Khác biệt giữa bản sửa đổi của “Động lực học chất lưu”

Nội dung được xóa Nội dung được thêm vào
Không có tóm lược sửa đổi
Không có tóm lược sửa đổi
Dòng 77:
Một mô hình thường được sử dụng <sub>[cần dẫn nguồn ]</sub>, đặc biệt là trong động lực học chất lưu điện toán (CFD), là sử dụng hai mô hình dòng chảy: các phương trình Euler cho vùng dòng chảy xa vật thể, và các phương trình lớp biên cho vùng gần vật thể. Hai lới giải sau đó có thể được kết hợp với nhau, bằng cách sử dụng phương pháp mở rộng tiệm cận phù hợp.
 
===Steady vs unsteady flow '''Dòng chảy không biến đổi và dòng chảy biến đổi theo thời gian'''===<!-- [[Steady flow]] redirects here -->
[[Tập_tin:HD-Rayleigh-Taylor.gif|nhỏ|320x320px|Hydrodynamics simulation of the [[Rayleigh–Taylor_instability]] <ref>Shengtai Li, Hui Li "Parallel AMR Code for Compressible MHD or HD Equations" (Los Alamos National Laboratory) [http://math.lanl.gov/Research/Highlights/amrmhd.shtml]</ref>]]When all the time derivatives of a flow field vanish, the flow is considered '''steady flow'''. Steady-state flow refers to the condition where the fluid properties at a point in the system do not change over time. Otherwise, flow is called unsteady (also called transient<ref>[http://www.cfd-online.com/Forums/main/118306-transient-state-unsteady-state.html Transient state or unsteady state?]</ref>). Whether a particular flow is steady or unsteady, can depend on the chosen frame of reference. For instance, laminar flow over a [[sphere]] is steady in the frame of reference that is stationary with respect to the sphere. In a frame of reference that is stationary with respect to a background flow, the flow is unsteady.
 
Dòng 85:
 
Steady flows are often more tractable than otherwise similar unsteady flows. The governing equations of a steady problem have one dimension fewer (time) than the governing equations of the same problem without taking advantage of the steadiness of the flow field.
 
===Laminar vs turbulent flow===
Khi tất cả các đạo hàm thời gian của một trường dòng chảy biến mất, dòng chảy được gọi là dòng chảy ổn định (steady). Dòng chảy trạng thái ổn định đề cập đến tình trạng mà các thuộc tính của chất lưu tại một điểm trong hệ thống không thay đổi theo thời gian. Ngược lại, dòng chảy được gọi là không ổn định (còn được gọi là tức thời (transient) <sup>[5]</sup>) . Việc một dòng chảy cụ thể là ổn định hay không ổn định, có thể phụ thuộc vào việc lựa chọn hệ quy chiếu. Ví dụ, dòng chảy tầng trên một mặt cầu là ổn định trong hệ quy chiếu tĩnh so với khối cầu. Trong một hệ quy chiếu tĩnh so với dòng chảy nền, dòng chảy là không ổn định.
 
Các dòng chảy rối là không ổn định theo định nghĩa. Một dòng chảy rối có thể, tuy nhiên, ổn định về mặt thống kê. Theo Pope: [ 6 ]
 
Trường ngẫu nhiên U (x, t) là ổn định về mặt thống kê nếu tất cả thổng kê không thay đổi (invariant) khi thời gian thay đổi.
 
Điều này đại khái rằng tất cả các thuộc tính thống kê là không đổi theo thời gian. Thông thường giá trị trung bình là đối tượng được quan tâm, và nó cũng là hằng số trong một dòng chảy ổn định về mặt thống kê.
 
Các dòng chảy ổn định thường dễ xử lý hơn các dòng chảy không ổn định tương tự. Các phương trình chi phối của một bài toán ổn định có một đơn vị (thời gian) ít hơn hơn so với các phương trình điều chỉnh của cùng một vấn đề mà không tận dụng lợi thế của tính ổn định của các trường dòng chảy.
 
