Динамика жидкости
-
Гидродинамика и её применение
- Гидродинамика описывает течение жидкостей и газов
- Включает аэродинамику и гидродинамику
- Применяется в авиации, нефтепереработке, метеорологии и других областях
-
Основные уравнения и законы
- Основана на законах сохранения массы, импульса и энергии
- Уравнения Навье-Стокса описывают течение ньютоновских жидкостей
- Упрощенные уравнения используются в вычислительной гидродинамике
-
Законы сохранения
- Используются для описания изменения массы, импульса и энергии в контрольном объеме
- Дифференциальные формулировки учитывают силы на поверхности и внутри объема
-
Классификация жидкостей
- Сжимаемые и несжимаемые жидкости
- Ньютоновские и неньютоновские жидкости
- Реология описывает поведение неньютоновских жидкостей
-
Сравнение невязкости и вязкости
- Число Рейнольдса характеризует соотношение инерционных и вязких эффектов
- Низкое число Рейнольдса указывает на стоксовское течение
- Высокое число Рейнольдса указывает на невязкое течение
-
Интегрирование уравнений Эйлера
- Интегрирование уравнений Эйлера вдоль линии обтекания приводит к уравнению Бернулли
- Уравнение Бернулли описывает поток в невязком и безвихревом потоке
- Потенциальные потоки могут быть выражены через градиент потенциальной энергии
-
Учет вязкости
- Вязкость важна вблизи твердых границ из-за пограничного слоя
- Уравнения вязкого течения необходимы для расчета сил сопротивления
- Модель включает уравнения Эйлера вдали от тела и пограничного слоя вблизи тела
-
Устойчивый и неустойчивый потоки
- Устойчивый поток не зависит от времени
- Нестационарный поток зависит от времени
- Турбулентные потоки нестационарны, но могут быть статистически стационарными
-
Ламинарный и турбулентный потоки
- Турбулентность характеризуется рециркуляцией и завихрениями
- Ламинарный поток не имеет турбулентности
- Турбулентные потоки описываются уравнениями Навье-Стокса
-
Моделирование турбулентности
- Прямое численное моделирование (DNS) ограничено мощностями компьютеров
- Усредненные по Рейнольдсу уравнения Навье-Стокса (RANS) и моделирование больших вихрей (LES) используются для моделирования турбулентности
-
Другие приближения
- Приближение Буссинеска пренебрегает изменениями плотности
- Теория смазки и поток Хеле-Шоу используют большое соотношение сторон
- Теория тонкого тела используется для оценки силы на длинный тонкий объект
- Уравнения мелкой воды описывают слой невязкой жидкости со свободной поверхностью
- Закон Дарси описывает течение в пористых средах
- Квазигеострофические уравнения используются в динамике атмосферы
-
Междисциплинарные типы потоков
- Потоки в соответствии с режимами Маха: дозвуковые, трансзвуковые, сверхзвуковые и гиперзвуковые
- Реактивные и нереактивные потоки: химическая активность, сохранение веществ
- Магнитная гидродинамика: электропроводящие жидкости в электромагнитных полях
- Релятивистская гидродинамика: движение жидкости с большими скоростями
- Колеблющаяся гидродинамика: стохастические потоки, моделирующие тепловые колебания
-
Терминология и характерные числа
- Давление занимает центральное место в гидродинамике
- Безразмерные числа (числа Рейнольдса и Маха) описывают поведение жидкостей
- Полное давление и динамический напор важны для изучения потоков жидкости
- Статическое давление идентично давлению и может быть определено для каждой точки
- Точка застоя имеет особое значение, давление застоя равно общему давлению в несжимаемых потоках
-
Общие условия для термодинамических свойств
- В сжимаемой жидкости удобно определять общие условия для термодинамических свойств, таких как температура, энтальпия и скорость звука.
- Эти условия зависят от скорости жидкости и различаются в разных системах отсчета.
-
Использование префикса «статический»
- Для избежания двусмысленности при описании свойств жидкости используется префикс «статический».
- Статические условия не зависят от системы отсчета.
-
Энтропия и статическая энтропия
- Условия полного потока определяются изоэнтропийным приведением жидкости в состояние покоя.
- Полная энтропия и статическая энтропия всегда равны по определению.
- Энтропию чаще всего называют просто «энтропией».
-
Дополнительная информация
- Список публикаций по гидродинамике.
- Список специалистов по гидродинамике.
- Рекомендации и дальнейшее чтение.
- История и публикации.
-
Внешние ссылки
- Национальный комитет фильмов по гидродинамике (NCFMF).
- Галерея движения жидкости.
- Список книг по гидродинамике.