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空气动力学方程:连续性方程:三维连续性方程应用
1空气动力学基础
1.1流体的性质
流体,包括液体和气体,具有独特的物理性质,这些性质在空气动力学中
起着关键作用。流体的性质主要包括:
密度(ρ):单位体积的流体质量,是流体的重要属性之一。
粘度(μ):描述流体内部摩擦力的大小,影响流体流动的形态。
压缩性:气体的体积会随压力和温度的变化而变化,而液体的压缩
性通常可以忽略。
表面张力:流体表面分子间的相互吸引力,影响流体的形状和流动
行为。
1.2流体动力学基本概念
流体动力学研究流体的运动和静止状态,以及流体与固体之间的相互作用。
基本概念包括:
流线:在流体中,流线表示在某一时刻流体粒子的运动轨迹。
流管:由一系列流线构成的管状区域,流体只能沿流线流动。
流体动力学方程:描述流体运动的数学方程,包括连续性方程、动
量方程和能量方程。
边界层:流体紧贴固体表面流动时,由于粘性作用,流体速度从固
体表面的零逐渐增加到主流速度的区域。
1.3流体流动的分类
流体流动可以根据不同的标准进行分类:
层流与湍流:层流是流体粒子沿平行线流动,而湍流则是流体粒子
的随机运动。
亚音速、跨音速、超音速和高超音速流动:根据流体速度与音速的
关系进行分类。
不可压缩与可压缩流动:不可压缩流动中流体的密度被视为常数,
而可压缩流动中密度随压力和温度变化。
定常与非定常流动:定常流动中流体的性质和速度不随时间变化,
而非定常流动则随时间变化。
1
2流体的性质示例
假设我们有以下流体的性质数据:
³
物质密度(kg/m)粘度(Pa·s)
空气1.2250.0000178
水10000.001
我们可以使用Python来计算流体在不同条件下的行为,例如,使用雷诺数
(Reynoldsnumber)来判断流动是层流还是湍流:
#导入必要的库
importnumpyasnp
#定义流体性质
fluid_properties={
air:{density:1.225,viscosity:0.0000178},
water:{density:1000,viscosity:0.001}
}
#计算雷诺数
defcalculate_reynolds_number(fluid,velocity,characteristic_length):
计算雷诺数
:paramfluid:流体类型(air或water)
:paramvelocity:流体速度(m/s)
:paramcharacteristic_length:特征长度(m)
:return:雷诺数
density=fluid_properties[fluid][density]
viscosity=fluid_properties[fluid][viscosity]
reynolds_number=density*velocity*characteristic_length/viscosity
returnreynolds_number
#示例:计算空气在1m/s速度下,通过直径为1m的管道时的雷诺数
reynolds_number_air=calculate_reynolds_number(air,1,1)
print(f空气的雷诺数为:{reynolds_number_air})
#示例:计算水在1m/s速度下,通过直径为1m的管道时的雷诺数
reynolds_number_wat
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