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位流

指数 位流

在流體動力學中,位流(Potential Flow)是指一道速度場是一純量函數(即速度位)的梯度的流。因此,位流的特點是無旋性速度場,這是對於幾種應用的有效近似。位流的無旋性是因為梯度的旋度始終為零的關係。 在不可壓縮流的類型中,位流滿足拉普拉斯方程與位理論。然而,位流也可用來描述可壓縮流。位流近似發生於穩流與非穩流的模型上。 位流應用於:翼型、海浪、電滲流與地下水流的外部流場。對於有強大渦效應的流,位流近似並不適用。.

目录

  1. 16 关系: 不可壓縮流理查德·費曼翼型音速複分析马赫邊界層速度位梯度渦度湍流流體動力學海浪攻角拉普拉斯算子拉普拉斯方程

不可壓縮流

在連續介質力學裏,不可壓縮流是流速的散度等於零的流動,更精確地稱為等容流。這理想流動可以用來簡化理論分析。實際而言,所有的物質多多少少都是可壓縮的。請注意「等容」這術語指的是流動性質,不是物質性質;意思是說,在某種狀況,一個可壓縮流體會有不可壓縮流的動作。由於做了不可壓縮這假設,物質流動的主導方程式能夠極大地簡化。 不可壓縮流遵守以下方程式: 其中,\mathbf\,\! 是物質流動的速度。 根據連續方程式, 其中,\rho\,\! 是物質密度。 以隨體導數(material derivative)表達, 由於 \rho > 0\,\! ,一個流動是不可壓縮流,若且唯若 也就是說,隨著物質元素的移動,質量密度是常數。.

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理查德·費曼

查德·菲利普斯·費曼(Richard Phillips Feynman,),美國理论物理學家,量子电动力学创始人之一,纳米技术之父。由費曼提出或完善的费曼图、费曼规则(Feynman rules)和重整化计算方法是研究量子电动力学和粒子物理学的重要工具。费曼个性十足,爱出风头,平易近人且喜爱搞怪,有很多逸闻流传于世。在1999年英國雜誌《》对全球130名領先物理學家的民意調查中,他被評為有史以來10位最偉大的物理學家之一。費曼父母皆為立陶宛猶太人,來自白俄羅斯,然而費曼本人是無神論者。 费曼业余爱好广泛,如打邦哥鼓、破译玛雅文明的象形文字、研究如何撬開保险櫃的鎖及逛脱衣舞厅等。他自己搜罗了不少这类故事,整理成了自传《别闹了,费曼先生!》。该书后來成为畅销大众读物。费曼是少数几个在大众心目中形象生动鲜活的前沿科学家之一。.

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翼型

翼型或稱翼剖面,是指机翼、风帆、螺旋桨、直升机旋翼、涡轮的横截面形状。翼型可以改變力的方向,例如可以把平行方向的推力轉換為升力,或是將水平方向的旋轉力矩轉換為垂直方向的推力。 翼型的升力主要来自翼型的形状和迎角(或称之为攻角),有合适的迎角的翼型会对来流产生扰动,由此产生一个与扰动相反方向的力,称之为气动力。气动力可以被分解为升力和阻力,与来流方向垂直的合力称之为升力,与来流方向平行的的合力称之为阻力。大多数翼型需要在正的迎角下才产生升力,但是有弯度翼型在迎角为0的情况下也能产生升力。来流在受到扰动后,在翼型表面附近出现了弯曲的流线,因此在翼型的两个表面产生了不同的压力。根据伯努利定律,在流速快的地方压力小,流速慢的地方压力大,因此,可以根据上下表面的流速差来计算翼型的升力。实际上,引入环量的概念后,根据库塔-儒可夫斯基定理就可以计算出翼型的升力。 Category:航空术语 Category:空气动力学.

