A. 流體運動學的流動的分析描述
在流體力學中描寫運動的方法有兩種,即拉格朗日方法和歐拉方法。拉格朗日方法著眼於流體質點(見連續介質假設),設法描述每個流體質點的位置隨時間變化的規律。通常利用初始時刻流體質點的直角坐標或曲線坐標a、b、c作為區分不同流體質點的標志。流體質點運動規律可表示成方程(1)的形式:
其中 是流體質點的矢徑;t為時間;變數a、b、c、t統稱為拉格朗日變數。對時間 t求式(1)的一次偏導數和二次偏導數,可分別得到流體質點的速度矢量相加速度矢量。歐拉方法著眼於空間點,設法在空間的每一點上描述出流體運動隨時間的變化狀況。通常用速度矢量v表示流體運動。於是歐拉方法中流體質點的運動規律可表為下式:
變數 稱為歐拉變數。式(2)確定的速度函數是定義在時間t和空間點上的,所以它是場。由式(2),可按下式求出加速度(見隨體導數):
雖然拉格朗日方法和歐拉方法都能描述流體的運動,但在流體力學中,人們廣泛採用歐拉方法,較少採用拉格朗日方法,這是因為用歐拉變數得到的是場,可以運用研究得很充分的場論知識;而在拉格朗日方法中,由於式(1)不是場,所以無此優點。其次,在歐拉方法中,由於加速度是一階導數,所以運動方程組是一階偏微分方程組,它比拉格朗日方法中的二階偏微分方程組容易處理。
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。
C. 流體力學的研究方法
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: 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:
①建立「力學模型」
一般做法是: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(見連續介質假設)、牛頓流體、不可壓縮流體、理想流體(見粘性流體)、平面流動等。
②建立控制方程
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。流體運動在空間和時間上常有一定的限制,因此,應給出邊界條件和初始條件。整個流動問題的數學模式就是建立起封閉的、流動參量必須滿足的方程組,並給出恰當的邊界條件和初始條件。
③求解方程組
在給定的邊界條件和初始條件下,利用數學方法,求方程組的解。由於這方程組是非線性的偏微分方程組,難以求得解析解,必須加以簡化,這就是前面所說的建立力學模型的原因之一。力學家經過多年努力,創造出許多數學方法或技巧來解這些方程組(主要是簡化了的方程組),得到一些解析解。
④對解進行分析解釋
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。 前面提到的採用簡化模型後的方程組或封閉的流體力學基本方程組用數值方法求解。電子計算機的出現和發展,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。數值方法可以部分或完全代替某些實驗,節省實驗費用。數值計算方法最近發展很快,其重要性與日俱增。
四種研究方法之間的關系:
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。
D. 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.
E. 流體的研究內容
流體是氣體和液體的總稱。在人們的生活和生產活動中隨時隨地都可遇到流體,所以流體力學是與人類日常生活和生產事業密切相關的。大氣和水是最常見的兩種流體,大氣包圍著整個地球,地球表面的70%是水面。大氣運動、海水運動(包括波浪、潮汐、中尺度渦旋、環流等)乃至地球深處熔漿的流動都是流體力學的研究內容。
