不可壓縮流

不可壓縮流

不可壓縮流是密度不發生變化的流體運動。

不可壓縮流(incompressible flow)


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,甚至對於液體,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佔據著較低的部分。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,它都佔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,對氣體的緩慢流動採用不可壓縮的假設可以獲得良好的近似結果。
分析不可壓縮流常常以對無粘性或“完全”流體的解附加上流體粘性效應的方法加以分析。像均勻流、源、匯和渦這樣一些簡單的流動,可以用確定流動速度的數學表達式表示出來。這些解可以疊加起來,以表達像在空氣中運動的機翼或在水中運動的船體這樣一些實際的複雜無粘性流。結果得到流場中所有點上的速度的大小和方向的數學表達式。然後通過伯努利方程,可以把流動中某一點上的壓力(P)與速度(v)聯繫起來。這裡p是常流體密度。這樣,由壓力引起而作用在邊界上的力就可以計算出來。然後,餘下的問題就是確定粘性如何影響流場和壓力分佈,以及流體摩擦引起的平行於邊界的附加力。在不可壓縮流這一領域中,粘性起著重要的作用,因為它決定了靠近流動邊界的流體(邊界層)的行為,以及流體不沿著邊界流動的區域(分離區)中的流體行為。雷諾數,即流體中慣性力和粘性力的無量綱比值,給出流動特性的一個量度,它對於把實驗數據和理論聯繫起來是十分有用的。可參考“粘滯性”(viseosity)的概念。應用有許多實際問題可以通過利用無粘性、不可壓縮流理論和實驗數據進行估算。首先想到的是通過大氣低速運動的飛機、氣墊運載工具、直升飛機和大氣層中的氣球,通過水域的各種船舶(只是水面下的流動適合於這一領域),汽車、火車等地面上的車輛,以及建築物受到風的作用而引起的異常的載荷和振動。不可壓縮流理論的其他同樣重要的應用有暖氣和空氣調節設計、固定微粒和液體微滴的輸運、鍊鋼等工業過程中的空氣流動等等。可以參考“可壓縮流,(eompressible flow)、“氣體動力學”(gasdynamies)、“馬赫數,(Maeh number)、“雷諾數,(Reynolds number)等的概念加以理解。