【小白的CFD之旅】06 流体力学基础
从黄师姐那里了解到要学习CFD的话，需要先补充流体力学、数学以及计算机方面的常识，小白就一阵头大。想起当初自己已经把牛皮吹出去了，现在都不知道怎么收场，一个月入不了门多丢人。不过头大归头大，小白还是老老实实在图书馆呆了一个星期，基本上将流体力学基础过了一遍，虽然说学得很粗糙，但一些基本原理还是有了了解。。
流体力学基础内容：
1.流体属性
- 连续介质假定：需要了解"宏观上无穷小、微观上无穷大"的概念以及knudsen数的定义方式。
\[K_n=\frac{\lambda}{L}
\]
其中，\(\lambda\)为分子自由程，\(L\)为系统长度尺度。\(K_n\)越大，意味着流体越稀薄。
-
流体密度：流体密度反映的是流体微团的平均密度。
-
流体粘度：反映剪切应力与应变之间的关系。
根据流体属性可将流体分为不同的类型：
- 稀薄流体
- 可压缩流体和不可压缩流体
- 牛顿流体与非牛顿流体
- 粘性流体与理想流体
2.流体静力学
- 流体静力学：几乎所有的流体力学参考资料上都会包含有流体静力学方面的内容，这些内容说到底也就是一个流体静止条件下压力分配的问题。
在学习流体静力学过程中，需要掌握的概念包括：
- 静力学基本方程
\[z+\frac{p}{\rho g}=c
\]
- 流体压力只与深度有关，与方向无关，同一深度位置压力相等。
- 绝对压力与相对压力
- 表压
3.流体动力学
流体动力学研究流体流动状态下压力速度分布，主要包括两大块的内容：
3.1 伯努利方程
\[p_0+\rho gh_0+\frac{1}{2}\rho v_0^2=p_1+\rho gh_1+\frac{1}{2}\rho v_1^2
\]
或
\[p_0+\rho gh_0+\frac{1}{2}\rho v_0^2=c
\]
在学习伯努利方程时，需要搞清楚几个关于压力的概念：
- 静压：即式中的\(p_0\)
- 动压：即式中的\(\frac{1}{2}\rho v_0^2\)
- 总压：静压与动压的和称之为总压。
3.2 流动阻力计算
流动阻力包含沿程阻力与局部阻力。
3.2.1 沿程阻力
对于管道流动，其沿程阻力可通过范宁公式计算：
\[h_f=\lambda \frac{l}{d} \frac{u^2}{2}
\]
式中，\(l\)为管道长度，\(d\)为管道内径，\(\lambda\)为阻力系数。
对于阻力系数\(\lambda\)，层流和湍流状态下计算方式不同：
- 层流状态下：
\[\lambda=\frac{64}{Re}
\]
其中雷诺数\(Re=\frac{ud\rho}{\mu}\)
- 湍流状态下
对于光滑管道，可用伯拉修斯经验方程
\[\lambda = \frac {0.3164}{Re^ \left(0.25\right)}
\]
对于粗糙管道，阻力系数可查莫迪图。
3.2.2局部阻力
\[h_f = \xi \frac{u^2}{2}
\]
式中，\(\xi\)为阻力系数，不同设备的阻力系数需要通过实验测定。
这是江小白通过一周的学习，对于流体力学总结的内容，不过黄师姐听完小白的汇报后，只说了句“学了点儿皮毛，聊胜于无，后面有的学。”
郑重申明
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