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音速

声速,又称“音速”(每秒340 米,每小時1236公里),顧名思義即是聲音的速度,定義為單位時間內振動波傳遞的距離。音速(波傳遞的速度)與傳遞介質的材質狀況(密度、溫度、壓力…)有絕對關係,而與發聲者(波源)本身的速度無關,而發聲者(波源)與聽者(觀察者)間若有相對運動關係,就形成了都卜勒效應;由此觀點,我們可以知道,超音速時的諸多物理現象(震波、音爆、音...),其實與聲音無關,而是壓縮波密集累積所產生的物理現象。聲音的傳播速度在固體最快,其次液體,而氣體的音速最慢。通常音速是指在空氣中的音速,为343.2米/秒(1,236公里/小时)。音速又會依空氣之狀態(如濕度、温度、密度)不同而有不同數值。如攝氏零度之海平面音速约为331.5米/秒(1193公里/小時);一萬米高空之音速約為295米/秒(1062公里/小時);另外每升高1攝氏度,音速就增加0.607米/秒。 在固體中有兩種可能的聲波,其中一種是與流體相同的縱波,另一種是流體沒有的橫波,兩種不同的聲波可以有不同的傳播速度(例如地震波)。縱波形式的音速取決於介質的壓縮率和密度,而固體中橫波形式的音速取決於介質的剛度和密度。 在超流體中也存在兩種不同的「聲波」,第一種聲波是與平常流體相同的密度波,另一種是超流體特有的第二聲波。.

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複分析

複變分析是研究複變函數,特別是亞純函數和複變解析函數的數學理論。 研究中常用的理论、公式以及方法包括柯西积分定理、柯西积分公式、留数定理、洛朗级数展开等。複變分析的应用领域较为广泛,在其它数学分支和物理学中也起着重要的作用。包括数论、应用数学、流体力学、热力学和电动力学。.

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马赫

赫(Mach number)是表示速度的量词,又叫馬赫數。一马赫即一倍音速:馬赫數小於1者為次音速,馬赫數大於5左右為超高音速;馬赫數是飛行的速度和當時飛行的音速之比值,大於1表示比音速快,同理,小於1是比音速慢。 其中U為流速,C為音速。音速為壓力波(聲波)在流體中傳遞的速度。馬赫數的命名是為了紀念奧地利學者恩斯特·马赫(Ernst Mach, 1838-1916)。 马赫一般用于飞机、火箭等航空航天飞行器。由于声音在空气中的传播速度随着不同的条件而不同,因此马赫也只是一个相对的单位,每“一马赫”的具体速度并不固定。在低温下声音的传播速度低些,一马赫对应的具体速度也就低一些。因此相对来说,在高空比在低空更容易达到较高的马赫数。 1947年10月14日,耶格尔驾驶X-1试验飞机在加州南部上空脱离B-29母机,上升到一万二千公尺高空,并在此高度上达到每小时1078公里的速度,首次突破音障,超过了一马赫。 當馬赫數Ma1.0,稱為超音速流(Supersonic flow),此類流況在航空動力學中才會遇到。 任何超過音速移動的物體會從頭部向後產生錐狀的能量震波(速度越高錐角越小),其力量可能會破壞接觸物體,而且會摩擦製造高溫,因此其體型設計必須盡量限制在錐狀震波的範圍內,同時要採用高抗熱性的材料。 在地表的速度換算相當於一馬赫≈1225km/h,767mph,1125ft/s。飛行物在相同的速度下,其馬赫會因所在高度空氣的音速不同而有差異;高度越高,音速越低,而使得馬赫越高,因此高空飛行的速度會降低以免產生衝擊。.

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邊界層

邊界層,又称附面层是一個流體力學名詞,表示流體中緊接著管壁或其他固定表面的部份。邊界層是由黏滯力產生的效應,和雷諾數Re有關。 一般提到的邊界層是指速度的邊界層。在邊界層外,流體的速度接近定值,不隨位置而變化。在邊界層內,在固定表面上流速為0,距固定表面越遠,速度會趨近一定值。.

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速度位

速度位(Velocity Potential)被使用在流體動力學上,當流體占滿單連通區且無旋性。 如此情況: 這裡 \mathbf 是流體的流速。所以, \mathbf 可表示為純量函數\Phi\;的梯度: \Phi\;是對於 \mathbf 的速度位。 速度位不是唯一的。若a\;是一個常數,\Phi+a\;也是對於 \mathbf 的速度位。反過來說,若\Psi\;是對於 \mathbf 的速度位,則\Psi.

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梯度

在向量微积分中,标量场的梯度是一个向量场。标量场中某一点的梯度指向在這點标量场增长最快的方向(當然要比較的話必須固定方向的長度),梯度的絕對值是長度為1的方向中函數最大的增加率,也就是說 |\nabla f|.

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渦度

#重定向 涡量.

