• 【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
    • 可压缩流体不可压缩流体
    • 牛顿流体非牛顿流体
    • 粘性流体理想流体

    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:
    1. 静力学基本方程

    [z+frac{p}{ ho g}=c ]

    1. 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。
    2. 绝对压力与相对压力
    3. 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+ ho gh_0+frac{1}{2} ho v_0^2=p_1+ ho gh_1+frac{1}{2} ho v_1^2 ]

    [p_0+ ho gh_0+frac{1}{2} ho 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} ho 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 ho}{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 ight)} ]

    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

    • 本系列根据真实经历改编,如有雷同实属巧合,请勿人肉
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