こうりょ系統けいとうちゅうごといち粒子りゅうしてき特性とくせい流体りゅうたい力学りきがくゆう甚是流體りゅうたい動力どうりょくがくいち活躍かつやく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ひさし解決かいけつある部分ぶぶん解決かいけつてき問題もんだい流體りゅうたい動力どうりょくがくしょ應用おうよう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さいけいてき處理しょり方式ほうしき利用りよう電腦でんのう進行しんこうかず分析ぶんせき,如計算けいさん流體りゅうたい力學りきがくつう过數值分析ぶんせきてき方式ほうしきもとめ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はかはや技術ぎじゅつえいParticle image velocimetry一個將流體流場視覺化並進行分析的實驗方式,也利用りようりょう流體りゅうたい高度こうどみるてきとくてん

理論りろん流體りゅうたい力學りきがくてき基本きほんかたほどこれ纳维-斯托かつ斯方ほど簡稱N-Sかたほど,纳维-斯托かつ斯方ほどよしいち微分びぶんかたほど組成そせい通常つうじょうただゆう透過とうかきゅう特定とくていてきあたりかい條件じょうけんあずか使用しようかず計算けいさんてき方式ほうしきざいもとめかい。纳维-斯托かつ斯方ほどちゅう包含ほうがん速度そくどあつきょう密度みつど黏度温度おんどひとし變量へんりょう,而這些都位置いち時間じかんt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のうりょう守恒もりつねどうりょう守恒もりつね,以及ねつ力學りきがくかたほどかいしつてき材料ざいりょう性質せいしつわが們可以確定かくてい這些變量へんりょうあずか應變おうへんてき關係かんけい

簡史

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流體りゅうたい力學りきがくてき研究けんきゅういたりしょう以追さかのぼいた古希こき時代じだい當時とうじおもねもとまいとく研究けんきゅう流體りゅうたいせい力學りきがく浮力ふりょくなみ提出ていしゅつ現在げんざいしょうためおもねもとまいとく定律ていりつてき定律ていりつ定律ていりつ記載きさいざいおもねもとまいとくてき著作ちょさく浮体ふたいえいOn Floating Bodiesちゅう,此書ためだい一本以流體力學為主的著作。後來こうらいざいおくおさむ·達文たつぶん西にし觀察かんさつ實驗じっけん)、ほこり萬傑利斯塔·たくさと拆利發明はつめい氣壓きあつ)、もぐさ薩克·うしとみ研究けんきゅうねばたびぬの莱兹·帕斯卡研究けんきゅう流體りゅうたいせい力學りきがく帕斯卡定律ていりつとう研究けんきゅうてき推動流體りゅうたい力學りきがく迅速じんそくてき發展はってん後來こうらいゆかりたんなんじ·はくつとむざい1738ねんてき《Hydrodynamica》導入どうにゅうりょう流體りゅうたい動力どうりょくがくてき數學すうがく模型もけい

流體りゅうたい力學りきがくちゅう省略しょうりゃく粘性ねんせいてき粘性ねんせいりゅう較為簡單かんたんゆう許多きょた數學すうがく分析ぶんせき粘性ねんせいりゅうぞう萊昂哈德·おうひしげ让·勒朗·达朗贝尔やく瑟夫·ひしげかくろうかわ耶爾-西にしこうむ·ひしげひろしひしげ西にし莫恩·とくあま·はくまつひとし)。較複雜ふくざつてき粘性ねんせいりゅう也被許多きょた工程こうていしょ發現はつげんぞうゆずる·えき··かわらさわえいJean_Louis_Marie_Poiseuilleほことくまれ尔夫·哈根えいGotthilf Hagenひとし)。ゆかりかつろうとく-みちえき·おさめたかし·加布里かふりほこりなんじ·斯托かつ提出ていしゅつてきN-Sかたほど,以及あたりかいそうてき相關そうかん研究けんきゅうみちとく維希·ろうとく西奧にしおく·馮·卡門たい流體りゅうたい力學りきがく進行しんこうしんいちてき數學すうがく修正しゅうせい。而後來こうらいぞうおく斯鮑おん·かみなりだく安德あんとくかみなり·柯爾莫哥らくおっとすぐるどるさと·たいとう科學かがくたい流體りゅうたいねばたび湍流ゆうさらてき了解りょうかい

あずか連續れんぞくかいしつ力學りきがくてき關係かんけい

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连续かい质力がく研究けんきゅう連續れんぞくかいしつてき物理ぶつりがく 固體こたい力學りきがく研究けんきゅう固體こたい連續れんぞくかいしつ受力ゆう固定こていてき形狀けいじょうてき物理ぶつりがく 彈性だんせい理論りろん:其固體こたいざい受到應力おうりょく作用さようかい恢復かいふくばららいてき形狀けいじょう
塑性そせい理論りろん固體こたいざい受到相當そうとうだいてきおうりょくさんせいてき永久えいきゅう變形へんけい ながれへんがく研究けんきゅうざい外力がいりょく作用さよう物體ぶったいてき變形へんけい流動りゅうどう
流体りゅうたい力学りきがく研究けんきゅう流體りゅうたい連續れんぞくかいしつ(其形じょうずい容器ようき變化へんかてき物理ぶつりがく うしひたぶる流體りゅうたい
うしひたぶる流體りゅうたい