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湍流

湍流(turbulence),也稱為紊流(大陆地区的旧称),是流体的一种流动状态。当流速很小时,流体分层流动,互不混合,称为层流,或称为片流;逐渐增加流速,流体的流线开始出现波浪状的摆动,摆动的频率及振幅随流速的增加而增加,此种流况称为过渡流;当流速增加到很大时,流线不再清楚可辨,流场中有许多小漩涡,称为湍流,又称为--、扰流或紊流。 这种变化可以用雷诺数来量化。雷诺数较小时,黏滞力对流场的影响大于惯性力,流场中流速的扰动会因黏滞力而衰减,流体流动稳定,为层流;反之,若雷诺数较大时,惯性力对流场的影响大于黏滞力,流体流动较不稳定,流速的微小变化容易发展、增强,形成紊乱、不规则的湍流流场。 流态转变时的雷诺数值称为临界雷诺数。临界雷诺数与流场的参考尺寸有密切关系。一般管道流雷诺数Re<2100为层流状态,Re>4000为湍流状态,Re=2100~4000为过渡状态。 在管路设计中,湍流比层流需要更高的泵输出功率。而在热交换器或者反应器设计中,湍流反而有利于热传递或者充分混合。 有效地描述湍流的性质,至今仍然是物理学中的一个重大难题。.

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流體動力學

流體動力學(Fluid dynamics)是流體力學的一門子學科。流體動力學研究的對象是運動中的流體(含液體和氣體)的狀態與規律。流體動力學底下的子學科包括有空氣動力學和液體動力學。 解決一個典型的流體動力學問題,需要計算流體的多項特性,主要包括速度、壓力、密度、溫度。 流體動力學有很大的應用,比如在預測天氣,計算飛機所受的力和力矩,輸油管線中石油的流率等方面上。其中的的一些原理甚至運用在交通工程,因交通運輸本身可被視為一連續流體运动。.

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海浪

海浪(wave)是發生在海洋表面上的表面波,即沿著水與空氣界面間傳行的一種波動,屬於重力波的一種類型。當風吹起時,風所帶來的壓力及摩擦力對海洋表面的平衡態產生擾動,一些能量自風轉移到水上。水能夠自風得到能量是因為兩者間的摩擦力,使得表面粒子以橢圓式運動移動著,這種橢圓式運動是縱波(往覆運動)與橫波(上下運動)所合成。海浪的波动有随机性;因为海面的风速、风向随时随地变化,所以海浪通常是杂乱无章的,其波高、波长和周期都为随机量。.

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攻角

攻角(Angle of attack,縮寫為AOA,常用希臘字母α表示)為一空氣動力學名詞,為機翼之翼弦與自由流(或是相對風流的方向)之夾角;如為飛機攻角,定義則為機軸對相對風流之夾角。當機翼向上為正攻角,向下則為負攻角。 它有可能與俯仰角搞混。俯仰角是指翼弦與飛行器俯仰之夾角,而攻角是指與自由流之夾角。 機翼要有升力,則必須要有攻角或是弧度(camber)。有弧度的機翼,其零升力攻角不為零,也就是在攻角0度時,有弧線的機翼就有升力。而對稱翼不具弧線,所以在攻角0度時沒有升力,必須要有攻角,機翼才能提供升力。 當機翼因其它因素干擾,此時對於該翼剖面的相對風速可能與飛行器的相對風速不一樣,所以在翼剖面上的相對風速與翼弦之夾角才是有效攻角。最常見的情況為,在機翼翼尖的部分,因三維釋放效應,空氣由機翼下方往上翻,使得有效攻角變小,並造成額外的阻力,我們稱這種阻力為誘導阻力,而原本的攻角與有效攻角之差為誘導攻角。.

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拉普拉斯算子

在數學以及物理中,拉普拉斯算子或是拉普拉斯算符(Laplace operator, Laplacian)是由欧几里得空间中的一個函数的梯度的散度给出的微分算子,通常寫成 \Delta 、 \nabla^2 或 \nabla \cdot \nabla 。 這名字是為了紀念法国数学家皮耶-西蒙·拉普拉斯(1749–1827)而命名的。他在研究天体力学在數學中首次应用算子,当它被施加到一个给定的重力位(Gravitational potential)的时候,其中所述算子给出的质量密度的常数倍。經拉普拉斯算子運算為零∆f.

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拉普拉斯方程

拉普拉斯方程,又名调和方程、位势方程,是一种偏微分方程。因为由法国数学家皮埃尔-西蒙·拉普拉斯首先提出而得名。求解拉普拉斯方程是电磁学、天文学、熱力學和流体力学等领域经常遇到的一类重要的数学问题,因为这种方程以势函数的形式描写了电場、引力場和流场等物理对象(一般统称为“保守场”或“有势场”)的性质。.

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亦称为 位势流。