流动流体的基本规律VIP专享

2.2 流动流体的基本规律2.2.1 流动的基本概念流体和连续性假设流体是气体和液体的统称。气体和液体的共同点是不能保持一定形状，具有流动性；而其不同点表现在液体具有一定的体积，几乎不可压缩；而气体可以压缩。当所研究的问题并不涉及到压缩性时，所建立的流动规律，既适合于液体也适合于气体，通常称为流体力学规律；此时通常不明确区分气体和液体而泛称为流体。当计及压缩性时，气体和液体就必须分别处理。空气是由分子构成，在标准状态下（即在气体温度 15℃、一个大气压的海平面上），每一立方毫米的空间里含有 2.7×1016个分子。空气分子的自由行程很小，大约为 6×10-6cm。当飞行器在这种空气介质中运动时，由于飞行器的外形尺寸远远大于空气分子的自由行程，故在研究飞行器和大气之间的相对运动时，空气分子之间的距离完全可以忽略不计，即把空气看成是连续的介质。这就是空气动力学研究中常说的连续性假设。随着海拔高度的增加，空气的密度越来越小，空气分子的自由行程越来越大。当飞行器在 40km 以下高度飞行时，可以认为是在稠密大气层内飞行，这时空气可看成连续的。在120~150km 高度上，空气分子的自由行程大约与飞行器的外形尺寸在同一个量级范围之内；在 200km 高度以上，气体分子的自由行程有好几千米。在这种情况下，大气就不能看成是连续介质了。运动的转换在空气动力学中，为了简化理论和试验研究，广泛采用运动的转换原理运动的转换原理，是根据加利略所确定的运动的相对原理而建立的。相对原理，即如果在一个运动的物体系上附加上一个任意的等速直线运动，则此附加的等速直线运动并不破坏原来运动的物体系中各物体之间的相对运动，也不改变各物体所受的力。利用运动的转换原理，使问题的研究大为简化。设飞机以速度 v∞在静止空气中运动(图2.2.1)，根据相对原理，可以给该物体系(飞机与周围空气)加上一个与速度 v∞大小相等方向相反的速度。这样得到的运动是，飞机静止不动，无穷远处气流以速度 v∞流向飞机。这两种情况下，空气作用在飞机上的力是完全相同的，这就是运动的转换原理。也就是说，空气作用在飞机上的力，并不决定于空气或物体的绝对速度，而决定于二者之间的相对运动。在风洞试验时，为了模拟飞行器在天空中的飞行情况，可以让模型固定不动，让气流吹过，这样就大大简化了试验技术。图 2.2.1 运动的转换(a) 空气静止，飞机运动(b) 空气运动，飞机静止大气的物理参数和物理性质大气的状态参...