20世紀初,世界上第一架飛機出現以後,飛機和其他各種飛行器得到迅速發展。20世紀50年代開始的航天飛行,使人類的活動范圍擴展到其他星球和銀河系。航空航天事業的蓬勃發展是同流體力學的分支學科——空氣動力學和氣體動力學的發展緊密相連的。這些學科是流體力學中最活躍、最富有成果的領域。
石油和天然氣的開采,地下水的開發利用,要求人們了解流體在多孔或縫隙介質中的運動,這是流體力學分支之一——滲流力學研究的主要對象。滲流力學還涉及土壤鹽鹼化的防治,化工中的濃縮、分離和多孔過濾,燃燒室的冷卻等技術問題。
燃燒離不開氣體,這是有化學反應和熱能變化的流體力學問題,是物理-化學流體動力學的內容之一。爆炸是猛烈的瞬間能量變化和傳遞過程,涉及氣體動力學,從而形成了爆炸力學。
沙漠遷移、河流泥沙運動、管道中煤粉輸送、化工中氣體催化劑的運動等,都涉及流體中帶有固體顆粒或液體中帶有氣泡等問題,這類問題是多相流體力學研究的范圍。
等離子體是自由電子、帶等量正電荷的離子以及中性粒子的集合體。等離子體在磁場作用下有特殊的運動規律。研究等離子體的運動規律的學科稱為等離子體動力學和電磁流體力學,它們在受控熱核反應、磁流體發電、宇宙氣體運動等方面有廣泛的應用。
風對建築物、橋梁、電纜等的作用使它們承受載荷和激發振動;廢氣和廢水的排放造成環境污染;河床沖刷遷移和海岸遭受侵蝕;研究這些流體本身的運動及其同人類、動植物間的相互作用的學科稱為環境流體力學(其中包括環境空氣動力學、建築空氣動力學)。這是一門涉及經典流體力學、氣象學、海洋學和水力學、結構動力學等的新興邊緣學科。
生物流變學研究人體或其他動植物中有關的流體力學問題,例如血液在血管中的流動,心、肺、腎中的生理流體運動和植物中營養液的輸送。此外,還研究鳥類在空中的飛翔,動物在水中的游動,等等。
因此,流體力學既包含自然科學的基礎理論,又涉及工程技術科學方面的應用。此外,如從流體作用力的角度,則可分為流體靜力學、流體運動學和流體動力學;從對不同「力學模型」的研究來分,則有理想流體動力學、粘性流體動力學、不可壓縮流體動力學、可壓縮流體動力學和非牛頓流體力學等。
描述流體的兩種方法——拉格朗日方法和歐拉方法
拉格朗日方法,著眼於流體質點。設法描述出每個流體質點自始至終的運動過程,即它們的位置隨時間變化的規律。如果知道了所有流體質點的運動規律,那麼整個流體的運動狀況也就知道了。
歐拉方法,其著眼點不是流體質點,而是空間點,設法在空間中的每一點上描述出流體運動隨時間的變化狀況。
F. 描述流體運動的有哪些方法
平動,轉動,角變形和線變形
G. 流體力學的研究方法有哪些
理論方法:建數學模型,簡化求解
數值方法:由基本方程出發,進行數值求解
實驗方法:通過觀察,測量,了解規律和數據。
H. 流體力學的研究方法大體上有哪三種
理論分析,數值模擬和實驗研究,一般上來說,也就是這三種方法了!這三種也無所謂哪個比哪個更重要,都是互相支撐,相輔相成的!
I. 地球流體力學的研究方法
地球流體力學同大氣動力學或海洋動力學之間並無明確的界限。一般說,地球流體力學研究的對象較廣並側重一般規律,主要任務是建立由自然界流體運動抽象出來的模式和研究如何抽象的方法。而對大氣運動和海洋運動的具體形態的研究則分別屬於大氣動力學和海洋動力學的范圍。
地球流體力學的研究方法有理論分析法、模擬實驗法和數值試驗法。理論分析法是通用的。模擬實驗法對研究地球流體運動的機理很有用,但難於在實驗室中復制大氣運動和海洋運動,因為不可能同時滿足眾多的相似條件。數值試驗法起著愈來愈重要的作用,因為自然界流體運動中各種現象往往同時並存,起作用的因子很多,機制極其復雜,非做數值計算難於得到較精確的結果。此外,實地觀測雖也是認識自然界流體運動的基該方法,但它屬於氣象學和海洋學的范圍,不包括在地球流體力學之中。
J. 研究流體運動的方法有哪兩種
最直接的是礦物中的流體包裹體。其次根據各種原生和蝕變礦物(組合)形成的Ph、Eh等條件也能反推形成礦物的流體類型。這些都是對流體的成分、化學條件做研究,不曉得你要研究什麼具體。