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身邊的流動(dòng)--流體力學(xué)

1680828 2014-06-07 | docx | 21KB | 次下載 | 免費(fèi)

資料介紹

什么是流體力學(xué)？　

　　以上舉的例子，都是我們身邊的流動(dòng)現(xiàn)象。那么，什么叫做流體力學(xué)？

　　流體力學(xué)是研究流體介質(zhì)的對(duì)流、擴(kuò)散，以及相伴的物理、化學(xué)、生物過(guò)程，導(dǎo)致質(zhì)量、動(dòng)量、能量輸送的現(xiàn)象。

　　物質(zhì)有四態(tài)，包括固體以及流體的三態(tài)——液態(tài)、氣態(tài)和等離子體。隨著溫度升高、壓力降低，可以從固態(tài)到液態(tài)，再?gòu)囊簯B(tài)到氣態(tài)，氣態(tài)再到等離子體。等離子體是宏觀中性的電離氣體，美麗的極光就是等離子體。

　　流體跟固體的區(qū)別很清楚，但又不是絕對(duì)的，有種現(xiàn)象叫做流變行為，這是一種亦流亦固的現(xiàn)象。舉個(gè)例子，如果在一個(gè)靜止容器中有一種黏彈性流體，當(dāng)它發(fā)生旋轉(zhuǎn)時(shí)，就會(huì)沿著中間的旋轉(zhuǎn)棒往上爬升。如果是純流體的話，不可能發(fā)生爬竿效應(yīng)，這種黏彈性流體之所以能夠爬上來(lái)，是因?yàn)樗哂械墓腆w能夠保持一定的形狀緣故。流變現(xiàn)象有時(shí)還與時(shí)間尺度有關(guān)。比如冰川，短時(shí)間不會(huì)變形，但在十年、百年、千年的時(shí)間尺度上，冰川肯定是在流動(dòng)的。

　　流體當(dāng)中的最重要的現(xiàn)象就是對(duì)流。對(duì)流分兩種情況：強(qiáng)迫對(duì)流和自然對(duì)流。強(qiáng)迫對(duì)流是靠外力來(lái)直接驅(qū)動(dòng)的，例如：水泵、風(fēng)機(jī)、河水、風(fēng)生環(huán)流；自然對(duì)流沒(méi)有外驅(qū)動(dòng)力，是因密度差間接由重力而引起的流動(dòng)，譬如燒水時(shí)，輕的流體在下面，重的流體在上面，就會(huì)發(fā)生上下翻滾的對(duì)流運(yùn)動(dòng)。在海洋當(dāng)中，由于鹽度和溫度的不同，也會(huì)造成對(duì)流，我們把它叫做熱鹽環(huán)流。

　　流體的第二種現(xiàn)象是擴(kuò)散，指兩個(gè)相鄰的、溫度不一樣或濃度不一樣的流體團(tuán)間的能量、質(zhì)量、動(dòng)量交換。一般情況下有兩種流動(dòng)狀態(tài)：一種是非常有規(guī)則的層流，它的流線非常明顯，不同層間的能量、物質(zhì)、動(dòng)量等都可以交換，主要靠我們看不見(jiàn)的分子無(wú)規(guī)運(yùn)動(dòng)。熱量的傳輸會(huì)從高溫到低溫，濃度高的會(huì)向濃度低的物質(zhì)傳輸，分子擴(kuò)散相對(duì)比較慢一點(diǎn)。第二種是湍流擴(kuò)散。坐過(guò)飛機(jī)的朋友都知道，經(jīng)常有顛簸，是因?yàn)橥饷嬗型牧鬟\(yùn)動(dòng)。它是流體團(tuán)無(wú)規(guī)運(yùn)動(dòng)，而不只是分子的無(wú)規(guī)運(yùn)動(dòng)。一個(gè)分子、一個(gè)分子地交換比較慢，而攜帶帶著能量、質(zhì)量、動(dòng)量的流體團(tuán)間的交換要快得多，所以，湍流擴(kuò)散可以是分子擴(kuò)散的幾百倍、上千倍。湍流交換有利有弊，一方面加快了燃料混合和污染物的擴(kuò)散，另一方面，又增加了阻力。所以我們要充分利用這些特點(diǎn)來(lái)為人類(lèi)服務(wù)。

　　流動(dòng)當(dāng)中還有兩種現(xiàn)象，一個(gè)叫做渦，一個(gè)叫做波。熱帶氣旋就是漩渦，今年美國(guó)的龍卷風(fēng)很厲害，造成的人員傷亡嚴(yán)重；至于波動(dòng)現(xiàn)象，是擾動(dòng)在介質(zhì)中的傳播，如：海洋當(dāng)中的風(fēng)浪，是人們看不見(jiàn)的內(nèi)波。在超聲速流動(dòng)中會(huì)有激波現(xiàn)象出現(xiàn)?！　?/div>