유체 역학을 이해합니다

액체의 부드러운 흐름에는 층류가있는 것으로 알려져 있습니다 . 혼란스럽고 비선형 운동이 포함 된 흐름은 난류 흐름 . 정의상, 난류 흐름은 불안정한 흐름의 한 유형입니다. 

두 유형의 흐름 모두 에디, 소용돌이 및 다양한 유형의 재순환을 포함 할 수 있지만, 이러한 행동이 많을수록 흐름이 난류로 분류 될 가능성이 높아집니다. 

흐름이 층류인지 난류인지의 구별은 일반적으로 reynolds 수 과 관련이 있습니다. ( re ). 레이놀즈 번호는 1951 년 물리학 자 조지 가브리엘 스토크 스 (George Gabriel Stokes)에 의해 처음 계산되었지만 19 세기 과학자 오스본 레이놀즈 (Osborne Reynolds)의 이름을 따서 명명되었습니다.

레이놀즈 수는 유체 자체의 특성뿐만 아니라 흐름 조건에도 의존적이며, 다음과 같은 방식으로 관성력과 점성 힘의 비율로 도출 된 조건에도 의존합니다.

re =관성력 / 점성 힘

re =( ρ v dv / dx ) / ( μ dv/dx)

DV/DX라는 용어는 속도 (또는 속도의 첫 번째 유도체)의 구배이며, 이는 속도에 비례합니다 ( v )로 나눈 l , 길이의 척도를 나타내며, DV/DX =V/L을 초래합니다. 두 번째 유도체는 DV/DX =V/L입니다. 첫 번째 및 2 차 파생 상품으로 이들을 대체하면 다음과 같은 결과가 발생합니다.

re =( ρ v v / l ) / ( μV / l )

re =( ρ v l ) / μ

또한 길이 스케일 L로 나눌 수 있으며, 발 당 레이놀즈 수를 초래할 수 있습니다. , re f 로 지정되었습니다 = v / ν .

낮은 레이놀즈 수는 매끄럽고 층류를 나타냅니다. 높은 레이놀즈 번호는 에디와 소용돌이를 보여줄 흐름을 나타내며 일반적으로 더 난기류입니다.

파이프 흐름 대 오픈 채널 흐름

파이프 흐름 파이프를 통해 움직이는 물 (따라서 "파이프 흐름"이라는 이름) 또는 공기 덕트를 통해 움직이는 공기와 같이 모든면에서 강성 경계와 접촉하는 흐름을 나타냅니다.

오픈 채널 흐름 강성 경계와 접촉하지 않는 하나 이상의 자유 표면이있는 다른 상황에서의 흐름을 설명합니다. (기술적 인 관점에서, 자유 표면에는 0 평행 한 응력이 0입니다.) 개방 채널 흐름의 경우 강을 통과하는 물, 홍수, 비기 동안 흐르는 물, 조류 및 관개 운하가 포함됩니다. 이 경우, 물이 공기와 접촉하는 흐르는 물의 표면은 흐름의 "자유 표면"을 나타냅니다.

파이프의 흐름은 압력이나 중력에 의해 구동되지만 개방 채널 상황에서의 흐름은 중력에 의해서만 구동됩니다. City Water Systems는 종종 물 타워를 사용하여이를 이용하여 타워의 물의 고도 차이 ( 유체 역학적 헤드 ) 압력 차동성을 생성 한 다음 기계식 펌프로 조정하여 필요한 시스템의 위치에 물을 가져옵니다. 

압축성 대 비압 가능한

가스는 일반적으로 압축성 유체로 처리됩니다. 공기 덕트는 크기의 절반으로 줄어들 수 있으며 여전히 같은 양의 가스를 동일한 속도로 운반 할 수 있습니다. 가스가 공기 덕트를 통해 흐르더라도 일부 지역은 다른 지역보다 밀도가 높을 것입니다.

