研究流體流動的兩種方法的特點

『壹』 流體力學的研究方法有哪些各有何特點

進行流體力學的研究可以分為現場觀測、實驗室模擬、理論分析、數值計算四個方面：現場觀測現場觀測是對自然界固有的流動現象或已有工程的全尺寸流動現象，利用各種儀器進行系統觀測，從而總結出流體運動的規律，並藉以預測流動現象的演變。過去對天氣的觀測和預報，基本上就是這樣進行的。實驗模擬不過現場流動現象的發生往往不能控制，發生條件幾乎不可能完全重復出現，影響到對流動現象和規律的研究；現場觀測還要花費大量物力、財力和人力。因此，人們建立實驗室，使這些現象能在可以控制的條件下出現，以便於觀察和研究。同物理學、化學等學科一樣，流體力學離不開實驗，尤其是對新的流體運動現象的研究。實驗能顯示運動特點及其主要趨勢，有助於形成概念，檢驗理論的正確性。二百年來流體力學發展史中每一項重大進展都離不開實驗。理論分析理論分析是根據流體運動的普遍規律如質量守恆、動量守恆、能量守恆等，利用數學分析的手段，研究流體的運動，解釋已知的現象，預測可能發生的結果。理論分析的步驟大致如下：首先是建立「力學模型」，即針對實際流體的力學問題，分析其中的各種矛盾並抓住主要方面，對問題進行簡化而建立反映問題本質的「力學模型」。流體力學中最常用的基本模型有：連續介質、牛頓流體、不可壓縮流體、理想流體、平面流動等。數值計算其次是針對流體運動的特點，用數學語言將質量守恆、動量守恆、能量守恆等定律表達出來，從而得到連續性方程、動量方程和能量方程。此外，還要加上某些聯系流動參量的關系式(例如狀態方程)，或者其他方程。這些方程合在一起稱為流體力學基本方程組。求出方程組的解後，結合具體流動，解釋這些解的物理含義和流動機理。通常還要將這些理論結果同實驗結果進行比較，以確定所得解的准確程度和力學模型的適用范圍。從基本概念到基本方程的一系列定量研究，都涉及到很深的數學問題，所以流體力學的發展是以數學的發展為前提。反過來，那些經過了實驗和工程實踐考驗過的流體力學理論，又檢驗和豐富了數學理論，它所提出的一些未解決的難題，也是進行數學研究、發展數學理論的好課題。在流體力學理論中，用簡化流體物理性質的方法建立特定的流體的理論模型，用減少自變數和減少未知函數等方法來簡化數學問題，在一定的范圍是成功的，並解決了許多實際問題。對於一個特定領域，考慮具體的物理性質和運動的具體環境後，抓住主要因素忽略次要因素進行抽象化也同時是簡化，建立特定的力學理論模型，便可以克服數學上的困難，進一步深入地研究流體的平衡和運動性質。20世紀50年代開始，在設計攜帶人造衛星上天的火箭發動機時，配合實驗所做的理論研究，正是依靠一維定常流的引入和簡化，才能及時得到指導設計的流體力學結論。此外，流體力學中還經常用各種小擾動的簡化，使微分方程和邊界條件從非線性的變成線性的。聲學是流體力學中採用小擾動方法而取得重大成就的最早學科。聲學中的所謂小擾動，就是指聲音在流體中傳播時，流體的狀態(壓力、密度、流體質點速度)同聲音未傳到時的差別很小。線性化水波理論、薄機翼理論等雖然由於簡化而有些粗略，但都是比較好地採用了小擾動方法的例子。每種合理的簡化都有其力學成果，但也總有其局限性。例如，忽略了密度的變化就不能討論聲音的傳播；忽略了粘性就不能討論與它有關的阻力和某些其他效應。掌握合理的簡化方法，正確解釋簡化後得出的規律或結論，全面並充分認識簡化模型的適用范圍，正確估計它帶來的同實際的偏離，正是流體力學理論工作和實驗工作的精華。流體力學的基本方程組非常復雜，在考慮粘性作用時更是如此，如果不靠計算機，就只能對比較簡單的情形或簡化後的歐拉方程或N-S方程進行計算。20世紀30～40年代，對於復雜而又特別重要的流體力學問題，曾組織過人力用幾個月甚至幾年的時間做數值計算，比如圓錐做超聲速飛行時周圍的無粘流場就從1943年一直算到1947年。數學的發展，計算機的不斷進步，以及流體力學各種計算方法的發明，使許多原來無法用理論分析求解的復雜流體力學問題有了求得數值解的可能性，這又促進了流體力學計算方法的發展，並形成了「計算流體力學」。從20世紀60年代起，在飛行器和其他涉及流體運動的課題中，經常採用電子計算機做數值模擬，這可以和物理實驗相輔相成。數值模擬和實驗模擬相互配合，使科學技術的研究和工程設計的速度加快，並節省開支。綜合方法解決流體力學問題時，現場觀測、實驗室模擬、理論分析和數值計算幾方面是相輔相成的。實驗需要理論指導，才能從分散的、表面上無聯系的現象和實驗數據中得出規律性的結論。反之，理論分析和數值計算也要依靠現場觀測和實驗室模擬給出物理圖案或數據，以建立流動的力學模型和數學模式；最後，還須依靠實驗來檢驗這些模型和模式的完善程度。此外，實際流動往往異常復雜(例如湍流)，理論分析和數值計算會遇到巨大的數學和計算方面的困難，得不到具體結果，只能通過現場觀測和實驗室模擬進行研究。

