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理想流体是指什么定义 | 理想流体和实际流体有什么区别

2023-09-24 01:17:00

不具有黏性的流体称为理想流体，这是客观世界上并不存在的一种假想的流体。在流体力学中引入理想流体的假设，是因为在实际流体的黏性作用表现不出来的场合完全可以把实际流体当理想流体来处理。

黏性流体模型

流体的黏性是流体的一种物理特性，它表示流体各部分之间动量传递的难易程度，反映了流体抵抗剪切变形的能力。黏性流体是一切真实流体的模型，它具有普遍的意义。

牛顿通过实验首先提出黏性流体的剪切应力公式，为黏性流体力学的发展创造了条件。

1823年L .纳维尔和G.G.斯托克斯分别建立了不可压与可压黏性流体运动方程组。此后，边界层、紊流理论的研究普遍开展起来。

虽然流体的黏性是用动力黏度μ 来衡量，但是μ 的流体未必当作黏性流体流动来处理。依牛顿内摩擦定律，剪切应力与动力黏度μ 及速度梯度有关。

因此，虽然流体的动力黏度较大，但如果流场的速度梯度很小，剪切应力仍然不大，就可以把它当作无黏性流动来处理。

相反，如果流体的黏性较小，但流场的速度梯度很大，则仍有必要把它当作黏性流动来处理。

1904年，普朗特提出了边界层理论，将流动划分为两个区域，在远离边界以外的区域中（势流区)，黏性效应可予忽略，用无黏性流体理论求解。

而在靠近边界的一薄层区域中，黏性效应不可忽略，应利用黏性流动理论求解。这样，边界层理论不仅给出了正确的数学提法，而且也用黏性流动理论解释了在这种情况下阻力的存在。

紊流是黏性流体流动中的一个重要方面。实验表明，流体流动有两种流态，层流和紊流。自然界很多层流运动，常常是不稳定的，稍有扰动，层流立即转变为紊流，紊流运动与层流的重大差别是，在它的不规则性和输运能力的剧烈増大。

但是由于紊流运动的复杂性，其发生机理至今仍不清楚。目前，对紊流的研究主要通过紊流的平均运动和涨落运动求解黏性流体运动基本方程。

理想流体模型

如前所述，实际流体都是具有黏性的，都是黏性流体。不具有黏性的流体称为理想流体，这是客观世界上并不存在的一种假想的流体。

在流体力学中引入理想流体的假设，是因为在实际流体的黏性作用表现不出来的场合（像在静止流体中或匀速直线流动的流体中）完全可以把实际流体当理想流体来处理。

在许多场合，想求得黏性流体流动的精确解是很困难的。对某些黏性不起主要作用的问题先不计黏性的影响，使问题的分析大为简化，从而有利于掌握流体流动的基本规律。

如水波在河中传播时，在较长的距离上，仍不消衰。大气在高空中运动时，长驱直入常常跨越数千公里。

这表明在这类流动中，黏性并不起主要作用，因此将其黏性略去，以便可以分析简便且能得到其主要的运动规律。

至于黏性的影响，则可根据试验引进必要的修正系数，讨论由理想流体得出的流动规律加以修正。

此外，即使是对于黏性为主要影响因素的实际流动问题，先研究不计黏性影响的理想流体的流动，而后引人黏性影响，再研究黏性流体流动的更为复杂的情况，也是符合认识事物由简到繁的规律的。

基于以上诸点，在流体力学中先研究理想流体的流动，后研究黏性流体的流动。

釆用理想流体流动模型，就形成了理想流体力学理论。这一理论在解释很多实际问题如机翼升力、诱导阻力等方面，起到了重要的作用。

但它不能解释物体在流体中运动的阻力及管道和渠道中压力等一类重要问题。对这类问题，理想流体流动模型与实际流体有较大差距。