일반적으로, 비압축성이 없다는 것은 유체의 모든 영역의 밀도가 흐름을 통과 할 때 시간의 함수로 변하지 않는다는 것을 의미합니다. 물론 액체는 압축 될 수 있지만, 압축의 양에는 더 많은 제한이 있습니다. 이러한 이유로 액체는 일반적으로 비압축성 인 것처럼 모델링됩니다.

Bernoulli의 원칙

Bernoulli의 원칙 Daniel Bernoulli의 1738 Book 유체 역학 에 출판 된 유체 역학의 또 다른 핵심 요소입니다. . 간단히 말해서, 액체의 속도 증가를 압력 또는 잠재적 에너지의 감소와 관련시킵니다. 비 압축성 유체의 경우 Bernoulli 's Requation 로 알려진 것을 사용하여 설명 할 수 있습니다. :

( v /2) + gz + p / ρ =constant

여기서 g 중력으로 인한 가속도, ρ 액체 전체의 압력, v 주어진 지점에서 유체 흐름 속도, z 그 시점에서의 고도이고, p 그 시점의 압력입니다. 이것은 유체 내에서 일정하기 때문에,이 방정식은 다음 방정식과 1과 2의 두 지점을 연관시킬 수 있음을 의미합니다.

( v ₁ /2) + gz ₁ + p ₁ / ρ =( v ₂ /2) + gz ₂ + p ₂ / ρ

고도에 따른 액체의 압력과 잠재적 에너지의 관계는 파스칼의 법칙에 따라 관련이 있습니다.

적용

지구 표면의 3 분의 2는 물이며 행성은 대기 층으로 둘러싸여 있으므로 우리는 문자 그대로 항상 액체로 둘러싸여 있습니다. 거의 항상 움직입니다.

그것에 대해 조금 생각하면, 이것은 우리가 과학적으로 연구하고 이해하기 위해 움직이는 유체의 상호 작용이 많을 것이라는 것이 분명합니다. 물론 유체 역학이 등장하는 곳이므로 유체 역학의 개념을 적용하는 필드가 부족하지 않습니다.

이 목록은 전혀 철저하지 않지만 다양한 전문 분야에서 물리학 연구에서 유체 역학이 나타나는 방법에 대한 좋은 개요를 제공합니다.

• 해양학, 기상학 및 기후 과학 - 대기는 유체로 모델링되기 때문에 대기 과학과 해류에 대한 연구는 날씨 패턴과 기후 경향을 이해하고 예측하는 데 결정적인 유체 역학에 크게 의존합니다.
• Aeronautics -유체 역학의 물리학에는 드래그 앤 리프트를 생성하기 위해 공기의 흐름을 연구하는 것이 포함되며, 이로 인해 공중보다 무거운 비행을 허용하는 힘을 생성합니다.
• 지질 및 지구 물리학 - 판 구조론은 지구의 액체 코어 내에서 가열 된 물질의 움직임을 연구하는 것입니다.
• 혈액학 및 혈역학 - 혈액에 대한 생물학적 연구에는 혈관을 통한 순환 연구가 포함되며, 혈액 순환은 유체 역학의 방법을 사용하여 모델링 될 수 있습니다.
• 혈장 물리학 - 액체 나 가스는 아니지만 혈장은 종종 유체와 유사한 방식으로 행동하므로 유체 역학을 사용하여 모델링 할 수 있습니다.
• 천체 물리학 및 우주론 - 항성 진화의 과정은 시간이 지남에 따라 별의 변화를 포함하며, 이는 별을 구성하는 혈장이 시간이 지남에 따라 별 내에서 흐르고 상호 작용하는 방법을 연구함으로써 이해할 수 있습니다.
• 교통 분석 - 유체 역학의 가장 놀라운 응용 중 하나는 차량 및 보행자 트래픽, 트래픽의 움직임을 이해하는 것입니다. 트래픽이 충분히 밀집된 지역에서는 트래픽 전체가 유체의 흐름과 충분히 유사한 방식으로 행동하는 단일 엔티티로 취급 될 수 있습니다.

유체 역학의 대체 이름