===Laminar vs turbulent flow '''Dòng chảy rối và dòng chảy tầng'''===
[[Turbulence]] is flow characterized by recirculation, [[Eddy (fluid dynamics)|eddies]], and apparent [[Random|randomness]]. Flow in which turbulence is not exhibited is called [[Laminar flow|laminar]]. It should be noted, however, that the presence of eddies or recirculation alone does not necessarily indicate turbulent flow—these phenomena may be present in laminar flow as well. Mathematically, turbulent flow is often represented via a [[Reynolds_decomposition]], in which the flow is broken down into the sum of an [[average]] component and a perturbation component.
 
Hàng 91 ⟶ 102:
 
Most flows of interest have Reynolds numbers much too high for DNS to be a viable option,<ref>See Pope (2000), page 344.</ref> given the state of computational power for the next few decades. Any flight vehicle large enough to carry a human (L > 3 m), moving faster than 72&nbsp;km/h (20&nbsp;m/s) is well beyond the limit of DNS simulation (Re = 4 million). Transport aircraft wings (such as on an [[Airbus A300]] or [[Boeing 747]]) have Reynolds numbers of 40 million (based on the wing chord). Solving these real-life flow problems requires turbulence models for the foreseeable future. [[Reynolds-averaged Navier–Stokes equations]] (RANS) combined with [[turbulence modelling]] provides a model of the effects of the turbulent flow. Such a modelling mainly provides the additional momentum transfer by the [[Reynolds stresses]], although the turbulence also enhances the [[Heat transfer|heat]] and [[mass transfer]]. Another promising methodology is [[Large_eddy_simulation]] (LES), especially in the guise of [[Detached_eddy_simulation]] (DES)—which is a combination of RANS turbulence modelling and large eddy simulation.
 
===Subsonic vs transonic, supersonic and hypersonic flows===
Dòng chảy rối là dòng chảy được đặc trưng bởi tuần hoàn khép kín, các xoáy nước, và sự ngẫu nhiên rõ ràng. Ngược lại, Dòng chảy trong đó sự rối không xuất hiện được gọi là dòng chảy tầng. Cần lưu ý, tuy nhiên, sự hiện diện của các xoáy nước hoặc tuần hoàn khép kín không nhất thiết biểu thị dòng chảy rối - các hiện tượng này cũng có thể xuất hiện trong dòng chảy tầng. Về mặt toán học, dòng chảy rối thường được biểu diễn thông sự phân tách Reynolds, trong đó dòng chảy được chia thành tổng của một thành phần trung bình và một thành phần dao động.
 
Người ta tin rằng các dòng chảy rối có thể được mô tả cũng thông qua việc sử dụng các phương trình Navier - Stokes. Mô phỏng số trực tiếp ( DNS) , dựa trên các phương trình Navier - Stokes, làm cho nó có thể để mô phỏng dòng chảy rối tại số Reynolds vừa phải. Các Hạn chế phụ thuộc vào sức mạnh của máy tính được sử dụng và hiệu quả của thuật toán giải pháp. Các kết quả DNS đã được chứng minh là khớp với dữ liệu thực nghiệm cho một số dòng chảy. [[Fluid dynamics#cite note-7|<sup>[7]</sup>]]
 
Hầu hết các dòng chảy có số Reynolds quá cao cho việc mô phỏng số trực tiếp DNS là một lựa chọn khả thi, [8] thậm trí là với sự tiến bộ của máy điện toán trong vài thập kỷ tới. Mọi phương tiện bay đủ lớn để mang theo một con người (L> 3 m), di chuyển nhanh hơn 72 km/h (20 m/s) là vượt quá xa giới hạn của mô phỏng DNS (Re = 4.000.000). Cánh máy bay vận tải (chẳng hạn như trên một máy bay Airbus A300 hoặc Boeing 747) có số Reynolds khoảng 40 triệu (dựa trên wing chord GÓC TẤN). Giải quyết các dòng chảy thực tế này đòi hỏi các mô hình dòng chảy rối trong tương lai gần. Các phương trình Navier-Stokes được trung bình bởi Reynolds (RANS) kết hợp với mô hình hóa dòng rối tạo ra một mô hình các tác động của dòng chảy rối. Một mô hình như vậy chủ yếu cung cấp sự truyền động lượng bổ sung thêm do các ứng suất Reynolds, mặc dù sự rối cũng làm tăng nhiệt và truyền khối lượng. Một phương pháp đầy hứa hẹn nữa đó là mô phỏng xoáy lớn (LES), đặc biệt là theo cách thức mô phỏng xoáy tách rời (DES) - một sự kết hợp của mô hình rối RANS và mô phỏng xoáy lớn.
 