『貳』 流體的流動狀態分為哪幾種各有何特點

層流和湍流

層流是流體的一種流動狀態。當流速很小時，流體分層流動，互不混合，稱為層流，或稱為片流；逐漸增加流速，流體的流線開始出現波浪狀的擺動，擺動的頻率及振幅隨流速的增加而增加，此種流況稱為過渡流；當流速增加到很大時，流線不再清楚可辨，流場中有許多小漩渦，稱為湍流，又稱為亂流、擾流或紊流。

這種變化可以用雷諾數來量化。雷諾數較小時，黏滯力對流場的影響大於慣性力，流場中流速的擾動會因黏滯力而衰減，流體流動穩定，為層流；反之，若雷諾數較大時，慣性力對流場的影響大於黏滯力，流體流動較不穩定，流速的微小變化容易發展、增強，形成紊亂、不規則的湍流流場。

『叄』 描述流體運動的有哪些方法各自的特點是什麼

層流流體種流狀態.流速,流體層流,互混合,稱層流,或稱片流；逐漸增加流速,流體流線始現波浪狀擺,擺頻率及振幅隨流速增加增加,種流況稱渡流；流速增加,流線再清楚辨,流場許漩渦,稱湍流,稱亂流、擾流或紊流.
種變化用雷諾數量化.雷諾數較,黏滯力流場影響於慣性力,流場流速擾黏滯力衰減,流體流穩定,層流；反,若雷諾數較,慣性力流場影響於黏滯力,流體流較穩定,流速微變化容易發展、增強,形紊亂、規則湍流流場.

『肆』 流體的流動形態有哪兩種如何判斷流體的流動形態

流體的流動形態分為層流和湍流（紊流）兩種基本形態，以及這兩種形態的過度形態（過渡流）。

層流：流體分層流動，相鄰兩層流體間只作相對滑動，流 層間沒有橫向混雜。

湍流：當流體流速超過某一數值時，流體不再保持分層流 動，而可能向各個方向運動，有垂直於管軸方向的分速度，各流層將混淆起來，並有可能出現渦旋，這種流動狀態叫湍流。

更專業的說法是：流體流動時,如果流體質點的軌跡(一般說隨初始空間坐標x、y、z和時間t而變)是有規則的光滑曲線（最簡單的情形是直線），這種流動叫層流。沒有這種性質的流動叫湍流。

過渡流：介於層流與湍流間的流動狀態很不穩定，稱為過渡流動。

判斷管道中的流體流動形態有一個無量綱的數━━雷諾數作為判據：

Re=ρvr/μ

式中：Re - 雷諾數；ρ - 密度；v - 流速；r - 管道半徑；μ - 粘度。

實驗證明：

Re＜1000層流；

1000＜Re＜1500過渡流；

Re＞1500湍流；

在沒有測量手段的情況下，可根據湍流區別於層流的特點之一，能發出聲音，來大致判斷流動形態。

『伍』 流體力學中拉格朗日法和歐拉法有什麼不同

朗格朗日法研究對象是質點，歐拉法研究的是空間點。打個比方，你考察某個城市的公共交通情況，一種方法是觀察每個人乘坐公交車的情況，這就是拉格朗日發；還有一種方法就是考察每個公共汽車站的人流情況，這就是歐拉法。