流體りゅうたい力學りきがくてき基本きほん假設かせつ

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よしいちひかえせい表面ひょうめん包圍ほういてきひかえせい體積たいせき內,ぼう積分せきぶん量的りょうてき平衡へいこう

にんいち真實しんじつ世界せかいてき數學すうがく模型もけいみやこゆう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以用方程式ほうていしきてき形式けいしき表示ひょうじ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必定ひつじょう成立せいりつ

れい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てき假設かせつ意味いみちょはりたいにんなんひかえせい表面ひょうめん包圍ほういてきひかえせい體積たいせきれい球體きゅうたい),體積たいせき內質量的りょうてき變化へんかりつとう於質りょうよしがい往內通過つうかひかえせい表面ひょうめんてきそくりつさいげん質量しつりょうよし內往がい通過つうかひかえせい表面ひょうめんてきそくりつ(其中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なりひかえせい體積たいせき積分せきぶん形式けいしき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てき假設かせつ

わかざい音速おんそく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不可ふか壓縮あっしゅく流體りゅうたい,也就流體りゅうたいてき密度みつどためてい值。一般情形下的液體可以算是不可壓縮流體,氣體きたいそく一定いってい

ゆう也會假設かせつ流體りゅうたいてき黏度ためれい,此時流體りゅうたいそくため黏性流體りゅうたい氣體きたい常常つねづね可視かしため黏性流體りゅうたいわか流體りゅうたい黏度不為ふためれい,而且流體りゅうたい容器ようき包圍ほうい(如管),のりざいあたりかいしょ流體りゅうたいてき速度そくどためれいわか黏性流體りゅうたい,而且容器ようきかい多孔たこう材質ざいしつのりざいあたりかいしょ流體りゅうたいかいあいだてき剪力也是れいしょうためすべりどう條件じょうけんえいNo-slip conditionわか容器ようきかい多孔たこう材質ざいしつざい進入しんにゅう容器ようきてきぜん沿,すべり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れいざい容器ようき多孔たこう材質ざいしつちゅう流體りゅうたい自由じゆう流體りゅうたいあいだかいゆう不連續ふれんぞくてき速度そくどじょう,這和ふつなんじやく瑟夫條件じょうけん(Beavers and Joseph condition)ゆうせき

連續れんぞくたい假設かせつ

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流體りゅうたいよし分子ぶんし組成そせいろん分子ぶんしあいだかえ分子ぶんし固體こたいあいだ都會とかいゆう碰撞。連續れんぞくたい假設かせつみとめため流體りゅうたい連續れんぞくてきぞう密度みつど壓力あつりょく溫度おんど速度そくどとう特性とくせい假設かせつためそく使ざい無限むげんしょうてきてんじょう有明ありあけかく定義ていぎ,甚至參考さんこう體積たいせき元素げんそてき尺度しゃくど接近せっきん流體りゅうたい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ちゅうてき特性とくせいため平均へいきん值,考慮こうりょ流體りゅうたいよし離散りさん分子ぶんししょ組成そせいてき事實じじつ

連續れんぞくたい假設かせつ基本きほんじょういち近似きんじ值,就像ざい處理しょり天體てんたい力學りきがく將行まさゆきほし假設かせつため質點しつてんいちよういん所得しょとくてきかいただこれ近似きんじかい連續れんぞくたい假設かせつ所得しょとくてき結果けっか可能かのう無法むほうたちいたところ需的精度せいどざい適當てきとうてき情況じょうきょう連續れんぞくたい假設かせつ以產せいごくため精確せいかくてき結果けっか

ゆうせき應用おうよう連續れんぞくたい假設かせつ無法むほういたところ精度せいどてき問題もんだい利用りよう統計とうけい力學りきがくてき方法ほうほうもとめかいいたり於一問題是否應該用統計力學求解,以藉よし計算けいさん問題もんだいてきかつつとむもりすう得知とくちかつつとむもりすう定義ていぎため分子ぶんし平均へいきん自由じゆうほどあずか問題もんだい特徵とくちょうちょう問題もんだい特徵とくちょうちょう可能かのう流體りゅうたいちゅういち物體ぶったいてき半徑はんけい簡單かんたんせつかつつとむもりすうゆび一粒子在撞到另一粒子之前,平均へいきん移動いどういく本身ほんみ半徑はんけいてきちょう)。わか問題もんだいてきかつつとむもりすうだい於或とう於一,使用しよう統計とうけい力學りきがく以得いた較可もたれてき結果けっか