===Subsonic vs transonic, supersonic and hypersonic flows '''Dòng chảy dưới âm tốc, cận âm tốc, vượt âm tốc, siêu âm tốc'''===
While many terrestrial flows (e.g. flow of water through a pipe) occur at low mach numbers, many flows of practical interest (e.g. in aerodynamics) occur at high fractions of the Mach Number M=1 or in excess of it (supersonic flows). New phenomena occur at these Mach number regimes (e.g. shock waves for supersonic flow, transonic instability in a regime of flows with M nearly equal to 1, non-equilibrium chemical behaviour due to ionization in hypersonic flows) and it is necessary to treat each of these flow regimes separately.
 
===Magnetohydrodynamics===
Trong khi nhiều dòng chảy trên mặt đất (ví dụ dòng chảy của nước qua một đường ống) diễn ra tại số Mach thấp, nhiều dòng chảy thực tế khác (ví dụ trong khí động học) diễn ra tại số Mach cao M = 1 hoặc lớn hơn (các dòng siêu âm). Việc này kéo theo các hiện tượng khác ( ví dụ như sóng xung kích cho dòng siêu âm, bất ổn định cận âm trong dòng chảy có M xấp xỉ 1, mất cân bằng hóa học do sự ion hóa trong các dòng siêu thanh ) và cần thiết để ứng phó với các chế độ dòng chảy này theo các các khác nhau.
===Magnetohydrodynamics '''Từ Thủy động lực học''' [ sửa]===
{{main|Magnetohydrodynamics}}
[[Magnetohydrodynamics]] is the multi-disciplinary study of the flow of [[Electrical conduction|electrically conducting]] fluids in [[Electromagnetism|electromagnetic]] fields. Examples of such fluids include [[Plasma (physics)|plasmas]], liquid metals, and [[Saline water|salt water]]. The fluid flow equations are solved simultaneously with [[Maxwell's_equations]] of electromagnetism.
 
Từ thủy động lực học là ngành khoa học nghiên cứu dòng chảy của chất lưu dẫn điện trong trường điện từ. Ví dụ về các chất lưu như vậy bao gồm huyết tương, kim loại lỏng , và nước muối. Các phương trình dòng chảy chất lưu được giải đồng thời với các phương trình điện từ của Maxwell.
===Other approximations===
There are a large number of other possible approximations to fluid dynamic problems. Some of the more commonly used are listed below.
 
Có một số lượng lớn các ước lượng gần đúng phục vụ cho việc tìm lời giải của các bài toàn động lực học chất lưu. Dưới đây là Một số ước lượng gần đúng thường được sử dụng.
*The ''[[Boussinesq approximation (buoyancy)|Boussinesq approximation]]'' neglects variations in density except to calculate [[Buoyancy]] forces. It is often used in free [[Convection]] problems where density changes are small.
*''[[Lubrication theory]]'' and ''[[Hele–Shaw_flow]]'' exploits the large [[Aspect_ratio]] of the domain to show that certain terms in the equations are small and so can be neglected.
Hàng 105 ⟶ 129:
*''[[Darcy's_law]]'' is used for flow in [[Porous medium|porous media]], and works with variables averaged over several pore-widths.
*In rotating systems, the ''[[quasi-geostrophic equations]]'' assume an almost [[Balanced flow#Geostrophic flow|perfect balance]] between [[Pressure gradient|pressure gradients]] and the [[Coriolis_force]]. It is useful in the study of [[Atmospheric_dynamics]].
*Ước lượng gần đúng Boussinesq bỏ qua sự thay đổi về mật độ, ngoại trừ khi tính toán lực đẩy nổi. Ước lượng này thường được sử dụng trong các bài toán đối lưu tự do có sự thay đổi mật độ nhỏ.
==Terminology in fluid dynamics==
*Lý thuyết trơn nhớt và dòng chảy Hele-Shaw khai thác tỉ số phạm vi cạnh lớn để cho thấy rằng một số số hạng trong các phương trình là nhỏ và và do đó có thể được bỏ qua.
*Lý thuyết vật thể mảnh là một phương pháp được sử dụng trong các bài toán dòng chảy Stokes để ước lượng lực trên, hoặc trường dòng xung quanh, một vật thể thanh mảnh dài được đặt trong một chất lưu nhớt.
*Các phương trình nước nông có thể được sử dụng để mô tả một lớp chất lưu tương đối không nhớt có bề mặt tự do, và độ dốc bề mặt nhỏ.
*Các phương trình Boussinesq được áp dụng đối với sóng bề mặt trên các lớp chất lưu dày hơn với độ dốc bề mặt lớn hơn.
*Định luật Darcy được sử dụng cho dòng chảy trong môi trường xốp, và làm việc với các biến số trung bình của nhiều lỗ rỗng rộng.
*Trong các hệ thống xoay, các phương trình bán geostrophic giả định một sự cân bằng gần như hoàn hảo giữa gradient áp lực và lực Coriolis. Nó rất hữu ích trong việc nghiên cứu động lực học khí quyển.
==Terminology in fluid dynamics Thuật ngữ trong động lực học chất lưu==
The concept of [[Pressure]] is central to the study of both fluid statics and fluid dynamics. A pressure can be identified for every point in a body of fluid, regardless of whether the fluid is in motion or not. Pressure can be [[Pressure measurement|measured]] using an aneroid, Bourdon tube, mercury column, or various other methods.
 
