我們把流體所占據(jù)的空間稱為流場。
用以表征流體特性的物理量如速度、溫度、壓強、密度等,稱為流體的運動參數(shù)。所以流場又是分布上述運動參數(shù)的場。 "定常流動與非定常流動根據(jù)運動參數(shù)隨時間的變化,我們可以將流動分為定常流動與非定常流動。如果流場中流體的運動參數(shù)不僅隨位置不同而不同,而且隨時間變化而變化,這樣的流動稱為非定常流動。
如果流場中流體的運動參數(shù)只隨位置改變而與時間無關(guān),這樣的流動稱為定常流動。限于課程性質(zhì)和課時,本課程只研究定常流動。 "流線流線是流場中某一瞬時的一條空間曲線,在該線上各點的流體質(zhì)點所具有的速
度方向與曲線在該點的切線方向重合。流線具有以下特征:()非定常流動時,由于流場中速度隨時間改變,經(jīng)過同一點的流線的空間方位和形狀是隨時間改變的。(%)定常流動時,由于流場中各點流速不隨時間改變,所以同一點的流線始終保持不變,且流線與跡線(流場中流體質(zhì)點在一段時間內(nèi)運動的軌跡線)重合。()流線不能相交也不能折轉(zhuǎn)。因為空間每一點只能有一個速度方向,所以不能有兩條流線同時通過同一點。()流場中的每一點都有流線通過。由這些流線構(gòu)成流場的總體稱為流線譜,簡稱流譜。
&"流管和流束
在流場中任畫一封閉曲線,在該曲線上每一點做流線,由這許多流線所圍成的管狀曲面稱為流管。
由于流管表面是由流線所圍成,而流線不能相交,因此流體不能穿出或穿入流管表面。這樣,流管就好像剛體管壁一樣把流體運動局限在流管之內(nèi)或流管之外。在穩(wěn)定流時流管好像真實管子一樣。
充滿在流管內(nèi)的流體。稱為流束。
二、運動的轉(zhuǎn)換
當飛機在原來靜止的空氣中作等速直線飛行時,將引起物體周圍空氣的運動,同時空氣將給飛機以作用力。研究這種空氣運動的規(guī)律和作用力是空氣動力學所面臨的任務之一。這里有兩種坐標系可以使用,一種是采用靜止坐標系— ——坐標系固連
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于地球上,直接將牛頓定律用于空氣對物體的相互作用;另一種是采用動坐標系— ——坐標系固連于等速飛行的飛機上,也就是在飛機上看空氣的運動及其對物體的作用力。而用這兩種坐標系求得物體所受的力是完全相同的。這就是運動的轉(zhuǎn)換原理,它是根據(jù)加利略的相對原理而建立的。
相對原理,即如果在一個運動物體系上附加上一個任意的等速直線運動,則此附加的等速直線運動并不破壞原來運動的物體系中各物體之間的相對運動,也不改變各物體所受的力。
利用運動的轉(zhuǎn)換原理,使問題的研究大為簡化。設物體以速度 在靜止空氣中運動,根據(jù)相對原理,可以給物體系(物體與周圍空氣)加上一個與速度 大小相等方向相反的速度。這樣得到的運動,與物體靜止不動,無窮遠處氣流以速度 流向物體的情況,空氣作用在物體上的力是完全相同的,這就是運動的轉(zhuǎn)換原理。也就是說,空氣作用在物體上的力,并不決定于空氣或物體的絕對速度,而決定于二者之間的相對運動。
三、連續(xù)性定理
為了說明該原理,可以先從一些生活經(jīng)驗談起。我們在河岸土可以看到,在河道寬而深的地方,河水流得比較慢;而在河道窄而淺的地方,卻流得比較快。夏天乘涼時,我們總喜歡坐在兩座房屋之間的過道中,因為那里常有“穿堂風”。在山區(qū)你可以看到山谷中的風經(jīng)常比平原開闊的地方來得大。這些現(xiàn)象都是流體“連續(xù)性定理”在自然界中的表現(xiàn)。下面我們來推導連續(xù)性定理。
質(zhì)量守恒定律是自然界基本的定律之一,它說明物質(zhì)既不會消失,也不會憑空增加。如果把這個定律應用在流體的流動上,就可以得出這樣的結(jié)論:當流體低速、穩(wěn)定、連續(xù)不斷地流動時,流管里的任一部分,流體都不能中斷或積聚,在同一時間內(nèi),流進任何一個截面的流體質(zhì)量和從從另一個截面流出的流體質(zhì)量應當相等。
它說明了氣流速度和流管截面積之間的關(guān)系。由此看出,當?shù)蜋n速定常流運時,氣流速度的大小與流管的截面積成反比,這就是連續(xù)性定理。也可以粗略地說,截面積小的地方流速快,而截面積大的地方則流速慢。
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