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不可壓縮流
來源:互聯網

在連續介質力學里,不可壓縮流是流速的散度等于零的流動,更精確地稱為等容流。這理想流動可以用來簡化理論分析。實際而言,所有的物質多多少少都是可壓縮的。請注意“等容”這術語指的是流動性質,不是物質性質;意思是說,在某種狀況,一個可壓縮流體會有不可壓縮流的動作。由于做了不可壓縮這假設,物質流動的主導方程能夠極大地簡化。

意義

不可壓縮流是密度不發生變化的流體運動。而定常是指流體和時間無關。確切地說, 是流體在一個大時間段后某一時刻的狀態或者趨于穩定的狀態。為了實用的目的,假設流體在流動時為不可壓縮流體。在低速下,這大體上是對的;但是,甚至對于液體,速度的急劇變化也會產生壓縮或者膨脹。通常,液體在重力作用下流動,因而在一個開放容器中它占據著較低的部分。這一性質是液體獨具的特性。相反,氣體可壓縮地流動,不管氣體和空間的初始容積有多大,它都占據整個限制它的任何封閉空間。這一性質是氣體所特有的。像液體的情況一樣,對氣體的緩慢流動采用不可壓縮的假設可以獲得良好的近似結果。特別地, 它的研究對人們認識和控制湍流至關重要。描述這種流體的控制方程主要有不可壓縮Navier–Stokes方程,還有不可壓縮Stokes方程以及Stokes特征值問題。

不可壓縮的流動并不意味著流體本身是不可壓縮的。 在下面的推導中顯示,甚至可壓縮流體(在正確的條件下) - 可以將其很好的近似值模擬為不可壓縮流量。 不可壓縮的流動意味著密度在隨著流速移動的一批流體中保持恒定。

與壓縮因子的關系

在某些學術領域,流動的不可壓縮性質可以通過壓強變化引起的密度變化來度量,這通常用壓縮因子 {\displaystyle Z\,\!} 來表示。如果壓縮因子足夠小,流動可以被視為不可壓縮流。

應用

不可壓縮流理論在許多實際問題中都有應用,例如低速飛行的飛機、氣墊運載工具、直升飛機、氣球,以及水下船舶的流動。此外,汽車、火車等地面車輛,以及建筑物受風影響產生的載荷和振動,也可以利用不可壓縮流理論進行估算。其他應用包括采暖散熱器和空調設計、固定微粒和液體微滴的輸送、以及工業過程中的空氣流動等。

參考資料 >

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