纳维-斯托かつ斯方ほど

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纳维-斯托かつ斯方ほどとくめいかつ劳德-みちえき·纳维たかし·加布里かふりほこりなんじ·斯托かつ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どう量的りょうてき變化へんかちからただ流體りゅうたい外部がいぶてきあつきょう流體りゅうたい內部てき黏滯りょく類似るいじ摩擦まさつりょくゆうせきよし此纳维-斯托かつ斯方ほど描述流體りゅうたい內任いち區域くいき內的りょく平衡へいこう

纳维-斯托かつ斯方ほど描述流體りゅうたい運動うんどうてき微分びぶんかたほど。這樣てきかたほど描述一些物理量的變化率和其他物理量之間的關係,れい如針たい一個沒有黏度的理想流體,其纳维-斯托かつ斯方ほど表示ひょうじため加速度かそくど速度そくどてき變化へんかりつかず內部あつ強的ごうてきみちびけすうなりせい

這意あじちょたいいち特定とくていてき物理ぶつり問題もんだい,纳维-斯托かつ斯方ほどいたりしょう需要じゅよう利用りよう微積分びせきぶんらいもとめかい實務じつむじょうただゆうさい簡單かんたんてきれい以用此方こちらしきもとめかいれい如非紊流、つねじょうりゅうりゅうじょう不隨ふずい時間じかん改變かいへん)而且かみなりだくすうしょうてきじょうがた

たい於一些複雜ふくざつてき紊流ゆうせきてき問題もんだいれい如全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がくとう,纳维-斯托かつ斯方ほどてきもとめかい需要じゅよう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てき科學かがくたたえため計算けいさん流體りゅうたい力學りきがく

うしひたすらあずかうしひたぶる流體りゅうたい

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うしひたぶる流體りゅうたいとくめい於牛とみ定義ていぎため流體りゅうたいてき剪切應力おうりょく垂直すいちょく剪切平面へいめんてき速度そくどはしごていせいかん作用さよう流體りゅうたいてき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れい如,みずうしひたぶる流體りゅうたいいんため它無ろん怎様攪拌,かえ保持ほじ流體りゅうたいてき性質せいしつ。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かず其施りょくなりせい重要じゅうようてき流體りゅうたいれい如水にょすい以及空氣くうきざい地表ちひょうてき正常せいじょう環境かんきょう其特せい很接近牛ちかうしとみ流體りゅうたい[1]:145

うしひたぶる流體りゅうたい流體りゅうたいてき剪切應力おうりょく垂直すいちょく剪切平面へいめんてき速度そくどはしごていせいてき流體りゅうたいざい攪動うしひたぶる流體りゅうたいかいざい流體りゅうたい表面ひょうめんさんせいいち「凹洞」,凹洞ざい一小段時間後就會慢慢消失。這種特性とくせい現在げんざいぞうぬのひのと太白たいはくこなすい悬浊えき、以及沙子いさご(雖然嚴格げんかくせつ沙子いさごさん流體りゅうたい)。攪拌うしひたぶる流體りゅうたいかい使其粘くだてい所以ゆえん流體りゅうたいおこりらい比較ひかくぼつ麼濃稠。うしひたぶる流體りゅうたいゆう很多しゅぼつ辦法ようあきらぼういち特殊とくしゅ性質せいしつてき方式ほうしきれい如說大部たいぶ份有ちょう分子ぶんし鏈的流體りゅうたいかいゆううしひたぶる流體りゅうたいてき行為こういらい定義ていぎ[1]:145

流體りゅうたいせい力學りきがく

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  • 靜態せいたい液體えきたいてき壓力あつりょくぶん
  • 容器ようきかべてき受力
  • 自由じゆう表面ひょうめんてき形成けいせい
  • 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てき穩定せい考慮こうりょ
  • 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
  • 靜態せいたい壓縮あっしゅく流體りゅうたいてき壓力あつりょくずい高度こうど變化へんか
  • 標準ひょうじゅんてき大氣たいき
  • 使つかい侷限流體りゅうたい保持ほじ靜態せいたいてき表面ひょうめんりょくこうおう
  • 靜態せいたい不可ふか壓縮あっしゅく流體りゅうたいせんひた表面ひょうめんじょうてき液體えきたい靜態せいたい作用さようりょく
  • 力作りきさくよう於平めんじょうてき問題もんだい
  • せん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りょく

流体りゅうたい动力がく

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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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まいり

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参考さんこう文獻ぶんけん

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  1. ^ 1.0 1.1 1.2 Batchelor, George K., An Introduction to Fluid Dynamics, Cambridge University Press, 1967, ISBN 0-521-66396-2