Some of the terminology that is necessary in the study of fluid dynamics is not found in other similar areas of study. In particular, some of the terminology used in fluid dynamics is not used in [[Fluid_statics]].
 
===Terminology in incompressible fluid dynamics===
Khái niệm về áp suất là trung tâm nghiên cứu của cả hai tĩnh học chất lưu và động lực học chất lưu. Áp suất có thể được xác định cho mỗi điểm trong một chất lưu, bất kể các chất lưu đang chuyển động hay không. Áp suất có thể được đo bằng hộp đo khí áp, ống Bourdon , cột thủy ngân, hoặc các phương pháp khác.
 
Một số thuật ngữ đó là cần thiết trong việc nghiên cứu động lực học chất lưu không được tìm thấy ở các lĩnh vực nghiên cứu tương tự khác. Đặc biệt, một số thuật ngữ được sử dụng trong động lực học chất lưu không được dùng trong tĩnh học chất lưu.
 
===Terminology in incompressible fluid dynamics '''Thuật ngữ trong động lực học chất lưu không nén được'''===
The concepts of total pressure and [[dynamic pressure]] arise from [[Bernoulli's equation]] and are significant in the study of all fluid flows. (These two pressures are not pressures in the usual sense—they cannot be measured using an aneroid, Bourdon tube or mercury column.) To avoid potential ambiguity when referring to [[pressure]] in fluid dynamics, many authors use the term [[static pressure]] to distinguish it from total pressure and dynamic pressure. [[Static_pressure]] is identical to [[Pressure]] and can be identified for every point in a fluid flow field.
 
Hàng 115 ⟶ 151:
 
A point in a fluid flow where the flow has come to rest (i.e. speed is equal to zero adjacent to some solid body immersed in the fluid flow) is of special significance. It is of such importance that it is given a special name—a [[Stagnation_point]]. The static pressure at the stagnation point is of special significance and is given its own name—[[Stagnation_pressure]]. In incompressible flows, the stagnation pressure at a stagnation point is equal to the total pressure throughout the flow field.
 
===Terminology in compressible fluid dynamics===
Các khái niệm về tổng áp suất và áp suất động học phát sinh từ phương trình Bernoulli và rất quan trọng trong việc nghiên cứu tất cả các dòng chất lưu. (Hai loại áp suất này không phải là áp suất thông thường – chúng không thể được đo bằng hộp đo khí áp, ống Bourdon, hay cột thủy ngân). Để tránh sự mơ hồ khi đề cập đến áp suất trong động lực học chất lưu, nhiều tác giả sử dụng cụm từ áp lực tĩnh để phân biệt với tổng áp suất và áp suất động. Áp suất tĩnh giống hệt với khái niệm áp suất và có thể được xác định cho mỗi điểm trong một trường dòng chảy chất lưu.
 