『陸』 你知道哪些關於歐拉法的知識

又稱歐拉表示法，它不考察個別流點的運動情況，而是一種通過研究流體中空間固定點上流動況來研究流體運動的方法。採用歐拉法，是把流體運動視作流場隨時間的變化，即流速空間分布的時間變化。歐拉法是常微分方程的數值解法的一種，其基本思想是迭代。其中分為前進的EULER法、後退的EULER法、改進的EULER法。所謂迭代，就是逐次替代，最後求出所要求的解，並達到一定的精度。誤差可以很容易地計算出來。歐拉法簡單地取切線的端點作為下一步的起點進行計算，當步數增多時，誤差會因積累而越來越大。因此歐拉格式一般不用於實際計算。改進歐拉格式：為提高精度，需要在歐拉格式的基礎上進行改進。採用區間兩端的函數值的平均值作為直線方程的斜率。改進歐拉法的精度為二階。

『柒』 液體的流動狀態有幾種各自的特點以及判別方法是什麼

液體的流動狀態有兩種，分別是層流和紊流。

層流：是流體流動呈現層狀，粘結力起主導作用，液體質點受粘性的約束，流動時能量損失少。

紊流：是流體流動呈現混雜狀，慣性力起主導作用，粘結力的制約作用減弱，流動時能量損失大。

液體的流動狀態用雷諾系數來判斷，當雷諾系數Re＜Rec時流動狀態為層流，當雷諾系數Re＞Rec時流動狀態為紊流。

流體在管內低速流動時呈現為層流，其質點沿著與管軸平行的方向作平滑直線運動。流體的流速在管中心處最大，其近壁處最小。管內流體的平均流速與最大流速之比等於0.5。

(7)研究流體流動的兩種方法的特點擴展閱讀：

在低雷諾數的情況下，細致地調節細管中紅水的流速，當它與主流管內水流速度相近時，可以看到清水中有穩定而清晰的紅色水平流線，主流管中各水層互不幹擾，是層流的典型例子。

經常遇見的層流現象還有毛細管或多孔介質中的流動、軸承潤滑膜中的流動、微小顆粒在粘性流體中運動時引起的流動、液體或氣體流經物體表面附近形成的邊界層中的流動等。

層流穩定性問題和充分發展的紊流特性問題是紊流理論中重要的內容。層流穩定性問題，層流對外來的各種擾動均具有一定的抑制能力，這種能力稱為流動的穩定性。

流體的慣性使擾動擴大，但流體的粘性則抑制擾動，故流動的穩定性隨雷諾數的增大而減弱。層流開始轉變為紊流的雷諾數稱為臨界雷諾數。小擾動法是分析流動穩定性的一個重要理論。在多數情況下，壁面剪切流中的擾動逐漸增長，使流動失穩而形成紊流斑，最後形成紊流。

『捌』 流體力學的研究方法有哪些各有何特點

大概分三類
一、理論研究方法。主要通過方程推導演算來分析流體的運動過程，但是N-S方程求解很困難，應該說暫時解不出來，通過構建各種流體模型方程組來求解。
二、實驗流體力學。顧名思義就是通過具體實驗來描敘流體的運動狀況，主要是根據相似理論，用具有代表性的流動情況來近似代表一般流動。
三、數值方法。近年來發展比較迅速也比較熱門的領域，通過計算機來模擬流動狀況，一般代表性的軟體有fluent，phoenics等。

『玖』 流體力學中拉格朗日法和歐拉法有什麼不同

1、含義上的區別

拉格朗日法，又稱隨體法，跟隨流體質點運動，記錄該質點在運動過程中物理量隨時間變化規律。

歐拉法，又稱流場法，是以流體質點流經流場中各空間點的運動即以流場作為描述對象研究流動的方法。

2、特性上的區別

拉格朗日法基本特點是追蹤流體質點，以某一起始時刻每個質點的坐標位置，作為該質點的標志。

歐拉法的特點是單步，顯式，一階求導精度，截斷誤差為二階。基本思想是迭代，逐次替代，最後求出所要求的解，並達到一定的精度。

3、作用上的區別

拉格朗日法可直接運用固體力學中質點動力學進行分析，綜合所有質點的運動，構成整個流體的運動。

歐拉法簡單地取切線的端點作為下一步的起點進行計算，當步數增多時，誤差會因積累而越來越大。因此歐拉格式一般不用於實際計算。採用區間兩端的函數值的平均值作為直線方程的斜率，改進歐拉法的精度。

『拾』 ,描述流體流動兩種流動類型的質點的運動方式有何區別

滯流與湍流。
流體在管內作滯流流動時，其質點沿管軸作有規則的平行運動，各質點互不碰撞，互不混合。流體在管內作湍流流動時，其質點作不規則的雜亂運動，並相互碰撞，產生大大小小的旋渦。
滯流與湍流的區分不僅在於各有不同的Re值，更重要的是它們的本質區別即流體內部質點的運動方式。