【小白的CFD之旅】06 流體力學(xué)基礎(chǔ)

從黃師姐那里了解到要學(xué)習(xí)CFD的話欠动,需要先補(bǔ)充流體力學(xué)永乌、數(shù)學(xué)以及計(jì)算機(jī)方面的常識(shí),小白就一陣頭大具伍。想起當(dāng)初自己已經(jīng)把牛皮吹出去了翅雏,現(xiàn)在都不知道怎么收?qǐng)觯粋€(gè)月入不了門多丟人人芽。不過頭大歸頭大望几,小白還是老老實(shí)實(shí)在圖書館呆了一個(gè)星期,基本上將流體力學(xué)基礎(chǔ)過了一遍萤厅,雖然說學(xué)得很粗糙橄抹,但一些基本原理還是有了了解。惕味。

流體力學(xué)基礎(chǔ)內(nèi)容

1.流體屬性

  • 連續(xù)介質(zhì)假定:需要了解"宏觀上無窮小楼誓、微觀上無窮大"的概念以及knudsen數(shù)的定義方式。

$$K_n=\frac{\lambda}{L}$$
其中名挥,$\lambda$為分子自由程疟羹,$L$為系統(tǒng)長(zhǎng)度尺度。$K_n$越大禀倔,意味著流體越稀薄榄融。

  • 流體密度:流體密度反映的是流體微團(tuán)的平均密度。

  • 流體粘度:反映剪切應(yīng)力與應(yīng)變之間的關(guān)系救湖。

根據(jù)流體屬性可將流體分為不同的類型:

  • 稀薄流體
  • 可壓縮流體不可壓縮流體
  • 牛頓流體非牛頓流體
  • 粘性流體理想流體

2.流體靜力學(xué)

  • 流體靜力學(xué):幾乎所有的流體力學(xué)參考資料上都會(huì)包含有流體靜力學(xué)方面的內(nèi)容剃袍,這些內(nèi)容說到底也就是一個(gè)流體靜止條件下壓力分配的問題。
    在學(xué)習(xí)流體靜力學(xué)過程中捎谨,需要掌握的概念包括:
  1. 靜力學(xué)基本方程
    $$z+\frac{p}{\rho g}=c$$
  2. 流體壓力只與深度有關(guān)民效,與方向無關(guān)憔维,同一深度位置壓力相等。
  3. 絕對(duì)壓力與相對(duì)壓力
  4. 表壓

3.流體動(dòng)力學(xué)

流體動(dòng)力學(xué)研究流體流動(dòng)狀態(tài)下壓力速度分布畏邢,主要包括兩大塊的內(nèi)容:

3.1 伯努利方程

$$p_0+\rho gh_0+\frac{1}{2}\rho v_0^2=p_1+\rho gh_1+\frac{1}{2}\rho v_1^2$$

$$p_0+\rho gh_0+\frac{1}{2}\rho v_0^2=c$$
在學(xué)習(xí)伯努利方程時(shí)业扒,需要搞清楚幾個(gè)關(guān)于壓力的概念:

  • 靜壓:即式中的$p_0$
  • 動(dòng)壓:即式中的$\frac{1}{2}\rho v_0^2$
  • 總壓:靜壓與動(dòng)壓的和稱之為總壓。
3.2 流動(dòng)阻力計(jì)算

流動(dòng)阻力包含沿程阻力與局部阻力舒萎。

3.2.1 沿程阻力

對(duì)于管道流動(dòng)程储,其沿程阻力可通過范寧公式計(jì)算:
$$h_f=\lambda \frac{l}gzryjzl \frac{u^2}{2}$$
式中,$l$為管道長(zhǎng)度臂寝,$d$為管道內(nèi)徑章鲤,$\lambda$為阻力系數(shù)。
對(duì)于阻力系數(shù)$\lambda$咆贬,層流和湍流狀態(tài)下計(jì)算方式不同:

  • 層流狀態(tài)下:
    $$\lambda=\frac{64}{Re}$$
    其中雷諾數(shù)$Re=\frac{ud\rho}{\mu}$
  • 湍流狀態(tài)下
    對(duì)于光滑管道败徊,可用伯拉修斯經(jīng)驗(yàn)方程
    $$\lambda = \frac {0.3164}{Re^ \left(0.25\right)}$$
    對(duì)于粗糙管道,阻力系數(shù)可查莫迪圖掏缎。
3.2.2局部阻力

$$h_f = \xi \frac{u^2}{2}$$
式中皱蹦,$\xi$為阻力系數(shù),不同設(shè)備的阻力系數(shù)需要通過實(shí)驗(yàn)測(cè)定眷蜈。

這是江小白通過一周的學(xué)習(xí)沪哺,對(duì)于流體力學(xué)總結(jié)的內(nèi)容,不過黃師姐聽完小白的匯報(bào)后酌儒,只說了句“學(xué)了點(diǎn)兒皮毛辜妓,聊勝于無,后面有的學(xué)忌怎〖危”


<font color="#FF0000">鄭重申明</font>

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