Trong Khí động học , L.J. Clancy viết: [ 9 ] Để phân biệt áp suất tĩnh với tổng áp suất và áp suất động, áp suất thực tế của chất lưu không liên quan đến chuyển động mà phụ thuộc vào trạng thái của chất lưu, thường được gọi là áp suất tĩnh, nhưng nếu chỉ nói áp suất thì tức là đang đề cập đến áp suất tĩnh này.
 
Một điểm trong một dòng chảy chất lưu mà tại đó dòng chảy đã ngừng chảy (nghĩa là tốc độ bằng không liền kề với một số vật thể rắn chìm trong dòng chảy chất lưu) có một ý nghĩa đặc biệt. Vì tầm quan trọng của nó mà nó được đặt tên riêng là – áp suất ứ đọng. Áp suất tĩnh tại điểm ứ đọng có ý nghĩa đặc biệt và được đặt tên riêng là – áp suất ứ đọng. Trong các dòng chảy không nén được, áp suất ứ đọng tại một điểm ứ đọng là bằng tổng áp xuyên suốt trường dòng chảy.
 
===Terminology in compressible fluid dynamics '''Thuật ngữ trong động lực học chất lưu nén được'''===
In a compressible fluid, such as air, the temperature and density are essential when determining the state of the fluid. In addition to the concept of total pressure (also known as [[stagnation pressure]]), the concepts of total (or stagnation) temperature and total (or stagnation) density are also essential in any study of compressible fluid flows. To avoid potential ambiguity when referring to temperature and density, many authors use the terms static temperature and static density. Static temperature is identical to temperature; and static density is identical to density; and both can be identified for every point in a fluid flow field.
 
The temperature and density at a [[stagnation point]] are called stagnation temperature and stagnation density.
 
A similar approach is also taken with the thermodynamic properties of compressible fluids. Many authors use the terms total (or stagnation) [[Enthalpy]] and total (or stagnation) [[Entropy]]. The terms ''static enthalpy'' and ''static entropy'' appear less common, but where they are used they mean enthalpy and entropy respectively, using the prefix "static" to avoid ambiguity with their 'total' or 'stagnation' counterparts. Because the 'total' flow conditions are defined by [[Isentropic|isentropically]] bringing the fluid to rest, the total (or stagnation) entropy is by definition always equal to the "static" entropy.<h2>See also</h2>
 
Trong một chất lưu nén được, chẳng hạn như không khí, nhiệt độ và mật độ là rất cần thiết khi xác định trạng thái của chất lưu. Ngoài khái niệm tổng áp suất (còn gọi là áp suất ứ đọng), các khái niệm về tổng nhiệt độ (hay nhiệt độ ứ đọng) nhiệt độ và tổng mật độ (hay mật độ ứ đọng) mật độ cũng rất cần thiết trong bất kỳ nghiên cứu nào về dòng chảy chất lưu nén được. Để tránh nhầm lẫn khi đề cập đến nhiệt độ và mật độ, nhiều tác giả sử dụng các thuật ngữ nhiệt độ tĩnh và mật độ tĩnh. Nhiệt độ tĩnh tức là khái niệm về nhiệt độ; và mật độ tĩnh cũng tức là mật độ; và cả hai có thể được xác định cho mỗi điểm trong một trường dòng chảy chất lỏng.
 
Nhiệt độ và mật độ tại một điểm ứ đọng được gọi là nhiệt độ ứ đọng và mật độ ứ đọng.
 
Một cách tiếp cận tương tự cũng được thực hiện với các thuộc tính nhiệt động lực học chất lưu nén được. Nhiều tác giả sử dụng các thuật ngữ tổng enthalpy (hay enthalpy ứ đọng) và tổng entropy (hay entropy ứ đọng). Các thuật ngữ enthalpy tĩnh và entropy tĩnh xuất hiện ít phổ biến hơn, nhưng nếu được sử dụng thì chúng có nghĩa là enthalpy và entropy, sử dụng tiền tố "tĩnh" để tránh nhầm lẫn với 'tổng' enthalpy/ entropy (hay enthalpy/ entropy 'ứ đọng'). Bởi vì các điều kiện 'tổng' dòng chảy được định nghĩa đẳng entropy đưa chất lỏng về trạng thái tĩnh, tổng entropy (hay entropy ứ đọng) theo định nghĩa luôn bằng với entropy "tĩnh".<h2>See also</h2>
===Fields of study===
{{columns-list|3|