流体与连续介质假定

气体和液体统称为流体。流体具有两大特点:一是具有流动性,二是无固定形状。

流体的流动性体现在流体(气体和液体)受到任何微小的剪切力都能产生连续变形,不仅会发生整体性的运动,其内部也会发生相对运动。

虽然气体和液体都是流体,但在进行流体流动研究时,需要区别出它们之间的差别。

液体:液体分子间距离相对较小,分子间的相互作用力比气体分子间的大,液体在容器中能形成一定的自由表面,并且液体的体积随温度、压力的变化都很小。

气体:气体没有一定的体积,气体总是充满储存它的容器的每个角落,且气体体积随温度、压力的变化较大。

因为液体体积随压力变化不明显,气体体积随压力变化明显,液体和气体分别被称为不可压缩流体和可压缩流体。

提及流体,绕不开连续介质假定。

宏观上合适量的液体和气体都是由彼此间有空隙的分子所组成的,而且每个分子都在作着永不停息的无规则的分子热运动。这就是说,在微观上流体并不是连续分布的,并且伴有随机的热运动。但我们研究流体流动并不需要知道流体微观分子如何运动,我们只需要在宏观上把握流体运动就可以进行研究。

所以,工程上提出了连续介质假定来解决这个问题。

我们先规定流体质点,所谓流体质点就是一个含有足够多分子的流体微元,其大小远小于流体所处容器的尺寸,但远大于分子自由程。我们取流体质点作为研究对象,这样就绕过了考虑微观上分子间的间隙,而把流体当作由无数连续分布的、彼此间没有间隙的流体质点所组成的整体的连续介质,这就是连续介质假定。(以上描述对流体质点进行了人为的假定)

基于连续介质假定,我们就可以通过使用数学上的微分方程等工具对流体流动的规律进行研究了。

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