流体力学,伯努利方程与连续性方程的微观物理意义?

如题所述

通常我们接触的流体力学都采用了连续介质假说,这就忽略了流体的微观效应。或者说,我们假设一个人把微观过程当做黑匣子,根本不知道什么分子运动理论,只知道流体表现出的宏观效果是流体具有导热性能传递热量,具有粘性能传递动量,另外还具有hydraulic pressure 。(其实这三者更微观的原因都是分子运动理论)

插一句话,通常所说的流体力学是宏观力学,是宏观力学,是宏观力学。所以不要对着宏观方程去想微观了。你非要从微观角度解释流体,压根连ns方程都没有。

另外补充两点:
第一个问题,即使在无粘一维定常流假设下,流量不变时,面积增大未必导致速度变慢,因为流体未必是不可压的。如果讨论的是像水这种不可压流体,或者是低速流动的气体,的确面积增大速度减小。

第二个问题,伯努利方程的成立条件是欧拉方程沿流线积分,或者是欧拉方程加无旋条件。并不是可以随便用的。(尽管常常被某些人拿来科普,解释升力)

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第1个回答  2017-12-01

连续介质模型:连续介质假设将流体区域看成由流体质点连续组成,占满空间而没有间隙,其物理特性和运动要素在空间是连续分布的。从而使微观运动的不均匀性、离散性、无规律性与宏观运动的均匀性、连续性、规律性达到了和谐的统一。
连续介质假说的目的:将微观不连续的流体当作连续介质处理后,其物理量在流场中就是连续分布的,这样,不仅理论分析中可以运用数学这一强有力的工具,也为试验研究提供了可能。
2、无粘性流体模型:流体是有粘性的,粘性流体运动时,由于粘性在流体内部形成流速梯度,流体质点间发生摩擦、碰撞引起能量损失,流体粘性的存在给研究流体的运动带来非常大的不便。为了便于研究,抓住主要矛盾,由浇入深,在研究流体运动规律时,先忽略流体的粘性,把流体假定为无粘性,流体运动时,流体质点间没有摩擦力,从而没有能量损失,这种假想的流体称为理想流体。
3、 不可压缩流体模型:实际流体都有一定的弹性,流体受到压力作用时,分子间距离减小,宏观体积减小,宽度增大,除去外力后能恢复原状,这种性质称为压缩性(弹性)。但是,对于一定的流体,当压力变化不时太大时,流体密度的变化可忽略不变,可认为这种江体是不可压缩的流体。这给研究流体运动带来极大方便。

第2个回答  2017-12-01

连续性假设:连续性假设的尺度是很值得商榷的。从gas kinetic theory做模拟分析,这个尺度至少要在100个平均分子自由程(对于标准温度大气压状态下,不考虑稀薄,并且在宏观低速下)。即使是分子动理论,也是平均分子自由程量级的建模,不可能从分子角度看待问题,我们能看到的是分子的经典统计规律。除非你用md考虑,但是毫无意义,分子数目量级太大,并且你所说的宏观速度必定是统计意义下的。
pde方程,你所提到的伯努利方程,是在连续性假设下,欧拉方程的无旋形式的特例。既然是在pde的尺度下,就必定是统计意义下的宏观量行为,以此考虑分子行为毫无意义。
欧拉方程的理解,如果你想看到欧拉流体微团的行为,他们只有挤压,没有微团间的transport,只是波的形式作用因为其为双曲方程。如果从分子动理论考虑,欧拉方程是每时每刻无穷分子碰撞,处处处于热力学平衡态的统计。

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