流体力学是一门研究流体(液体和气体)运动规律及其与固体相互作用的科学。在流体力学中,有许多重要的公式和方程式用来描述流体的运动特性。以下是一些关键的公式和方程式:
1. 连续性方程:
连续性方程是基于质量守恒原理推导出来的,用于描述流体在不同截面处的质量流量保持不变。对于不可压缩流体,其形式为:
∇·v = 0
其中,v 是流速矢量。
2. 动量方程(欧拉方程):
欧拉方程描述了理想流体中动量的变化,它基于牛顿第二定律并考虑了压力梯度力。其一般形式为:
ρ(∂v/∂t + v·∇v) = -∇p + f
这里,ρ 表示密度,p 是压力,f 是体积力(如重力)。
3. 雷诺数(Reynolds Number):
雷诺数是一个无量纲参数,用来预测流动状态是层流还是湍流。计算公式如下:
Re = ρvd/μ
其中,d 是特征长度,μ 是动力粘度。
4. 达西-魏斯巴赫方程:
该方程用于计算管道内沿程阻力损失,表达式为:
h_f = f(L/D)(v²/(2g))
其中,L 和 D 分别代表管道长度和直径,f 是摩擦因子。
5. 普朗特-迈耶函数:
普朗特-迈耶函数用于描述超音速流动中的膨胀波行为。它定义为:
μ = √((γ+1)/(γ-1)) arctan[√((γ-1)/(γ+1))(M - 1/M)]
这里,γ 是比热容比,M 是马赫数。
6. 斯托克斯公式:
适用于低雷诺数情况下的球形颗粒沉降速度计算,具体为:
v_t = (ρ_p - ρ_f)d²g/(18μ)
其中,ρ_p 和 ρ_f 分别是颗粒和流体的密度。
这些只是流体力学领域众多公式的冰山一角。实际应用时还需要结合具体问题选择合适的模型,并进行适当简化或修正以获得准确的结果。