流体力学基本知识了解一下

流体力学基本知识点

       流体力学是什么，研究流体产生的力，飞行器相关的主要就是物体表面上的力，比如用偶极子加直匀流来模拟圆柱绕流，这个可以进行保角变换来进行机翼表面的压力状况。

流体力学和固体力学的差别和相似之处

        固体和流体的区别，第一感觉就是一静一动，拿机翼来说，研究气动的话，空气得动起来才有力，而相应如果研究机翼的强度问题，那可以把机翼放在那加力就好了。这是一个直观的总体的感觉。仔细来看，那就是流体在静止的状态下，它不能承受剪力，粘性也表现不出来，所以很多性质需要在动的情况下去研究。

        相似之处，都是微元的处理方式。

流体的粘性

       牛顿流体，粘性和速度梯度成正比，比例因子就是粘性系数。粘性不同于分子间作用力或者张力，它是运动才会产生的，流体的动摩擦力，而流体不存在静摩擦力。粘就不是粘性，它是静态的，更多的就是分子间作用力之类的了。

       粘性的性质，是流体它固有的。主要受温度的影响，对液体来说，温度越高，应该是越丝滑的，因为温度高了分子间的间距应该会大一点，那么接触的少了，所以摩擦少了；但是对于气体则不然，气体主要是受热运动来控制的，当温度升高，那么分子的热运动加剧，使得分子之间的相互碰撞加剧，最终导致粘性升高。

压缩性

       压缩一般说的是气体，固体和液体是不容易被压缩的。固定容器内的压缩通常可以减小体积，飞行器方面是在空间中的研究，这时候压缩，就相当于弹簧后面有人推，前面来不及反映，最终的效果就是被压缩了，体现出一个速度的关系，所以用速度和声速之比来表示压缩性。

       因此可知空间中的压缩伴随着提速，放在流管中来看比较清晰，亚声速扩张收缩流道，速度增加，Ma增加，静压静温就会减小，密度相应增大，那就是被压缩了。超音速，扩张流管中，马赫数会升高，静温静压下降，速度增加。

       但是地马赫数下常常会认为流体不可压缩来处理，不可压缩，那么音速就是无穷大了，像无限长钢管一样，左边一推，立马传到另一边了。

湍流和层流的区别

        湍流和层流的速度不一样，流动特征不一样。湍流是一个整齐，互相参杂互相帮助；层流是各管各的。导致的性质不同，因为层流是各管各的，所以它容易造成避免附近的跟不上，导致流动分离，而湍流则不容易流动分离。

      层流的摩擦力却比较小，湍流的摩擦力比较大。毕竟湍流活跃。

1、湍流与层流的讨论：

  ①概念分类：层流是各层之间没有掺混，湍流是各层之间有掺混。
  ②湍流与层流可以用雷诺数来区分，雷诺数大，湍流。
     雷诺数本身，惯性力与粘性力之比。

  解决问题①：湍流为什么可以用雷诺数来衡量：

       首先，湍流是和雷诺数正相关的，但是不一定就必须以2300为分界点。雷诺数是惯性力与粘性力的比值。
      惯性力趋于维持动量，Re大时，流动中的微小扰动会被放大，并由扩散作用输送到其他区域。粘性力趋于耗散动量，就会使得流动变稳定。这与平时的感觉似乎有点不同，我们可能觉得粘性力会导致涡的产生，那就借用一个回答：（不客气，粘性力增加使得掺混增加，逻辑上似乎是合理的，但仅限于湍流边界层的底层。因为这里的能量是反向传递的，即能量由紧挨固体壁面形成的小涡向大涡传递，粘性大则能量传递效果越强。这也是大尺度的涡的由来。而外侧的流动，能量由大涡向小涡传递，最终耗散，如果粘性增大，能量在较大尺度的涡上就耗散掉了，流动很快就归于平静。所以总体上，粘性越大，流动越趋向于层流）。

  解决问题②：湍流的产生机理
        湍流是由于扰动产生的。所谓的圆管、壁面都是扰动的一种形式，而没有扰动，一般是不存在湍流的。
       话说体轴系下的来流，换到风轴系下，它是静止的，那它肯定是层流的，这肯定是对的。那换算到体轴系下，仍是层流，侧面印证了不管风速多大它都是层流，即需要扰动才会从层流转换成湍流。

2、湍流层流与流动分离：

     流动分离是和流动状态有关的，他的两个必要条件是粘性和逆压梯度。

3、基本方程的讨论：

      从一般到特殊：（粘性代表着理想流体、有旋无旋代表着是否有剪切，用旋度来表示、定常）；

     NS方程，最一般；
     欧拉方程，理想气体，无粘流；
    拉普拉斯方程，低速流动、无粘无旋不可压；

4、超声速、激波和膨胀波的一些东西：

        激波膨胀波的产生，扰动（可以超声速流中的物体、可以是超声速流中的压力梯度），那么看膨胀波激波就看扰动就好了。

 扰动的不同形式所导致的结果：
       我们看一个外折角导致的扰动，产生膨胀波使得气流加速，是不是就相当于拉瓦尔喷管中的后半段，所以说拉瓦尔喷管中也有膨胀波了？应该是这样的，拉瓦尔喷管中是有膨胀玻的，而且当偏离设计点的时候，比如提前达到临界马赫数，那么就会产生激波，激波延伸到扩张段中，导致扩张段中的流速以斜激波为分界面（保留）。【但是目前发现当设置为压强决定时候，不管进口压强多大，喉道处马赫数是一定的，假设它刚好是1，那么如图，它为什么在后半段还会产生类似激波的东西？如果是提前达到1尼，该如何仿真，又是什么样的效果，下次看吧】

拉瓦尔喷管的实现：
       两个指标，①是收缩扩张管道，②是大的压强比。为啥要压强比，因为最终出口是要和外界大气压一致的，这样在出口直接喷出，如果出口压强比外界大气压大，那么压强降低需要膨胀波，速度继续增大；如果压强小于外界大气压，也就是达不到我们所说的足够大的压强比，那么结尾是不是就是需要压强的增大了，就得来一道激波使得压强增大，同时的话，速度就会减小，那就违背了初衷。